Словесно-формульный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.
Например . Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел (алгоритм Эвклида).
Алгоритм может быть следующим:
1. задать два числа;
2. если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;
3. определить большее из чисел;
4. заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;
5. повторить алгоритм с шага 2.
Словесный способ не имеет широкого распространения, так как такие описания:
- строго не формализуемы;
- страдают многословностью записей;
- допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний.
Графический способ (с использованием графических примитивов, блок-схем);
Для разработки структуры программы удобнее пользоваться записью алгоритма в виде блок-схемы (в англоязычной литературе используется термин flow-chart).
Для изображения основных алгоритмических структур и блоков на блок-схемах используют специальные графические символы. Они приведены на рисунке:
Начало/конец алгоритма
Блок вычислений
Начало (заголовок) цикла
Проверка условий
Ввод/Вывод данных
псевдокоды
Псевдокод представляет собой систему обозначений и правил, предназначенную для единообразной записи алгоритмов.
Классификация ракет-носителей по массе выводимого полезного груза ...
... " Старт" Число разгонных ДУ Стартовая масса, т Длина, м 22.7 Диаметр, м 1.8 1.8 Ракеты-носители семейства «Старт» ... км Количество боевых блоков Число развернутых ракет 112 (7 ПЛх16) Число ступеней Длина собранной ракеты (без ГЧ), м ... начала Второй мировой войны работы по проекту были прерваны, и существенного влияния на историю космонавтики он не оказал[1]. Первой в мире настоящей ракетой-носителем, ...
Псевдокод занимает промежуточное место между естественным и формальным языками. С одной стороны, он близок к обычному естественному языку, поэтому алгоритмы могут на нем записываться и читаться как обычный текст. С другой строны, в псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и математическая символика, что приближает запись алгоритма к общепринятой математической записи.
В псевдокоде не приняты строгие синтаксические правила для записи команд, присущие формальным языкам, что облегчает запись алгоритма на стадии его проектирования и дает возможность использовать более широкий набор команд, рассчитанный на абстрактного исполнителя.
Однако в псевдокоде обычно имеются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от записи на псевдокоде к записи алгоритма на формальном языке. В частности, в псевдокоде, так же, как и в формальных языках, есть служебные слова, смысл которых определен раз и навсегда. Они выделяются в печатном тексте жирным шрифтом, а в рукописном тексте подчеркиваются.
Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором служебных слов и основных (базовых) конструкций.
Примером псевдокода является школьный алгоритмический язык в русской нотации (школьный АЯ), описанный в учебнике А.Г. Кушниренко и др. «Основы информатики и вычислительной техники», 1991. Этот язык в дальнейшем мы будем называть просто «алгоритмический язык».
Пример записи алгоритма на школьном АЯ:
алг Сумма квадратов (арг цел n, рез цел S)
дано | n > 0
надо | S = 1*1 + 2*2 + 3*3 + … + n*n
нач цел i
ввод n; S:=0
нц для i от 1 до n
S:=S+i*i
кц
вывод «S = «, S
кон
Формальные языки (
Пример:
‘Вывод выражений с помощью оператора PRINT
PRINT «Вывод чисел:»
PRINT 23.4
PRINT-10.2
PRINT «Вычислим (10+4) — 4*(2-3’^2)»
PRINT (10 + 4)-4* (2-3^2)
PRINT «В заключение объединим отдельные»
PRINT «слова в текст:»
PRINT «Сегодня» + » » + «хорошая» + » погода»
‘Конец программы
Основные алгоритмические конструкции:
Линейный алгоритм.
В алгоритмическом языке линейным является алгоритм, состоящий из команд, выполняющихся одна за другой. Они в записи алгоритма располагаются в том порядке, в каком должны быть выполнены предписываемые ими действия. Такой порядок выполнения называется естественным. Последовательность команд образует составную команду «цепочка», которая в записи блок-схемой имеет вид, приведенный на рисунке 1.
 |
|
 |
|
Рис.1 Блок-схема линейного алгоритма.
В математике к линейным алгоритмам относятся алгоритмы, представленные формулами. Они наиболее просты для программирования. Заметим, что естественный способ кодировки формул делает программу легкочитаемой, но нередко приводит к лишним вычислениям, поэтому, чтобы избежать повторных вычислений и сократить общее количество операций выполняйте тождественные преобразования выражений. С другой стороны, надо знать, что не всегда следует осуществлять оптимизацию, поскольку она является не правилом, а исключением. Этому есть три причины, главная из которых состоит в том, что оптимизация ухудшает наглядность программ, вторая — выгоды от оптимизации должны быть существенными и третья — современные системы, как правило, имеют удовлетворительные оптимизирующие компиляторы.
Основные алгоритмические конструкции:
Ветвящийся алгоритм.
При исполнении алгоритмов приходится не только находить значения величин, но и анализировать их свойства, сравнивать их друг с другом и в зависимости от результата сравнения выбирать ту или иную ветвь алгоритма. Алгоритмы, имеющие несколько ветвей, называются нелинейными. К таким относятся разветвляющиеся и циклические алгоритмы. Для их записи применяются составные команды.
Базовая структура «ветвление». Определяет выполнение действий в зависимости от выполнения условия. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма будет продолжаться независимо от того, какой путь будет выбран.
|
Язык QBasic |
Язык блок-схем |
|
Неполное IF Условие THEN действия |
|
|
Полное IF Условие THEN действия 1 ELSE действия 2 |
|
Пример алгоритма ветвления на алгоритмическом языке QBasic:
INPUT «1 или 2?»
