Алгоритмизация

общества, опасности и угрозы, возникающие в информационных системах, основные требования

информационной безопасности.

с информацией в глобальных компьютерных сетях; использовать для решения коммуникативных

задач современные технические средства и информационные технологии.

информации.

задания (записи) алгоритмов
Типы вычислительных процессов, управляющие структуры
Линейный вычислительный процесс

Разветвляющийся вычислительный процесс

Циклические вычислительные процессы

Цикл с шагом

Циклы с условием

Алгоритмизация и программирование

Содержание

Процесс разработки программ

Программирование. Основные понятия

выполнения последовательности операций над информацией, предусмотренных программой.
Процесс разработки программ
Алгоритмизация и

программирование

Процесс создания программ состоит из следующих действий:

Постановка задачи

Алгоритмизация решения задачи

Программирование

на компьютере с описанием входной и выходной информации.

Этот этап выполняется

постановщиками при постоянном общении с заказчиком.

задачи на компьютере
Этот этап выполняется алгоритмистами в тесном сотрудничестве с

исполнителями предыдущего (постановщиками) и следующего (программистами) этапов

хранения значений.
С переменной связываются следующие понятия:
имя, с которым осуществляется

обращение к переменной. Имя переменной придумывает программист.

множество допустимых значений переменной. Например, переменная числового типа, логическая, строковая.

значение, хранимое в области памяти, выделенном под переменную.

Имя переменной –

Тип данного –

Значение переменной –

Значение переменной в процессе выполнения программы может быть изменено. Вычисления в программе – это последовательность изменений значений переменных с целью получения результатных значений отдельных (выходных) переменных.

двумя способами:
Ввести новое значение переменной с внешнего устройства
–     операция ввода
С

переменной в программе можно выполнять два типа операций:

Изменять значения переменной;

Использовать ее значения в вычислениях.

<имя переменной><знак операции присваивания><выражение>

Student = Fam & Name & DataRogd

Синтаксис

Пример на VB

С внешнего устройства (магнитный диск, клавиатура) считываются константы и присваиваются в качестве нового значения переменной. Пример на языке Паскаль:

Read(File1, Student)

считывается запись из файла File1 и присваивается в качестве значения переменной Student.

описывающее дискретный процесс преобразования исходных данных в результатные.
Алгоритм − это

упорядоченная последовательность однозначно толкуемых инструкций, доступных исполнителю, точное выполнение которых за конечное число шагов приводит к решению поставленной задачи.

Инструкции алгоритма представляют собой предложения в повелительном наклонении.

Исполнители − человек, животное, машина.

Доступность − исполнитель должен понимать и правильно выполнять инструкции алгоритма. Т.е. он должен уметь делать преобразования, подразумеваемые в инструкциях алгоритма

Конечность − это и ограниченное число (записей) инструкций и, главное, конечное число выполняемых инструкций (шагов).

Дискретность − в каждой инструкции описывается состояние данных после ее выполнения. Сам процесс преобразования в инструкциях не описывается.

Доступность достигается:

для человека − обучением;:

для животного − дрессировкой;:

для машины − закладывается в конструкцию машины.:

совокупностью выходных данных;
совокупностью промежуточных данных;
правилом начала;
правилом окончания;

правилами непосредственного преобразования;
правилом извлечения результата.

Последние четыре характеристики образуют вычислительный процесс.

— алгоритм должен быть доступным для исполнителя.
Дискpетность (прерывность, раздельность) —

т.е. алгоpитм должен пpедставлять пpоцесс pешения задачи как последовательное выполнение пpостых (или pанее опpеделенных) шагов (этапов).

Опpеделенность — т.е. каждое пpавило алгоpитма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для пpоизвола. Благодаpя этому свойству выполнение алгоpитма носит формальный (механический) характер.

Pезультативность (или конечность). Это свойство состоит в том, что алгоpитм должен пpиводить к pешению задачи за конечное число шагов.

Массовость. Это означает, что алгоpитм pешения задачи pазpабатывается в общем виде, т.е. он должен быть пpименим для некотоpого класса задач, pазличающихся лишь исходными данными. Пpи этом исходные данные могут выбиpаться из некотоpой области, котоpая называется областью пpименимости алгоpитма.

формы представления алгоритмов:
словесно-формульная;
псевдокоды;
программная;
графическая.

