作者：程晨
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Scratch编程入门与算法进阶试读：
前言
国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中明确指出人工智能成为国际竞争的新焦点，应实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，建设人工智能学科，重视复合型人才培养，形成我国人工智能人才高地。而在人工智能课程当中，对于算法的学习相当重要。
2018年，麻省理工学院（MIT）设计开发的Scratch更新到了3.0版本。相比于之前的Scratch 2.0，Scratch 3.0采用HTML5语言编写，主要使用WebGL、Web Workers和Web Audio JavaScript库。JavaScript是网络浏览器中被广泛支持的语言。与Scratch 2.0需要Adobe Flash支持不同，使用JavaScript的Scratch 3.0不需要任何插件。
Scratch以用法简单著称，使用者通过鼠标拖曳程序块就能够完成程序的设计。很多人都认为它只适合制作一些交互的动画或游戏，不过我经过一些教学实践，发现使用Scratch也能进行算法内容的教学，这大大降低了算法内容教学的年龄门槛，让更低年龄段的学生也能够接触人工智能教育。正是基于这样的实践，才产生了这样一本介绍Scratch的图书。希望大家在接触了Scratch之后能够进一步地了解一些算法的概念。
本书从Scratch基础开始讲起，基本上适用于所有想学习Scratch的人。如果你刚接触Scratch，那么本书的内容会通过一个个实际案例让您进入Scratch的世界；如果您对Scratch已经有了一定的了解，那么后面的算法部分能够让您更深入地了解代码背后的计算理念，从而进一步进入人工智能的大门。
我对于编程的水平有一个阶段性的划分。第一个阶段，刚入门时，只需要完成一个没有分支的固定的动画效果即可。第二个阶段，进一步学习，能够完成分支的代码结构，根据输入的信息完成一些交互的效果。第三个阶段，能够利用变量让程序跳转到不同的部分。第四个阶段，需要理解函数和线程的概念。第五个阶段，理解对象以及对象的属性和方法。第六个阶段，需要完成对数据库的操作。第七个阶段，在能够处理大量数据的基础之上完成一些简单的人工智能算法。本书正是按照这样的层次逐步递进的，不过本书只涉及第一个阶段至第四个阶段的内容，适用于中国电子学会全国青少年软件编程等级考试预备级（1级~4级）。
由于Scratch编程主要靠拖曳程序块完成，为了更适合大家的阅读，本书采用全彩色印刷，书中实例清晰详尽，直观明了。
最后，感谢现在正捧着这本书的您，感谢您肯花费时间和精力阅读本书，由于本书从Scratch入门介绍到了算法，所以示例之间的跨度可能稍有点大，再加上时间有限，书中难免存在疏漏与错误，恳请您批评指正，您的意见和建议将是我巨大的财富。我希望在编程的领域结识更多的朋友。程晨2018年8月第0章 什么是Scratch
Scratch是由麻省理工学院（MIT）设计开发的一款面向青少年的简易编程工具，使用者通过鼠标拖曳程序块完成程序的设计，目前最新的版本是3.0。Scratch 3.0是一个在线版本，使用者不需要安装任何软件，只要打开浏览器就能够创建、编辑和运行项目。
相比于之前的Scratch 2.0，Scratch 3.0采用HTML5语言编写，主要使用WebGL、Web Workers和Web Audio JavaScript库。JavaScript是网络浏览器中被广泛支持的语言。与Scratch 2.0需要Adobe Flash支持不同，使用JavaScript的Scratch 3.0不需要任何插件。
Scratch的官方网站是挂在MIT网站上的。网站界面如下图所示。