IF=1 OR I=2 THEN
PRINT “Ок”
ELSE
PRINT “Вне диапазона”
END IF
Основные алгоритмические конструкции:
Циклический алгоритм.
Повторяющееся выполнение действий (групп действий),зависящее от выполнения условия, называется циклом.
Любой цикл состоит из трех частей: начала, проверки и тела цикла. Начало – всегда первая часть цикла. Главная его функция – подготовить цикл. Проверка определяет момент выхода из цикла.
Базовая структура «цикл». Обеспечивает многократное выполнение некоторой совокупности действий, которая называется телом цикла. Основные разновидности циклов представлены в таблице:
|
Язык QBasic |
Язык блок-схем |
|
Цикл типа пока. |
|
|
Do Until условие тело цикла (последовательность действий) Loop |
|
|
Do While условие тело цикла (последовательность действий) Loop |
|
|
Цикл типа для. |
|
|
For i=i1 to i2 тело цикла (последовательность действий) Next i |
|
Пример алгоритма цикл на алгоритмическом языке QBasic:
FOR I=1 TO 15
PRINT I
NEXT I
FOR I=7 TO –6 STEP –3
PRINT I
NEXT I
I=0
PRINT «Значение I в начале равно»; I
DO WHILE I<10
I=I+1
LOOP
PRINT “Значение I в конце цикла равно”; I
Выводы:
Чем отличается программный способ записи алгоритмов от других?
При записи алгоритма в словесной форме, в виде блок-схемы или на псевдокоде допускается определенный произвол при изображении команд. Вместе с тем такая запись точна настолько, что позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм.
Однако на практике в качестве исполнителей алгоритмов используются специальные автоматы — компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на понятном ему языке. И здесь на первый план выдвигается необходимость точной записи команд, не оставляющей места для произвольного толкования их исполнителем.
Следовательно, язык для записи алгоритмов должен быть формализован. Такой язык принято называть языком программирования.
Что такое уровень языка программирования?
В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования. Для каждого есть своя область применения.
Любой алгоритм, как мы знаем, есть последовательность предписаний, выполнив которые можно за конечное число шагов перейти от исходных данных к результату. В зависимости от степени детализации предписаний обычно определяется уровень языка программирования — чем меньше детализация, тем выше уровень языка.
По этому критерию можно выделить следующие уровни языков программирования:
- машинные;
- машинно-оpиентиpованные (ассемблеpы);
- машинно-независимые (языки высокого уровня).
Машинные языки и машинно-ориентированные языки — это языки низкого уровня, требующие указания мелких деталей процесса обработки данных. Языки же высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека.
Языки высокого уровня делятся на:
- процедурные (алгоритмические) (Basic, Pascal, C и др.), которые предназначены для однозначного описания алгоритмов;
- для решения задачи процедурные языки требуют в той или иной форме явно записать процедуру ее решения;
- логические (Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на систематическое и формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания;
— объектно-ориентированные (Object Pascal, C++, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и действия над нами. Программа на объектно-ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути описывает часть мира, относящуюся к этой задаче. Описание действительности в форме системы взаимодействующих объектов естественнее, чем в форме взаимодействующих процедур.
В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?
Основные преимущества таковы:
- алфавит алгоритмического языка значительно шире алфавита машинного языка, что существенно повы шает наглядность текста программы;
- набор операций, допустимых для использования, не зависит от набора машинных операций, а выбирается из соображений удобства формулирования алгоритмов решения задач определенного класса;
- формат предложений достаточно гибок и удобен для использования, что позволяет с помощью одного пред ложения задать достаточно содержательный этап обра ботки данных;
- требуемые операции задаются с помощью общепринятых математических обозначений;
- данным в алгоритмических языках присваиваются индивидуальные имена, выбираемые программистом;
- в языке может быть предусмотрен значительно более широкий набор типов данных по сравнению с набором машинных типов данных.
Таким образом, алгоритмические языки в значительной мере являются машинно-независимыми. Они облегчают работу программиста и повышают надежность создаваемых программ.
Какие компоненты образуют алгоритмический язык?
Алгоритмический язык (как и любой другой язык) образуют три его составляющие:
Алфавит — это фиксированный для данного языка набор основных символов, т.е. «букв алфавита», из которых должен состоять любой текст на этом языке — никакие другие символы в тексте не допускаются.
Синтаксис — это правила построения фраз, позволяющие определить, правильно или неправильно написана та или иная фраза. Точнее говоря, синтаксис языка представляет собой набор правил, устанавливающих, какие комбинации символов являются осмысленными предложениями на этом языке.
Семантика определяет смысловое значение предложений языка. Являясь системой правил истолкования отдельных языковых конструкций, семантика устанавливает, какие последовательности действий описываются теми или иными фразами языка и, в конечном итоге, какой алгоритм определен данным текстом на алгоритмическом языке.
Список используемой литературы:
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/osnovnyie-algoritmicheskie-konstruktsii/
1. В.Шелест. Программирование. 2002.
2. Л.З.Шауцукова, «Основы информатики в вопросах и ответах», Издательский центр «Эль-Фа», Нальчик, 1994
3. Введение в информатику. Лабораторные работы. / Авт.-сост. А.П. Шестаков; Перм. ун-т. — Пермь, 1999
4. Теоретический материал из лекций по информатике в МГАПИ.
