Алгоритмизация и программирование

 

"Алгоритм" является базовым основополагающим понятием информатики, а алгоритмизация (программирование) – основным разделом курса информатики.

Современное значение слова алгоритм во многом аналогично таким понятиям как рецепт, процесс, метод, способ, процедура, программа, но все-таки слово алгоритм имеет дополнительный смысловой оттенок.

Алгоритм — это не просто набор конечного числа правил, задающих последовательность выполнения операций для решения задачи. Помимо этого, он имеет 5 важных особенностей:

· конечность. Алгоритм всегда должен заканчиваться после выполнения конечного числа шагов;

· определенность. Каждый шаг алгоритма должен быть однозначно определен;

· ввод. Алгоритм имеет некоторое (возможно, равное нулю) число входных данных, т.е. величин, которые задаются до начала его работы или определяются динамически во время его работы;

· вывод. У алгоритма есть одно или несколько выходных данных, т.е. величин, имеющих вполне определенную связь с входными данными.

· эффективность. Алгоритм обычно считается эффективным, если все его операторы достаточно просты для того, чтобы их можно было точно выполнить в течение конечного промежутка времени.

Любой алгоритм ориентирован на некоторый общий метод решения класса задач и представляет собой формализованную запись метода, процедуры.

Алгоритм, записанный на некотором алгоритмическом, формальном языке, состоит из заголовка алгоритма (описания параметров, спецификаций класса задач) и тела алгоритма (последовательности команд исполнителя, преобразующих входные параметры в выходные).

Для записи, исполнения, обмена и хранения алгоритмов существуют различные средства, языки, псевдокоды – блок-схемы, различные языки программирования и др.

Приведем общую структуру алгоритмического обеспечения. Критерии, по которым алгоритмы могут быть классифицированы, бывают разными, поэтому предлагаемая ниже схема отражает основные элементы структуры и в некоторых случаях является условной, в том смысле, что блоки приведенной на рис. 6.1 структуры могут "перекрываться".

Рис. 6.1. Структура алгоритмического обеспечения

Основные формы использования алгоритмов – автономное, библиотечное, пакетное.

Автономный алгоритм определяется решаемой задачей, структурой используемых данных, структурой логических связей частей (модулей) алгоритма и языком псевдокодов, на котором представлен, описан алгоритм.

Библиотека алгоритмов определяется множеством задач, решаемых с помощью библиотеки, множеством алгоритмов для решения типовых задач предметной области и структурой используемых данных.

Пакет алгоритмов, как и библиотека, определяется множеством задач, решаемых с помощью пакета, набором алгоритмов для решения типовых задач или их составных частей из предметной области, структурой используемых данных и обменом данными между задачами (модулями), специальным языком, на котором формулируется задание (последовательность этапов решаемой задачи, последовательность задач задания).

В качестве языка описания алгоритмов будет использоваться далее язык программирования С++.

Порядок выполнения операций (старшинство операций – по убыванию) в языке С++:

1. Вычисление выражений в скобках;

2. Вычисление стандартных функций;

3. Умножение и деление (обозначаются "*" и "/");

4. Сложение и вычитание (обозначаются "+" и "–").

Рассмотрим базовые простые команды языка С++ [8-9].

1. Команда описания главной функции:

< тип > main ()

{

…

}

2. Команда описания неглавной функции:

< тип > <имя функции > ( < передаваемые параметры>)

{

…

}

 

2. Ввод – команда ввода в рассмотрение (в тело алгоритма) тех или иных входных параметров:

cin>>вводимый параметр;

3. Вывод – команда вывода на экран тех или иных входных или выходных параметров алгоритма:

cout<<выводимый параметр;

4. Присваивание – команда изменения текущего значения переменной вида:

<идентификатор> = <выражение>;

где <идентификатор> соответствует имени переменной, <выражение> – корректно записанное выражение. Знак "=" означает последовательное выполнение двух действий: определение текущего значения <выражения> и замена текущего значения переменной, имя которой задано <идентификатором>, на новое значение, равное значению <выражения>.

5. Символ начала блока {.

6. Символ конца блока }.

7. Команда вставки комментариев в текст алгоритма имеет вид:

/* комментарий в несколько строк */

// комментарий в одну строку

Комментировать можно любой объект программы. Обычно комментируют переменную, структуру данных, команду, группу команд.

Различают три базовые алгоритмические структуры: следование, ветвление, повторение.

1. Действие следования состоит из двух команд с указанной очередностью их выполнения и имеет вид:

<команда – предшественник>;<команда – преемник>.

2. Структура типа ветвления в полной форме состоит из некоторого условия, проверяемого на истинность при выполнении структуры, команды, выполняемой при выполнении проверяемого условия, и команды, выполняемой при невыполнении условия. Условный оператор имеет вид

if <условие> <команда, выполняемая при выполнении условия>; else <команда, выполняемая при невыполнении условия>;

Пример. Команда вида

if (х>y) ( если текущее значение х больше текущего значения y ) у = х ; else x= y; (иначе x=y)

Структура повторения (цикл) служит для компактной записи одного и того же набора команд, повторяемых для различных значений параметров команд.

Структура повторения типа "пока (while)" записывается в виде:

while <условие продолжения повторения> { <повторяемая команда 1>; <повторяемая команда 2>; . . . <повторяемая команда N>; }Следующим оператором цикла в языке С++ является оператор for for(<присваивание начального значения счетчику цикла>; <условие проверки выхода из цикла>; <изменение счетчика цикла>){ < операторы цикла>}

Данный цикл выполняется по правилу: если условие повторения для текущих его параметров не выполнено, то повторение команд (тела) цикла на этом завершается; если же оно выполнено, то выполняется тело цикла и опять проверяется условие повторения команд тела цикла.