что такое система команд исполнителя
Алгоритм и исполнитель
Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.
В этом уроке разберём некоторые теоретические понятия, которые формализуют понятие программирования. Заодно точнее сформулируем основную задачу вашего обучения.
Для начала предлагаю вам немного поиграться со следующей детской игрушкой. Пройдите первые пять заданий, возвращайтесь назад и продолжайте чтение урока.
Рис.1 Скриншот игрового поля на code.org
Надеюсь, у вас всё получилось. Теперь на этом примере опишем несколько основных понятий:
В игрушке мы управляем красной птичкой. Задача каждого этапа: добраться птичкой до свиньи. Птичка умеет выполнять определённые команды, например: переместить вперёд, повернуть налево, повернуть направо и др.
Необходимо заострить внимание на нескольких моментах.
Исполнитель может выполнять только те команды, которые входят в его систему команд.
Это означает, например, что нельзя написать исполнителю-птичке: «Иди к свинье!». Точнее записать можно, но только ничего не произойдёт, т.к. исполнитель таких команд не знает.
Имеющиеся команды вы можете записывать в любом порядке, который посчитаете правильным. Ваша задача как программиста – разделить большую сложную задачу на маленькие отдельные шаги, каждый из которых будет понятен исполнителю. Снова работает принцип «разделяй и властвуй».
Исполнитель выполняет точно то, что предписывает ему алгоритм.
Исполнитель-птичка очень доверчивая. Она не подвергает сомнению то, что вы пишете в программе. Если, например, вы забудете развернуть птичку, то она врежется в стенку. Поэтому вы должны следить за всем самостоятельно.
Ваши будущие программы часто будут работать не так, как вы задумывали. Ошибки случаются у всех. Тут важно понимать, что это не компьютер дурак, а вы допустили ошибку в алгоритме. Не уподобляйтесь плохим программистам, у которых во всём всегда виновата программа.
Теперь от наглядного примера перейдём к компьютерным реалиям. Мы пишем программы для компьютера, а значит, компьютер в нашем случае является исполнителем. Система команд – стандартные функции и конструкции языка Си.
В чём состоит основная задача вашего обучения основам программирования? Овладеть навыком алгоритмического мышления. То есть научиться записывать решение различных задач в виде алгоритма для конкретного исполнителя (в нашем случае компьютера).
Компьютерная программа – алгоритм решения какой-либо задачи, записанный на языке программирования.
Алгоритм – точное описание порядка действий, которые должен выполнить исполнитель для того, чтобы решить задачу.
Исполнитель – человек или некоторое устройство, которое может понимать и выполнять определённый набор команд.
Система команд исполнителя – набор команд, которые понимает и умеет выполнять исполнитель.
Основная задача данного курса – научиться записывать решение различных задач в виде алгоритмов для компьютера.
Практика
Решите предложенные задачи. Для удобства работы сразу переходите в полноэкранный режим 
Подборка задач из Единого государственного экзамена на тему Анализ и построение алгоритмов для исполнителей (*.doc) на сайте К.Ю. Полякова. И ответы для самопроверки.
Зеркала на этом сайте: Задачи и ответы (нужный столбец отмечен зелёным цветом)
Дополнительные материалы
Как же в проге ошибку исправить?
Ведь бывает, не ровен же час.
Нажимаю я кнопку «Отправить»
И думаю:»Может сейчас?»
(c) Дроздова Дария Ивановна
Информатика
Именная карта банка для детей
с крутым дизайном, +200 бонусов
Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы
План урока:
Начнем урок с простой задачи. Что нужно сделать, если хочется выпить чая?
Один человек сразу включает чайник, потом начинает искать чашки, заварку, сахар.
Второй действует согласно плану:
Первый человек сразу бежит к цели, сломя голову, а второй – определяется с целью, разбивает сложный процесс на простые этапы и шаг за шагом идти к результату. Такой линейный алгоритм из жизни позволяет не запутаться, не пропустить что-то важное. Второй подход рациональнее, логичнее и удобнее, позволяет сложную задачу разбить на более простые.
Система команд или алгоритм, не просто удобнее, она позволяет выполнить задачу даже тому, кто не делает это часто, то есть новичку.
Алгоритмы, которыми мы пользуемся
Алгоритм – конечная последовательность действия, пошаговый план, инструкция, способ действия позволяющие достичь желаемого результата. Состоит из простейших команд.