последовательных этапов обработки данных в произвольном изложении на естественном языке.

При этом могут использоваться математические формулы и термины предметной области.

Пример. Записать алгоритм нахождения наибольшего общего
              делителя (НОД) двух натуральных чисел.

Алгоритм может быть следующим:

Описанный алгоритм применим к любым целым неотрицательным числам и приводит к решению поставленной задачи.

естественном языке:
громоздки (не обозримы).
допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний;
не формализуемы и

потому не могут быть восприняты и выполнены компьютером;

2.1. Словесно-формульный способ задания (записи) алгоритмов

на алгоритмическом языке используется для устранения недостатков, присущих словесно-формульному способу.
Алгоритмический

язык – это подмножество естественного языка или искусственный язык, в котором искусственно устранена неоднозначность.

Программой называется алгоритм, записанный на языке, доступном машине.

Языком программирования называется язык, на котором пишутся программы.

Множество языков программирования является подмножеством множества алгоритмических языков. Т.е. понятие “алгоритмический язык” более широкое, чем понятие “язык программирования.”

Эвклид()
Dim A As Integer, B As Integer'Исходные числа

Dim R As Integer 'Остаток от деления
Dim S As String’Переменная для операции вывода
A = InputBox("Введите первое число")
B = InputBox("Введите второе число")
While B <> 0
R = A Mod B
A = B
B = R
Wend
S = "НОД заданных чисел" & " равен " & Str(A)
S = MsgBox(S, vbOK)
End Sub

Алгоритм нахождения НОД двух чисел на языке программирования Visual Basic 6.0 может быть описан следующей процедурой:

компактного и наглядного изображения алгоритмов. Одним из таких способов является

блок-схемное представление алгоритмов.

Блок-схема алгоритма ― это наглядное изображение алгоритма с помощь специальных условных символов.

Графический способ задания алгоритмов

(не более 15-20). С этой целью блок-схему следует составлять из

укрупненных блоков. Детализацию же сложных блоков нужно выполнять на дополнительных листах.
При небрежном выполнении блок-схемы ее наглядность резко снижается. Поэтому при вычерчивании блок-схем следует использовать чертежные инструменты.

Алгоритмизация и программирование

2.2. Графический способ задания алгоритмов

Рассмотренный ранее алгоритм вычисления НОД двух чисел может быть представлен в виде блок-схемы, как показано на приведенном рисунке. Компактно и наглядно !!!

Внешний вид символов дает представление только о типе инструкций алгоритма.
Конкретное содержание инструкций вписывается внутри символов на естественном языке или с помощью условных обозначений
Символы на блок-схеме должны быть пронумерованы.

можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е.

основных) элементов. Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур:

Характерной особенностью базовых структур является наличие в них одного входа и одного выхода.

следование,

Во всех языках программирования есть соответствующие средства для реализации базовых структур

В алгоритмах сложных задач базовые структуры внутри себя могут содержать подструктуры любого из названных выше типов. Т.е. блок-схема представляет собой систему вложенных базовых структур. Глубина вложенности может быть сколь угодно большой.

одно за другим.
Базовая структура следование (линейный вычислительный процесс)
В линейном

вычислительном процессе инструкции алгоритма выполняются в той последовательности, как они записаны в алгоритме (естественная последовательность выполнения). При этом ни одна инструкция не может быть пропущена или выполнена дважды.

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.

Базовая структура ветвление (разветвляющийся вычислительный процесс)

В разветвляющимся вычислительном процессе в зависимости от характера исходных данных и промежуточных вычислений часть инструкций алгоритма может выполняться, а другая – не выполняться. При других данных совокупности выполняемых и не выполняемых инструкций могут быть другими.

из трех чисел
В зависимости от введенных значений чисел A, B

и C выполняются различные блоки алгоритма. Другие при этом не выполняются.

для А=1, В=2 и С=3 выполняются блоки 1, 2, 3, 5 и 9. Блоки 4, 6, 7 и 8 – не выполняются

Например, в приведенной блок-схеме

языках программирования c ветвью ELSE

процесса

min (A, B, C, D)?
Алгоритмизация и программирование
Циклические вычислительные процессы

= min (A, B, C, D, E)?
Алгоритмизация и программирование
Циклические вычислительные

процессы

процессы

При таком подходе мы предотвратим разрастание блок-схемы в ширину
А как

быть с высотойА как быть с высотой?

