C语言程序设计——人工智能与机器学习基础

# 1. C语言基础概述

## 1.1 C语言的历史与发展

C语言是一种通用的高级编程语言，由丹尼斯·里奇于1972年在贝尔实验室开发。起初，C语言是为开发UNIX操作系统而设计的，但由于其简洁高效的特性，很快就在其他系统上得到了广泛应用。C语言是一种以过程化和结构化编程为主的语言，具有强大的底层操作能力。

## 1.2 C语言的特点与基本语法

C语言具有以下特点：
- 简洁高效：C语言的语法简单、结构清晰，可以通过少量的代码完成复杂的任务。
- 可移植性强：C语言的编译器可以在多个平台上运行，使得开发的程序具有很高的跨平台性。
- 底层操作能力：C语言可以直接操作内存和硬件，对于需要高效控制的任务非常有用。

C语言的基本语法包括：
- 注释：用于对代码进行说明和解释，注释内容不会被编译器执行。
- 标识符：用于给变量、函数等命名的字符序列，可以包含字母、数字和下划线，但不能以数字开头。
- 变量和常量：用于存储和表示数据的标识符。变量可以改变值，而常量是不可变的。
- 数据类型：C语言提供了多种数据类型，包括整型、浮点型、字符型等。
- 运算符：用于执行算术运算、逻辑运算等操作，如加减乘除、赋值、比较等。
- 控制语句：用于改变程序的执行流程，包括条件语句、循环语句等。

## 1.3 C语言的数据类型与变量

C语言提供了多种数据类型，用于存储不同类型的数据。常用的数据类型包括：
- int：整型，用于存储整数。
- float：浮点型，用于存储小数。
- char：字符型，用于存储单个字符。
- double：双精度浮点型，用于存储更大范围的小数。
- void：空类型，用于表示没有返回值或不带任何参数的函数。

在C语言中，可以通过声明变量来进行数据的存储和操作。变量的声明包括数据类型和变量名，并可以初始化赋值。例如：

int age = 20;
float weight = 68.5;
char grade = 'A';

## 1.4 C语言的运算符与表达式

C语言提供了多种运算符，用于执行不同的操作。常用的运算符包括：
- 算术运算符：用于执行基本的算术操作，如加减乘除、取余等。
- 关系运算符：用于比较两个值的大小关系，如等于、不等于、大于、小于等。
- 逻辑运算符：用于执行逻辑运算，如与、或、非等。
- 赋值运算符：用于给变量赋值，如等号、加等、减等等。
- 条件运算符：用于根据条件选择不同的值，如三元运算符。

表达式是由运算符和操作数组成的式子，用于执行特定的计算。例如：

int a = 10;
int b = 5;
int c = a + b; // 表达式：a + b

在这个例子中，变量c的值为15，其中表达式a + b执行了加法运算。

# 2. C语言程序设计基础

在本章中，我们将介绍C语言程序设计的基础知识和技巧。学习这些内容将帮助我们更好地理解和编写C语言程序。

#### 2.1 控制流语句：顺序结构、选择结构、循环结构

#### 顺序结构

顺序结构是程序中最简单的结构，它按照代码的书写顺序依次执行。C语言中使用分号分隔语句，每个语句占据一行。

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    printf("This is a C program.\n");
    return 0;
}

这段程序先输出"Hello, World!"，然后输出"This is a C program."。代码中的`\n`表示换行。

#### 选择结构

选择结构通过判断条件决定执行不同的代码块。C语言提供了`if`语句和`switch`语句来实现选择结构。

##### if语句

if语句根据指定的条件决定是否执行某个代码块。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num = 10;
    if(num > 0) {
        printf("The number is positive.\n");
    }
    else if(num < 0) {
        printf("The number is negative.\n");
    }
    else {
        printf("The number is zero.\n");
    }
    return 0;
}

这段程序根据`num`的值输出相应的信息。如果`num`大于0，输出"The number is positive."；如果`num`小于0，输出"The number is negative."；如果`num`等于0，输出"The number is zero."。

##### switch语句

switch语句根据变量的值选择执行不同的代码块。

#include <stdio.h>

int main() {
    int day = 3;
    switch(day) {
        case 1:
            printf("Monday\n");
            break;
        case 2:
            printf("Tuesday\n");
            break;
        case 3:
            printf("Wednesday\n");
            break;
        default:
            printf("Other day\n");
            break;
    }
    return 0;
}

这段程序根据`day`的值输出相应的信息。如果`day`等于1，输出"Monday"；如果`day`等于2，输出"Tuesday"；如果`day`等于3，输出"Wednesday"；如果`day`不等于1、2、3，则输出"Other day"。

#### 循环结构

循环结构可以重复执行一段代码，C语言提供了`while`循环、`do-while`循环和`for`循环来实现不同的循环需求。

##### while循环

while循环在循环体执行之前先判断循环条件是否满足，如果满足则执行循环体，执行完循环体后再次判断循环条件。

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 1;
    while(i <= 5) {
        printf("%d\n", i);
        i++;
    }
    return 0;
}

这段程序使用while循环输出1到5之间的整数。

##### do-while循环

do-while循环首先执行一次循环体，然后判断循环条件是否满足，如果满足则继续执行循环体，直到循环条件不满足。

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 1;
    do {
        printf("%d\n", i);
        i++;
    }
    while(i <= 5);
    return 0;
}

这段程序使用do-while循环输出1到5之间的整数。

##### for循环

for循环在循环开始前执行一次初始化表达式，然后判断循环条件是否满足，如果满足则执行循环体，执行完循环体后执行一次循环后处理表达式。

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    for(i = 1; i <= 5; i++) {
        printf("%d\n", i);
    }
    return 0;
}

这段程序使用for循环输出1到5之间的整数。

#### 2.2 函数与模块化编程

在C语言中，函数是一段完成特定任务的代码，可以重复调用。通过函数，我们可以将程序划分为多个模块，每个模块完成一个特定