Такие удобные инструкции мы используем постоянно, даже не осознавая это.
Давайте вспомним, какими детальными инструкциями мы пользуемся:
Имея цель, мы обрабатываем входные данные и получаем результат или объяснение, почему результат не может быть получен. Это напоминает функцию, но в случае с алгоритмами даны четкие рекомендации, что и как делать.
Пример в виде красочной инструкции и сухой пошаговой рекомендации:
Работа за компьюетром Инструкция по настройке
А в информатике без них не обойтись – именно на алгоритмах основано программирование.
При написании такой последовательности команд важно разбивать процесс на самые простые действия, которые понимаются однозначно как разработчиком, так и тем, кто будет ими пользоваться.
Если действия однотипные, например, «набрать ковш воды и вылить» или «взять яблоко и проверить, есть ли червоточина», то его записывают 1 раз и повторяют конечное число раз.
Когда все задания/этапы будут выполнены, они должны привести к желаемому результату.
Исполнители, система команд исполнителя (СКИ)
Алгоритм разрабатывается с учетом определенного исполнителя. Это означает, что инструкция для пользователя спутниковой антенны и рекомендации для инженера-настройщика будут совершенно разными, хотя в обоих случаях каждый этап будет элементарный.
Исполнитель – субъект/объект, который может выполнить команды данного алгоритма.
Исполнителем может быть живое существо и неживой механизм. Человек, животное, которое понимает команды, робот, станок, компьютер – все они могут быть исполнителями.
Компьютер (ПК) – автоматизированный исполнитель команд. Алгоритмы программ для ПК пишут на языках программирования (С++, Basic, Pascal, Delphi, Ассемблер, Фортран).
Для каждого типа и уровня исполнителей существует своя система команд исполнителя (СКИ).
Свойства алгоритмов
Независимо от того, разрабатывается ход приготовления яичницы или запуска космического корабля, они должны обладать 5 основными свойствами:
Понятность – процедура должна быть на языке, который понятен той категории исполнителей, для которых она пишется.
Для ребенка 2 лет обучение пользованию игрушкой будет происходить простыми словами, с минимумом этапов (возьми, нажми эту кнопочку, поставь на пол). А для ребенка 10 лет инструкция уже будет включать проверку и замену батареек, установку отпавшей части.
Точность – команды должны быть конкретными, понятными, однозначными.
Пример непонятного и неточного задания мы помним из сказки: “Пойди туда, не знаю куда. Принеси то, не знаю что”.
Пример бесконечного алгоритма
В этом примере нет конечных команд: вымыть руки и выключить воду. Пользователь по этой инструкции будет бесконечно мыть руки, точить воду.
Классификация алгоритмов
Если выполняемые действия идут одно за другим, то инструкция будет последовательной, линейной. Если же операции повторяются при разных условиях, то порядок действия будет меняться. Следует использовать различные виды алгоритмов.
Виды алгоритмов:
Чаще используют алгоритмы повторения с условием, так как идеальные условия встречаются редко.
Линейная модель подходит для простых задач, когда нет условий или повторений. Для нее важна последовательность команд алгоритма. Например, вычисление среднего арифметического, площади фигуры. В обычной жизни – это список действий, которые нужно выполнить, чтобы купить хлеб, сварить яйцо или сделать бутерброд.
Запишем схему линейного алгоритма (покупки чая):
Для многих задач важно выполнение определенного условия.
Пример алгоритма ветвления – если нужного сорта нет, то процесс покупки чая усложняется:
Эту же задачу можно описать при помощи циклического алгоритма, если есть повторение определенной операции.
Данный пример включает в себя ветвление «если» и повторение команд:
Цикличные инструкции следует писать так, чтобы не было вечного цикла или зацикливания – бесконечного повторения операции без достижения результата.
Виды записи алгоритмов
Самый простой способ записать алгоритм построчно – словесно. Но текстовая форма оформления подобных детальных инструкций не всегда наглядна и удобна из-за большого количества вспомогательных слов.
Легче воспринимается такой план, если его дополнять картинками.
Особенно неудобно описывать словами математические, физические и химические процессы. Без специальных символов, формул не обойтись. Поэтому используются отраслевые сокращения и обозначения.
Но все эти способы записи алгоритмов уступают формальному, схематическому. Именно такой обобщенный подход позволяет пользователям и исполнителям со всего мира лучше понимать друг друга.
