Тема 7. Алгоритмы и основы программирования.
Краткое содержание: Этапы создания компьютерной программы. Понятие алгоритма. Виды алгоритмов. Представление алгоритмов в виде блок-схем. Понятие о программировании. Системы и языки программирования. Запись алгоритма на языке программирования. Трансляторы: компиляторы и интерпретаторы. Интерпретатор Quick Basic. Запуск интерпретатора и структура окна. Алфавит языка. Переменные и зачем они нужны. Типы переменных и их запись. Способы объявления переменных. Задание значений переменным. Оператор присваивания. Запись чисел, строк. Арифметические операторы и выражения. Ввод программы. Запуск программы. Исправление ошибок. Сохранение и открытие файлов. Справочная система. Ввод данных. Стандартные функции языка программирования и их использование в арифметических выражениях. Примеры составления простейших линейных программ. Вывод информации на экран. Операторы вывода. Средства расположения информации на экране. Оператор очистки экрана. Комментарии. Константы. Разветвляющиеся алгоритмы. Условный переход IF -THEN - ELSE. Виды условий. Операторы сравнения. Логические операторы и выражения. Сложные условия. Примеры программ с условными операторами. Циклические алгоритмы. Организация циклов с помощью условных операторов. Цикл с параметром FOR. Циклы с предусловием и постусловием. Вложенные циклы. Примеры организации циклических процессов.
Пояснение по теме 7.
В основные этапы создания компьютерной программы обычно включают следующие процессы:
- проектирование программы,
- написание программы,
- тестирование и отладка программы.
При проектировании программы одним из важнейших действий является построение алгоритма решения, поэтому, прежде всего, поясняем содержание данного термина.
Слово «алгоритм» происходит от имени математика Аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических операций.
Определения алгоритма:
система правил, описывающая последовательность действий, которые необходимо выполнить для решения задачи
точное и понятное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи.
Алгоритм решения вычислительной задачи – это совокупность правил преобразования исходных данных в результатные.
Таким образом, в определении алгоритма присутствует его исполнитель. Исполнитель алгоритма выполняет действия по механическим правилам – командам. Совокупность команд представляет собой систему команд исполнителя – СКИ. Обстановка, в которой действует исполнитель, называется средой исполнителя.
Правильное построение алгоритма характеризуется полным набором данных – необходимым и достаточным набором данных для решения поставленной задачи (получения искомого результата).
С точки зрения исполнителя алгоритм должен иметь следующие свойства:
1. Понятность, т. К. Он составляется из команд, входящих в ски, и точность – каждая команда алгоритма управления определяет однозначное действие исполнителя.
2. Конечность (результативность) – выполнение алгоритма должно приводить к результату за конечное число шагов. Результативность – свойство алгоритма, которое характеризует, что при точном исполнении всех команд алгоритма, процесс решения задачи прекращается за конечное число шагов и при этом получается определенный результат.
3. детерминированность или определенность – свойство алгоритма, благодаря которому каждая команда воспринимается однозначно.
4. массовость - свойство алгоритма, которое характеризует пригодность алгоритма для решения задач некоторого класса.
5. дискретность - свойство алгоритма, которое характеризует разбиение процесса решения задачи на последовательность отдельных шагов.
Виды алгоритмов:
Терминистический (выполняющийся за конечное число шагов),
Детерминистический (при строгом указании очередного шага алгоритма),
Детерминированный (определение результата независимо от последовательности выполняемых шагов).
Исходными данными для построения алгоритмов, независимо от способов их написания, являются:
- постановка задачи, которую необходимо решить с помощью алгоритма.
- способ (метод) решения задачи.
Алгоритм может быть описан (формализован) по некоторым правилам посредством конкретных изобразительных средств.
Основные способы записи (формализации) алгоритма:
словесный,
графический,
формульно-словесный,
алгоритмический язык.
Наибольшее представление из-за своей наглядности получил графический (блок - схемный) способ записи алгоритма.
Блок-схема – это графическое изображение логической структуры алгоритма, в которой каждый этап процесса обработки информации представляется в виде геометрических символов (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций.
Перечень символов, их наименование, отображаемые ими функции, форма и размер определяются правилами ГОСТ и представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Некоторые элементы блок-схем алгоритмов.
Результатами выполнения алгоритмов могут быть информация и управляющие сигналы, по которым осуществляются определенные преобразования.
При всем многообразии алгоритмов решения задач выделяют три основных вида вычислительных процессов и соответствующих типов алгоритмов:
- Линейный процесс, выполняющийся последовательно шаг за шагом, это алгоритм, в котором команды выполняются в порядке их естественного следования друг за другом, независимо от каких-либо условий.
- Ветвящийся процесс, выполняющийся по одному из нескольких заранее предусмотренных направлений в зависимости от исходных данных или промежуточных результатов.
- Циклический процесс, в котором последовательность команд повторяется более одного раза.
Цикл – это многократно повторяемый участок вычислений. Имеются циклы с определенным (заранее заданным) числом повторений и с неопределенным числом повторений.
Количество повторений зависит от соблюдения условия. Если проверка условия идет в начале цикла, то такой цикл называется с предусловием, в конце - с постусловием.
И ветвящийся и циклический алгоритм изображаются с помощью единого блока проверки по условию.
Основной графический блок проверки по условию показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Графический блок проверки по условию.
Цикл с параметром
Рисунок 3. Блок- схемы типов алгоритмов и разновидностей алгоритмов.
Разнообразие алгоритмов определяется тем, что любой алгоритм распадается на части, фрагменты, и каждый фрагмент представляет собой алгоритм одного из з-х указанных видов.
Построение алгоритмов – непростая задача. Однако можно сформулировать общие правила построения схемы алгоритма задачи: (основные принципы алгоритмизации).
Выявить исходные данные, результаты, назначить им имя.
Выбрать метод (порядок) решения задачи.
Разбить метод решения задачи на этапы (с учётом возможностей ПК) для графического представления алгоритма.
Изобразить каждый этап в виде соответствующего блока схемы алгоритма и указать линиями связи порядок их выполнения.
В полученной схеме при любом варианте вычисления:
а) предусмотреть выдачу результатов или сообщений об их отсутствии;
б)обеспечить возможность после выполнения любой операции так или иначе перейти к блоку « конец».
Основные типы алгоритмических структур
1.Линейный алгоритм
Существует большое количество алгоритмов, в которых команды должны выполняться последовательно одна за другой .Такие последовательности команд будем называть сериями, а алгоритмы, состоящие из таких серий, линейными.
Алгоритм, в котором команды выполняются последовательно одна за другой, называются линейным алгоритмом.
Команда 1
Команда 2
…
Команда N