基于网络的Scratch更加注重使用者的交流和创意。网站下方有很多网络用户提交的项目，我们可以直接查看这些样例实现的功能，甚至能够看到完整的程序。第1章 角色的控制
零编程基础的孩子独自学习使用Scratch软件可能会有一定困难，最好有老师或家长的指导。Scratch不需要使用者输入代码，所以孩子不需要记住命令，不过不用记住命令并不代表不需要知道命令。Scratch中的命令都是以积木式的程序块来实现的，这些程序块分为10个大类，有100多个功能，包括了实现一个完整程序的每个环节，甚至数组和函数。在老师或家长的指导下，孩子从模仿开始，能接触到条件语句、循环语句和判断语句，能理解参数和命令的区别。
虽然Scratch的入门学习需要相应的指导，但是网上有很多编程风格类似的网站，这些网站会提供一些基于网络的任务和引导，通过一关一关的任务达到编程教学的目的。Code.org就是这样的一个网站，它发起的“编程一小时”活动已经影响了近3亿人。“编程一小时”的项目有很多，单击其中任何一个就能进行在线学习了，这里我选择的是星球大战的主题。
界面中会有对话框和提示气泡指导你完成一个个任务，如果感兴趣，你可以自己尝试一下，上图是将“移动 向右”程序块拖曳到右侧白色的代码区。
它的编程风格和Scratch基本是一样的，而在Scratch中移动的程序块则在分类“动作”当中，对于3.0来说，是在分类“运动”当中（以后的描述以3.0版本为主）。
这里我们可以将“移动10步”程序块拖曳到中间的空白区域来实现角色的移动。上图中界面可以通过单击首页中的“开始创作”按钮来打开。下面系统地介绍一下Scratch中的编程。
整个界面右上角的区域被称为舞台区，舞台区就是最终的展示区，这里会展示程序运行时涉及的角色、背景等内容。在舞台区的最上方有几个按钮，最左边的绿旗是程序执行按钮，单击这个按钮后就会开始执行我们编写的程序。（确切地说，应该是能够执行以绿旗开头的程序，这个稍后在实例中大家会有更直观的体验。）
绿旗旁边的红色八边形是停止按钮，能够停止程序的运行。而右侧的3个按钮是用来调整舞台区大小的，3个按钮分别代表小舞台、大舞台以及全屏。默认情况下是大舞台模式，小舞台模式会比默认的舞台小，如果单击全屏按钮，舞台就会全屏展示。
舞台区的下方是角色区，这里会展示出我们用到的所有角色，其中最右边是背景。中间的区域是代码区，我们通过拖曳方式完成的程序就是放在这里。这个区域其实还有绘图和声音编辑的功能，应用起来要看我们需要进行什么操作。
而选择操作的方式就是在左侧的模块区进行，模块区有3个标签：代码、造型和声音。选择“代码”会列出我们将要用到的所有程序块，而在“造型”和“声音”下，可以通过代码区进行相应的操作，具体的内容将在之后的例子中详细介绍。
假设我们要在Scratch中完成如上图所示的“星球大战”的一关。那就需要让机器人BB8向下走一步，然后向左走一步得到第一个物品，然后再向左、向下移动得到第二个物品，最后向下、向左移动得到最后一个物品。
在角色区中背景和角色之间的底部位置有一个小猫头，猫头的右上角有一个加号。单击这个按钮能够打开一个角色库，大家可以在其中找一个自己喜欢的角色，这里我选的是一个甲壳虫。
此时角色区有两个角色，这两个角色都出现在舞台区。我们先在小猫角色上单击右键选择删除。
接下来就要对甲壳虫进行编程了，首先要将它的方向改为向下。将“运动”中的“面向90方向”程序块拖曳到代码区。单击数字90，在弹出的方向选择图示中调整箭头方向为向下。
这里需要说明，在Scratch中，0是向上的方向，如下图所示，顺时针旋转角度增大，逆时针旋转角度减小。所以0左边是负的，右边是正的，两者分界在180处。
甲壳虫转过来后，我们要让它向前移动（此时就是向下），这时就要将“运动”中的“移动10步”程序块拖曳到代码区，放在第一个程序块的下方。
接下来，按照要求，就要让甲壳虫向左转了，还是拖曳一个“面向90方向”程序块到代码区中，放在前两个程序块之后。不过这里的角度不是选择180了，而是要选择“-90”（向左）。