Блок-схема – графическая форма представления алгоритмов при помощи геометрических объектов и стрелок.
Блок схема линейного алгоритма вычисления площади прямоугольника:
Алгоритм – это инструкция к решению определенной задачи. А на этом основании можно написать программу вычисления алгоритма, которая реализует данный вариант решения, плюс ее можно установить, проверить и выполнить на ПК.
Пример алгоритма на Turbo Pascal
При программировании на компьютерных языках используется такой же подход, как и при написании инструкций вручную.
Для примера попробуем программирование линейных алгоритмов при помощи языка Turbo Pascal.
Запустить среду программирования следующими шагами:
Меню Пуск → Все программы → Turbo Pascal
На экране монитора появится оболочка, которая позволяет освоить азы программирования и даже реализовывать непростые проекты.
Оболочка разработана под DOS, что объясняет необычную реализацию интерфейса.
Пишем самый простой алгоритм программы для выведения на экран слов приветствия.
На латинской раскладке набираем в синем окне такие команды:
program Test;
begin
write(‘Доброе утро!’);
Учитываем важные моменты при использовании языка Турбо Паскаль:
Как видим, в программе есть свои слова-команды, как в письменных алгоритмах. Слово program – как заголовок, название объекта, а тest – непосредственно название программы.
Началом является команда begin, end – окончанием, а между ними стоят операторы или команды-действия («write» – напиши на экране). А текст, который нужно выводить на экране берется в скобки и ’….’.
Чтобы запустить программу, следует нажать Ctrl+F9 или набор команд Run Run.
Если нет ошибок в командах, появится такой результат:
Чтобы выйти обратно, можно нажать любую кнопку клавиатуры.
При каждом запуске будет новая запись, на той же строке. Если заменить write на writeln, то текст будет выводиться в новой строчке:
Изучение алгоритмов не только позволяет применять их во всех сферах жизни, начиная с ежедневных домашних дел и заканчивая учебой. Это первый и один из важнейших шагов понимания работы программируемой техники, в том числе ПК. Понимание простейших, линейных алгоритмов, умение их создавать позволяет узнать, как компьютер обрабатывает данные, находит верный результат и выдает его. Далее следует осваивать варианты с ветвлением или повторением.
Без умения создавать алгоритмы в виде блок-схемы, знания их видов и принципов создания невозможно начать изучение языков программирования.
Учитель информатики
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
§ 2.1. Алгоритмы и исполнители
Информатика. 8 класса. Босова Л.Л. Оглавление
Ключевые слова:
2.1.1. Понятие алгоритма
Каждый человек в повседневной жизни, в учёбе или на работе решает огромное количество задач самой разной сложности. Сложные задачи требуют длительных размышлений для нахождения решения; простые и привычные задачи человек решает не задумываясь, автоматически. В большинстве случаев решение каждой задачи можно разбить на простые этапы (шаги). Для многих таких задач (установка программного обеспечения, сборка шкафа, создание сайта, эксплуатация технического устройства, покупка авиабилета через Интернет и т. д.) уже разработаны и предлагаются пошаговые инструкции, при последовательном выполнении которых можно прийти к желаемому результату.
Пример 1. Задача «Найти среднее арифметическое двух чисел» решается в три шага:
Пример 2. Задача «Внести деньги на счёт телефона» подразделяется на следующие шаги:
Пример 3. Этапы решения задачи «Нарисовать весёлого ёжика» представлены графически:
Нахождение среднего арифметического, внесение денег на телефонный счёт и рисование ежа — на первый взгляд совершенно разные процессы. Но у них есть общая черта: каждый из этих процессов описывается последовательностями кратких указаний, точное следование которым позволяет получить требуемый результат. Последовательности указаний, приведённые в примерах 1-3, являются алгоритмами решения соответствующих задач. Исполнитель этих алгоритмов — человек.
Алгоритм может представлять собой описание некоторой последовательности вычислений (пример 1) или шагов нематематического характера (примеры 2-3). Но в любом случае перед его разработкой должны быть чётко определены начальные условия (исходные данные) и то, что предстоит получить (результат). Можно сказать, что алгоритм — это описание последовательности шагов в решении задачи, приводящих от исходных данных к требуемому результату.
В общем виде схему работы алгоритма можно представить следующим образом (рис. 2.1).