используем одно (групповое) имя. Предположим – А.
Для обращения к конкретному

числу будем писать групповое имя и номер числа в последовательности (A1, A2, … A5).
В приведенной здесь блок-схеме учтены наши договоренности.
Пока никакого сокращения высоты блок-схемы не получили.
Идем дальше.

начале присвоим ей значение – 1.
При обращении к членам последовательности

вместо конкретных номеров в качестве индекса будем писать имя переменной (“i”).
Таким образом, если значение переменной i будет изменяться от 1 до 5, то с помощью имени Ai можно последовательно обратиться ко всем числам последовательности.
Это отображено на приведенной блок-схеме.
Обратите внимание, что блок-схема содержит последовательность совершенно одинаковых групп блоков.
Напрашивается мысль – изобразить повторяющуюся группу блоков один раз и заставить её выполняться пять раз.

5, 6 и 7 будут выполнены 4 раза.
Очень важно: В блоке

4 вместо конкретного значения (число 5) можно использовать ссылку на переменную. Таким образом данную блок-схему легко модифицировать для вычисления минимального из любого количества исходных чисел.

тело цикла – блоки 6 и 7;
модификация параметров - блок 5;
проверка условия окончания – блок 4;
циклу могут предшествовать блоки подготовки цикла – блоки 2 и 3.

Циклический процесс состоит из следующих элементов:

трех основных вариантах:
Цикл типа для.
Цикл типа делать - пока.
Цикл

типа пока.

цикла для всех значений некоторой переменной (параметра цикла) в заданном

диапазоне.

конец цикла

цикл для i от i1 до i2 шаг i3

тело цикла (последовательность действий)

цикла до тех пор, пока выполняется условие, записанное после слова

пока.

конец цикла

цикл пока условие

тело цикла (последовательность действий)

цикла
предписывает выполнять тело цикла до тех пор, пока выполняется условие,

записанное после слова пока. Условие проверяется после выполнения тела цикла.

цикл делать

тело цикла (последовательность действий)

пока условие

основных вариантах:
Цикл типа для.

Цикл типа пока.

Цикл типа делать

- пока.

Заметим, что циклы для и пока называют также циклами с предпроверкой условия а циклы делать - пока - циклами с постпроверкой условия. Иными словами, тела циклов для и пока могут не выполниться ни разу, если условие окончания цикла изначально не верно. Тело цикла делать - пока выполнится как минимум один раз, даже если условие окончания цикла изначально не верно.

цикла является то, что число повторений операторов тела цикла заранее

неизвестно. Для его организации используется цикл типа пока. Выход из итерационного цикла осуществляется в случае выполнения заданного условия.
На каждом шаге вычислений происходит последовательное приближение и проверка условия достижения искомого результата.

Пример. Составить алгоритм вычисления суммы ряда

с заданной точностью (для данного знакочередующегося степенного ряда требуемая точность будет достигнута, когда очередное слагаемое станет по абсолютной величине меньше).

Вычисление сумм - типичная циклическая задача. Особенностью же нашей конкретной задачи является то, что число слагаемых (а, следовательно, и число повторений тела цикла) заранее неизвестно. Поэтому выполнение цикла должно завершиться в момент достижения требуемой точности.
При составлении алгоритма нужно учесть, что знаки слагаемых чередуются и степень числа х в числителях слагаемых возрастает.

лоб" путем вычисления на каждом i-ом шаге частичной суммы
мы

получим очень неэффективный алгоритм, требующий выполнения большого числа операций. Гораздо лучше организовать вычисления следующим образом: если обозначить числитель какого-либо слагаемого буквой р, то у следующего слагаемого числитель будет равен -р*х (знак минус обеспечивает чередование знаков слагаемых), а само слагаемое m будет равно p/i, где i - номер слагаемого.
Алгоритм, в состав которого входит итерационный цикл, называется итерационным алгоритмом. Итерационные алгоритмы используются при реализации итерационных численных методов. В итерационных алгоритмах необходимо обеспечить обязательное достижение условия выхода из цикла (сходимость итерационного процесса). В противном случае произойдет зацикливание алгоритма, т.е. не будет выполняться основное свойство алгоритма - результативность.