转向左边之后，再添加一个“移动10步”程序块，就能实现向左移动了。用同样的方式，我们再添加后面的内容。完成后的程序如下页图所示。
当我们不需要转动方向时，就可以省略一个“面向xx方向”程序块。
要让程序运行起来，还需要添加一个“当被点击”程序块。
前面说过，在舞台区有一个绿旗按钮是用来运行程序的，实际上这个按钮是一个“触发开关”，它对应的程序块就是“事件”中的“当被点击”。要想运行程序，就需要把相应的程序块放在“当被点击”的下方。
最后，为了看到程序运行时的动画效果，我们在每一个程序块后面都加了一个“等待1秒”程序块（这个程序块在“控制”当中）。
此时，当我们单击舞台区的绿旗按钮时，就会看到甲壳虫移动。
另外，在Scratch当中，还可以通过向左转或向右转来实现转向。大家如果感兴趣，可以尝试将上图程序中的“面向xx方向”替换为“左转xx度”或“右转xx度”。程序中，左转就是逆时针方向旋转，右转就是顺时针方向旋转。第2章 超人飞行
第1章中介绍了角色的移动和转向控制，其实通过这个功能就能够实现超人飞行的动画效果。角色方面，我们选用飞行的Cat Flying，另外还要添加一个名为“Buildings”的角色。
在这个例子中，我们主要控制的是角色“Buildings”，通过移动它实现小猫飞行的效果。将“Buildings”选中，这次我们先添加一个“当被点击”程序块。
接着将“控制”中的“重复执行”程序块。拖曳到第一个程序块下方，重复执行的功能是保证其中的程序块会不断地循环运行（当我们单击舞台区的绿旗按钮运行程序的时候）。
为了看到小猫向右飞行，我们需要让建筑物从右往左移动，因此程序的功能首先是将建筑物放在屏幕的最右侧，然后移动到屏幕的最左侧。
将“运动”中的“移到x:0 y:0”程序块拖曳到“重复执行”程序块当中。重复执行的程序块与之前用到的程序块不同，之前的都是下方连接其他程序块，而“重复执行”程序块的用法是要将其他程序块放在其中。这样的程序块通常是结构程序块，用来进行判断或重复这样的操作，之后我们会经常用到。“移到x:0 y:0”程序块中有两个需要填写的参数，就是希望移动到的位置的x、y坐标。这里要说一下整个舞台区的坐标系。整个舞台区的中点坐标是（0，0）；水平方向为x方向，向左边是减小，向右是增大；垂直方向为y方向，向上是增大，向下是减小。
第一步是要将建筑物放置在最右侧，因为我们希望建筑物看上去是从屏幕外移动进来的，所以这里设置的x坐标是340，y坐标就是建筑物当前的坐标-27。
接着将程序块“在1秒内滑行到x:0 y:0”也放在“重复执行”之内。我们把其中的坐标值设定为最左侧，所以x坐标就变为-340，y坐标保持不变。时间可以调整，时间值越大，小猫的飞行速度越慢。这里我设定的是1.5秒。
这样我们的程序就完成了，运行一下看看效果吧。第3章 派对时间
派对的背景一定不能是白色的了，我们需要在背景库中选择一个好看的背景，这里我选择的是一个有灯光效果的背景。
然后再添加一个跳舞的人“Jamal”。
整体效果如下页图所示。
这里看到角色相比舞台来说比较大，我们可以调整角色区中的大小标签后的参数值，这个值是一个相对的百分比，默认情况下是100，即100%。这里我将角色的大小调整为70。
将角色调整到合适的大小，并摆放在合适的位置。接下来就可以编写程序了。
我们还是先在代码区放置“当被点击”和“重复执行”程序块。
为了让角色变换不同的造型，这次我们要使用“外观”中的程序块。在“外观”中选择“下一个造型”程序块，将其拖曳到“重复执行”程序块当中。
此时我们可以先运行一下程序看看效果。如果你觉得动作变化太快，可以在“下一个造型”程序块之后加入一个“等待1秒”程序块，并将程序块中的时间改为0.5秒。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]