Алгоритмами являются изучаемые в школе правила сложения, вычитания, умножения и деления чисел, многие грамматические правила, правила геометрических построений и т. д.
Анимации «Работа с алгоритмом» (193576), «Наибольший общий делитель» (170363), «Наименьшее общее кратное» (170390) помогут вам вспомнить некоторые алгоритмы, изученные на уроках русского языка и математики (http://sc.edu.ru/).
Пример 4. Некоторый алгоритм приводит к тому, что из одной цепочки символов получается новая цепочка следующим образом:
Получившаяся таким образом цепочка является результатом работы алгоритма.
Так, если исходной была цепочка А#В, то результатом работы алгоритма будет цепочка #А1В2, а если исходной цепочкой была АБВ@, то результатом работы алгоритма будет цепочка БА@В2.
2.1.2. Исполнитель алгоритма
Каждый алгоритм предназначен для определённого исполнителя.
Исполнитель — это некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.
Различают формальных и неформальных исполнителей. Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Неформальный исполнитель может выполнять команду по-разному.
Рассмотрим более подробно множество формальных исполнителей. Формальные исполнители необычайно разнообразны, но для каждого из них можно указать следующие характеристики: круг решаемых задач (назначение), среду, систему команд и режим работы.
Круг решаемых задач. Каждый исполнитель создаётся для решения некоторого круга задач — построения цепочек символов, выполнения вычислений, построения рисунков на плоскости и т. д.
Среда исполнителя. Область, обстановку, условия, в которых действует исполнитель, принято называть средой данного исполнителя. Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.
Система команд исполнителя. Предписание исполнителю о выполнении отдельного законченного действия называется командой. Совокупность всех команд, которые могут быть выполнены некоторым исполнителем, образует систему команд данного исполнителя (СКИ). Алгоритм составляется с учётом возможностей конкретного исполнителя, иначе говоря, в системе команд исполнителя, который будет его выполнять.
Режимы работы исполнителя. Для большинства исполнителей предусмотрены режимы непосредственного управления и программного управления. В первом случае исполнитель ожидает команд от человека и каждую поступившую команду немедленно выполняет. Во втором случае исполнителю сначала задаётся полная последовательность команд (программа), а затем он выполняет все эти команды в автоматическом режиме. Ряд исполнителей работает только в одном из названных режимов.
Рассмотрим примеры исполнителей.
Пример 5. Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии. Система команд Черепашки состоит из двух команд:
Запись Повтори k [ … ] означает, что последовательность команд в скобках повторится k раз.
Подумайте, какая фигура появится на экране после выполнения Черепашкой следующего алгоритма.
Повтори 12 [Направо 45 Вперёд 20 Направо 45]
Пример 6. Система команд исполнителя Вычислитель состоит из двух команд, которым присвоены номера:
1 — вычти 1
2 — умножь на 3
Первая из них уменьшает число на 1, вторая увеличивает число в 3 раза. При записи алгоритмов для краткости указываются лишь номера команд. Например, алгоритм 21212 означает следующую последовательность команд:
С помощью этого алгоритма число 1 будет преобразовано в 15: ((1 • 3 — 1) • 3-1) • 3 = 15.
Пример 7. Исполнитель Робот действует на клетчатом поле, между соседними клетками которого могут стоять стены. Робот передвигается по клеткам поля и может выполнять следующие команды, которым присвоены номера:
1 — вверх
2 — вниз
3 — вправо
4 — влево
При выполнении каждой такой команды Робот перемещается в соседнюю клетку в указанном направлении. Если же в этом направлении между клетками стоит стена, то Робот разрушается.
Что произойдёт с Роботом, если он выполнит последовательность команд 32323 (здесь цифры обозначают номера команд), начав движение из клетки А? Какую последовательность команд следует выполнить Роботу, чтобы переместиться из клетки А в клетку В, не разрушившись от встречи со стенами?
При разработке алгоритма:
Можно сказать, что алгоритм — модель деятельности исполнителя алгоритмов.
2.1.3. Свойства алгоритма
Не любая инструкция, последовательность предписаний или план действий может считаться алгоритмом. Каждый алгоритм обязательно обладает следующими свойствами: дискретность, понятность, определённость, результативность и массовость.
