11.1.2. Базовые алгоритмические структуры

Алгоритмы можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е. основных) элементов. Естественно, что при таком подходе к алгоритмам изучение основных принципов их конструирования должно начинаться с изучения этих базовых элементов. Для их описания будем использовать язык схем алгоритмов и простейший псевдокод.

Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур: следование, ветвление, цикл. Характерной особенностью базовых структур является наличие в них одного входа и одного выхода.

1. Базовая структура "следование". Образуется последовательностью действий, следующих одно за другим:

Псевдокод	Язык блок–схем
действие 1 действие 2 . . . . . . . . . действие n

2. Базовая структура "ветвление". Обеспечивает в зависимости от результата проверки условия (да или нет) выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма будет продолжаться независимо от того, какой путь будет выбран. Структура ветвление существует в четырех основных вариантах:

• если–то;

• если–то–иначе;

• выбор;

• выбор–иначе.

Псевдокод	Язык блок–схем
1. если–то
если условие   то действия все
2. если–то–иначе
если условие   то действия 1   иначе действия 2 все
3. выбор
выбор   при условие 1: действия 1   при условие 2: действия 2   . . . . . . . . . . . .   при условие N: действия N все
4. выбор–иначе
выбор   при условие 1: действия 1   при условие 2: действия 2   . . . . . . . . . . . .   при условие N: действия N   иначе действия N+1 все

Примеры структуры ветвление

Псевдокод	Язык блок–схем
если x > 0   то y := sin(x) все
если a > b   то a := 2*a; b := 1   иначе b := 2*b все
выбор   при n = 1: y := sin(x)   при n = 2: y := cos(x)   при n = 3: y := 0 все
выбор   при a > 5: i := i+1   при a = 0: j := j+1   иначе i := 10; j:=0 все

3. Базовая структура "цикл" (повторение). Обеспечивает многократное выполнение некоторой совокупности действий, которая называется телом цикла. Основные разновидности циклов представлены в таблице:

Псевдокод	Язык блок–схем
Цикл типа пока. Предписывает выполнять тело цикла до тех пор, пока выполняется условие, записанное после слова пока.
нц пока условие   тело цикла   (последовательность действий) кц
Цикл типа для. Предписывает выполнять тело цикла для всех значений       некоторой переменной (параметра цикла) в заданном диапазоне.
нц для i от i1 до i2   тело цикла   (последовательность действий) кц

Для того чтобы понять, как функционирует не только этот, а и любой другой цикл, обратимся к рис. 11.1, 11.8. На них показана общая структура цикла и его важнейшие параметры. Как видно из рис. 11.1, цикл состоит из заголовка и тела. Всякий цикл обязательно имеет свой счетчик.

На рис. 11.2, где показана структура и параметры заголовка цикла, роль такого счетчика выполняет переменная i. Внутри заголовка после счетчика и символа "=" через запятую указывает начальное и конечное значения счетчика и шаг его изменения (на рис. 11.2 их роль выполняют переменные j, k, l соответственно). Если значение шага l = l, то его можно не указывать.

Сначала производится вход в цикл. После этого начинается его выполнение.

Рис. 11.1. Структура цикла	Рис. 11.2. Структура заголовка цикла

Внутри заголовка счетчику первоначально присваивается значение i = j. Затем выполняется блоки, образующие тело цикла. Обработка блоков внутри цикла производится по часовой стрелке. В результате после первого выполнения тела цикла управление вновь передается заголовку. Здесь к текущему значению счетчика добавится шаг. Теперь, если новое значение счетчика не вышло за свои пределы (т.е. не стало больше своего конечного значения при положительном шаге или меньше конечного значения – при отрицательном шаге), то снова выполняется тело цикла, вновь после возврата к заголовку к счетчику добавляется шаг. Так цикл будет выполняться до тех пор, пока значение счетчика однажды не выйдет за предписанный предел. Как только такой предел будет преодолен, произойдет выход из цикла и управление будет передано блоку, который следует сразу за циклом.

Примеры структуры цикл

Псевдокод	Язык блок–схем
нц пока i <= 5   S := S+A[i]   i := i+1 кц
нц для i от 1 до 5   X[i] := i*i*i   Y[i] := X[i]/2 кц