Свойство дискретности означает, что путь решения задачи разделён на отдельные шаги (действия). Каждому действию соответствует предписание (команда). Только выполнив одну команду, исполнитель может приступить к выполнению следующей команды.
Свойство понятности означает, что алгоритм состоит только из команд, входящих в систему команд исполнителя, т. е. из таких команд, которые исполнитель может воспринять и по которым может выполнить требуемые действия.
Свойство определённости означает, что в алгоритме нет команд, смысл которых может быть истолкован исполнителем неоднозначно; недопустимы ситуации, когда после выполнения очередной команды исполнителю неясно, какую команду выполнять следующей. Благодаря этому результат алгоритма однозначно определяется набором исходных данных: если алгоритм несколько раз применяется к одному и тому же набору исходных данных, то на выходе всегда получается один и тот же результат.
Свойство результативности означает, что алгоритм должен обеспечивать получение результата после конечного, возможно, очень большого, числа шагов. При этом результатом считается не только обусловленный постановкой задачи ответ, но и вывод о невозможности продолжения по какой-либо причине решения данной задачи.
Свойство массовости означает, что алгоритм должен обеспечивать возможность его применения для решения любой задачи из некоторого класса задач. Например, алгоритм нахождения корней квадратного уравнения должен быть применим к любому квадратному уравнению, алгоритм перехода улицы должен быть применим в любом месте улицы, алгоритм приготовления лекарства должен быть применим для приготовления любого его количества и т. д.
Пример 8. Рассмотрим один из методов нахождения всех простых чисел, не превышающих некоторое натуральное число п. Этот метод называется «решето Эратосфена» по имени предложившего его древнегреческого учёного Эратосфена (III в. до н. э.).
Для нахождения всех простых чисел, не больших заданного числа n, следуя методу Эратосфена, нужно выполнить следующие шаги:
Более наглядное представление о методе нахождения простых чисел вы сможете получить с помощью размещённой в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов анимации «Решето Эратосфена» (180279).
Рассмотренная последовательность действий является алгоритмом, так как она удовлетворяет свойствам:
Рассмотренные свойства алгоритма позволяют дать более точное определение алгоритма.
Алгоритм — это предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.
2.1.4. Возможность автоматизации деятельности человека
Разработка алгоритма — как правило, трудоёмкая задача, требующая от человека глубоких знаний, изобретательности и больших временных затрат.
Решение задачи по готовому алгоритму требует от исполнителя только строгого следования заданным предписаниям.
Пример 9. Из кучки, содержащей любое, большее трёх, количество каких-либо предметов, двое играющих по очереди берут по одному или по два предмета. Выигрывает тот, кто своим очередным ходом сможет забрать все оставшиеся предметы.
Рассмотрим алгоритм, следуя которому первый игрок наверняка обеспечит себе выигрыш.
Исполнитель может не вникать в смысл того, что он делает, и не рассуждать, почему он поступает так, а не иначе, т. е. он может действовать формально. Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека. Для этого:
Самое главное: Алгоритмы и исполнители
Исполнитель — некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.
Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Для каждого формального исполнителя можно указать: круг решаемых задач, среду, систему команд и режим работы.
Алгоритм — предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.
Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека.
Информационные технологии копия 2
Основы алгоритмизации и технологии программирования
Понятие алгоритма и его свойства
Каждый из нас постоянно решает множество задач: как быстрее обраться на работу, как лучше спланировать дела текущего дня и многие другие. Некоторые задачи мы решаем автоматически, так как на протяжении многих лет привыкли к их выполнению, другие требуют длительного размышления над решением, но в любом случае, решение каждой задачи всегда делится на простые действия.
Любой алгоритм существует не сам по себе, а предназначен для определенного исполнителя (человека, робота, компьютера, языка программирования и т.д.). Свойством, характеризующим любого исполнителя, является то, что он умеет выполнять некоторые команды. Совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнять, называется системой команд исполнителя. Алгоритм описывается в командах исполнителя, который будет его реализовывать. Объекты, над которыми исполнитель может совершать действия, образуют так называемую среду исполнителя. Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.
Значение слова «алгоритм» очень схоже со значениями слов «рецепт», «метод», «процесс». Однако, в отличие от рецепта или процесса, алгоритм характеризуется следующими свойствами: дискретностью, массовостью, определенностью, результативностью, формальностью.
Дискретность (разрывность – противоположно непрерывности) – это свойство алгоритма, характеризующее его структуру: каждый алгоритм состоит из отдельных законченных действий, говорят: «Делится на шаги».
Массовость – применимость алгоритма ко всем задачам рассматриваемого типа, при любых исходных данных. Например, алгоритм решения квадратного уравнения в области действительных чисел должен содержать все возможные исходы решения, т.е., рассмотрев значения дискриминанта, алгоритм находит либо два различных корня уравнения, либо два равных, либо делает вывод о том, что действительных корней нет.
Определенность (детерминированность, точность) – свойство алгоритма, указывающее на то, что каждый шаг алгоритма должен быть строго определен и не допускать различных толкований; также строго должен быть определен порядок выполнения отдельных шагов. Помните сказку про Ивана-царевича? «Шел Иван-царевич по дороге, дошел до развилки. Видит большой камень, на нем надпись: «Прямо пойдешь – голову потеряешь, направо пойдешь – жену найдешь, налево пойдешь – разбогатеешь. Стоит Иван и думает, что дальше делать». Таких инструкций алгоритм содержать не может.
Результативность – свойство, состоящее в том, что любой алгоритм должен завершаться за конечное (может быть очень большое) число шагов. Вопрос о рассмотрении бесконечных алгоритмов остается за рамками теории алгоритмов.
Формальность – это свойство указывает на то, что любой исполнитель, способный воспринимать и выполнять инструкции алгоритма, действует формально, т.е. отвлекается от содержания поставленной задачи и лишь строго выполняет инструкции. Рассуждать «что, как и почему» должен разработчик алгоритма, а исполнитель формально (не думая) поочередно исполняет предложенные команды и получает необходимый результат.
Способы описания алгоритмов
Рассмотрим следующие способы описания алгоритма: словесное описание, псевдокод, блок-схема, программа.
Словесное описание представляет структуру алгоритма на естественном языке. Например, любой прибор бытовой техники (утюг, электропила, дрель и т.п.) имеет инструкцию по эксплуатации, т.е. словесное описание алгоритма, в соответствии которому данный прибор должен использоваться.
Никаких правил составления словесного описания не существует. Запись алгоритма осуществляется в произвольной форме на естественном, например, русском языке. Этот способ описания не имеет широкого распространения, так как строго не формализуем (под «формальным» понимается то, что описание абсолютно полное и учитывает все возможные ситуации, которые могут возникнуть в ходе решения); допускает неоднозначность толкования при описании некоторых действий; страдает многословностью.
Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, частично формализованном языке, позволяющее выявить основные этапы решения задачи, перед точной его записью на языке программирования. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика.
Строгих синтаксических правил для записи псевдокода не существует. Это облегчает запись алгоритма при проектировании и позволяет описать алгоритм, используя любой набор команд. Однако в псевдокоде обычно используются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от псевдокода к записи алгоритма на языке программирования. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором используемых слов и конструкций.
Блок-схема – описание структуры алгоритма с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения отдельных инструкций. Этот способ имеет ряд преимуществ. Благодаря наглядности, он обеспечивает «читаемость» алгоритма и явно отображает порядок: выполнения отдельных команд. В блок-схеме каждой формальной конструкции соответствует определенная геометрическая фигура или связанная линиями совокупность фигур.
Рассмотрим некоторые основные конструкции, использующиеся для построения блок-схем (рис. 1).
(1) Блок, характеризующий начало/конец алгоритма (для подпрограмм – вызов/возврат);
(8) Блок – решение (проверка условия или условный блок);
(9) Блок, описывающий блок с параметром;
(10) Блок – границы цикла, описывающий циклические процессы типа: «цикл с предусловием», «цикл с постусловием»;
Описания алгоритма в словесной форме, на псевдокоде или в виде блок-схемы допускают некоторый произвол при изображении команд. Вместе с тем она настолько достаточна, что позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм. На практике исполнителями алгоритмов выступают компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на «понятном» ему языке, такой формализованный язык называют языком программирования.
Программа – описание структуры алгоритма на языке алгоритмического программирования. Программа на языке декларативного программирования представляет собой совокупность описанных знаний и не содержит явного алгоритма исполнения.
Основные алгоритмические конструкции
Элементарные шаги алгоритма можно объединить в следующие алгоритмические конструкции: линейные (последовательные), разветвляющиеся, циклические и рекурсивные.
Линейная алгоритмическая конструкция
Линейной называют алгоритмическую конструкцию, реализованную в виде последовательности действий (шагов), в которой каждое действие (шаг) алгоритма выполняется ровно один раз, причем после каждого i- гo действия (шага) выполняется (i+ 1)-е действие (шаг), если i-e действие – не конец алгоритма.
Опишем алгоритм сложения двух чисел на псевдокоде в виде блок-схемы (рис. 2).
Разветвляющаяся алгоритмическая конструкция
Разветвляющейся (или ветвящейся) называется алгоритмическая конструкция, обеспечивающая выбор между двумя альтернативами в зависимости от значения входных данных. При каждом конкретном наборе входных данных разветвляющийся алгоритм сводится к линейному. Различают неполное (если – то) и полное (если – то – иначе) ветвления. Полное ветвление позволяет организовать две ветви в алгоритме (то или иначе), каждая из которых ведет к общей точке их слияния, так что выполнение алгоритма продолжается независимо от того, какой путь был выбран (рис. 3). Неполное ветвление предполагает наличие некоторых действий алгоритма только на одной ветви (то), вторая ветвь отсутствует, т.е. для одного из результатов проверки никаких действий выполнять не надо, управление сразу переходит к точке слияния (рис. 4).
Рассмотрим стандартный алгоритм поиска наибольшего (наименьшего) значения среди нескольких заданных. Основная идея алгоритма сводится к следующему: за наибольшее (наименьшее) принимаем значение любого из данных. Поочередно сравниваем оставшиеся данные с наибольшим (наименьшим). если окажется, что очередное значение входного данного больше (меньше) наибольшего (наименьшего), то наибольшему (наименьшему) присваиваем это значение. Таким образом, сравнив все входные данные, найдем наибольшее (наименьшее) среди них. Алгоритм использует неполное ветвление.
Заданы три числа. Найти значение наименьшего из них Заданные числа обозначим: а, b, с; результирующее наименьшее – min. На рис. 5 представлена блок-схема алгоритма решения данной задачи.
Алгоритмическая конструкция «Цикл»
Циклической (или циклом) называют алгоритмическую конструкцию, в кoтoрoй некая, идущая подряд группа действий (шагов) алгоритма может выполняться несколько раз, в зависимости от входных данных или условия задачи. Группа повторяющихся действий на каждом шагу цикла называется телом цикла. Любая циклическая конструкция содержит себе элементы ветвящейся алгоритмической конструкции.
Арифметический цикл
В арифметическом цикле число его шагов (повторений) однозначно определяется правилом изменения параметра, которое задается с помощью начального (N) и конечного (К) значений параметра и шагом (h) его изменения. Т.е., на первом шаге цикла значение параметра равно N, на втором – N + h, на третьем – N + 2h и т.д. На последнем шаге цикла значение параметра не больше К, но такое, что дальнейшее его изменение приведет к значению, большему, чем К.
Вывести 10 раз слово «Привет!».
Параметр цикла обозначим i, он будет отвечать за количество выведенных слов. При i=1 будет выведено первое слово, при i=2 будет выведено второе слова и т. д. Так как требуется вывести 10 слов, то последнее значение параметра i=10. В заданном примере требуется 10 раз повторить одно и то же действие: вывести слово «Привет!». Составим алгоритм, используя арифметический цикл, в котором правило изменения параметра i=1,10, 1. т. е. начальное значение параметра i=1; конечное значение i=10; шаг изменения h=1. На рис. 6 представлена блок-схема алгоритма решения данной задачи.
Цикл с предусловием
Количество шагов цикла заранее не определено и зависит от входных данных задачи. В данной циклической структуре сначала проверяется значение условного выражения (условие) перед выполнением очередного шага цикла. Если значение условного выражения истинно, исполняется тело цикла. После чего управление вновь передается проверке условия и т.д. Эти действия повторяются до тех пор, пока условное выражение не примет значение ложь. При первом же несоблюдении условия цикл завершается.
Блок-схема данной конструкции представлена на рис. 7 двумя способами: с помощью условного блока а и с помощью блока границы цикла б. Особенностью цикла с предусловием является то, что если изначально условное выражение ложно, то тело цикла не выполнится ни разу.
Цикл с постусловием
Как и в цикле с предусловием, в циклической конструкции с постусловием заранее не определено число повторений тела цикла, оно зависит от входных данных задачи. В отличие от цикла с предусловием, тело цикла с постусловием всегда будет выполнено хотя бы один раз, после чего проверяется условие. В этой конструкции тело цикла будет выполняться до тех пор, пока значение условного выражения ложно. Как только оно становится истинным, выполнение команды прекращается. Блок-схема данной конструкции представлена на рис. 8 двумя способами: с помощью условного блока а и с помощью блока управления б.
Рекурсивный алгоритм
Рекурсивным называется алгоритм, организованный таким образом, что в процессе выполнения команд на каком-либо шаге он прямо или косвенно обращается сам к себе.
Простые типы данных: переменные и константы
Переменная – есть именованный объект (ячейка памяти), который может изменять свое значение. Имя переменной указывает на зн ачение, а способ ее хранения и адрес остаются скрытыми от программиста. Кроме имени и значения, переменная имеет тип, определяющий, какая информация находится в памяти. Тип переменной задает:
Объем памяти для каждого типа определяется таким образом, чтобы в него можно было поместить любое значение из допустимого диапазона значений данного типа. Например, тип «байт» может принимать значения от О до 255, что в двоичном коде (255(10)=11111111(2)) соответствует ячейке памяти длиной в 8 бит (или 1 байт).
В описанных выше алгоритмах (примеры 1-3) все данные хранятся в виде переменных. Например, инструкция «Ввод двух чисел а, b » означает введение пользователем значений двух переменных, а инструкция «К=К + 1» означает увеличение значения переменной К на единицу.
Если переменные присутствуют в программе, на протяжении всего времени ее работы – их называют статическими. Переменные, создающиеся и уничтожающиеся на разных этапах выполнения программы, называют динамическими.
Все остальные данные в программе, значения которых не изменяются на протяжении ее работы, называют константами или постоянными. Константы, как и переменные, имеют тип. Их можно указывать явно, например, в инструкции «К=К+1» 1 есть константа, или для удобства обозначать идентификаторами: pi=3,1415926536. Только значение pi нельзя изменить, так как это константа, а не переменная.
Структурированные данные и алгоритмы их обработки
Одномерный массив (шкаф ящиков в один ряд) предполагает наличие у каждого элемента только одного индекса. Примерами одномерных массивов служат арифметическая (аi) и геометрическая (bi) последовательности, определяющие конечные ряды чисел. Количество элементов массива называют размерностью. При определении одномерного массива его размерность записывается в круглых скобках, рядом с его именем. Например, если сказано: «задан массив A (10)», это означает, что даны элементы: a 1 , a 2 , …, a 10 . Рассмотрим алгоритмы обработки элементов одномерных массивов.
Ввод элементов одномерного массива осуществляется поэлементно, в порядке, необходимом для решения конкретной задачи. Обычно, когда требуется ввести весь массив, порядок ввода элементов не важен, и элементы вводятся в порядке возрастания их индексов. Алгоритм ввода элементов массива А(10) представлен на рис.9.
В заданном числовом массиве A(l0) найти наибольший элемент и его индекс, при условии, что такой элемент в массиве существует, и единственный.
Обозначим индекс наибольшего элемента т. Будем считать, что первый элемент массива является наибольшим (т = 1). Сравним поочередно наибольший с остальными элементами массива. Если оказывается, что текущий элемент массива а i (тот, c которым идет сравнение) больше выбранного нами наибольшего ат, то считаем его наибольшим (т=i) (рис.10).
Рассмотрим двумерный массив (шкаф с множеством ящиков, положение которых определяется двумя координатами – по горизонтали и по вертикали). В математике двумерный массив (таблица чисел) называется матрицей. Каждый ее элемент имеет два индекса а ij , первый индекс i определяет номер строки, в которой находится элемент (координата по горизонтали), а второй j – номер столбца (координата по вертикали). Двумерный массив характеризуется двумя размерностями N и М, определяющими число строк и столбцов соответственно (рис. 11).
Задана матрица символов (100х100), представляющая собой карту ночного неба; звездам на карте соответствует символы «*». Определить: сколько звезд на карте?
Алгоритм решения задачи достаточно прост, необходимо перебрать все элементы матрицы и посчитать, сколько среди них символов «*». Обозначим К переменную – счетчик. На рис 13. представлена блок-схема решения этой задачи.