На практике наиболее распространены следующие способы записи алгоритмов: словесный (формульно-словесный), схемный.
| Основы информатики | 35 |
Словесный способ записи алгоритма
Пример Требуется записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел ( алгоритм Эвклида ). Алгоритм: 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.
| Основы информатики | 36 |
Словесный способ записи алгоритма
Недостатки словесной формы: 
Для достаточно сложных алгоритмов описание становится слишком громоздким и ненаглядным. 
Эта форма обычно используется на начальных стадиях разработки алгоритма.
Урок Алгоритмизация и программирование
| Основы информатики | 37 |
Схемный способ записи алгоритма
Для решения сложных задач применяют подход «проектирование сверху вниз». задача разбивается на этапы, каждый этап разбивается на ряд элементарных операций, определяются логические связи между этапами и порядок их следования 
В таких задачах связи между этапами вычислительного процесса могут быть очень сложными. 
Изобразительным средством, предназначенным для разрешения подобных затруднений, являются схемы алгоритмов, называемые блок-схемами .
| Основы информатики | 38 |
Правила построения блок-схем
Схемой алгоритма называется графическое изображение логической структуры алгоритма, в котором каждый этап процесса переработки данных представляется в виде геометрических фигур (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций (отображаемых функций).
| Основы информатики | 39 |
Правила построения блок-схем
Основные блоки (символы)
процесс типовой процесс решение подготовка
ввод-вывод данных ручной ввод документ пуск – завершение узел (соединитель) ссылка на другую страницу 40
Как Решать Задачи По Программированию?
Источник: studfile.net
Алгоритмизация — это процесс построения алгоритма решения задачи. Алгоритм и алгоритмизация в информатике
Алгоритмизация – это сложный научный, технический, математический термин, рассматриваемый разными науками и имеющий много значений, не совпадающих друг с другом.
Классический подход
Наиболее общее понятие алгоритмизации – это процесс формирования алгоритмов, программ. Предполагается систематический подход к составлению последовательности, позволяющей решить некоторую прикладную задачу. Если необходимо создать программу для компьютера, решить при помощи такого продукта четко определенную задачу, необходимо предварительно составить алгоритм этого решения – этот шаг считается обязательным.
Алгоритмизация – это детерминированный подход к решению задачи, что исключительно значимо для алгоритмов, программ прикладного класса. Одновременно результат должен быть массовым, эффективно рассчитывающим ответ. Правильно сформированный алгоритм – залог верного решения заранее сформулированного вопроса.
Возможные определения
Слово можно расшифровать не только описанным выше способом. В частности, в соответствии со словарными определениями, алгоритмизация – это этап работы над задачей, во время которого формулируют алгоритм, позволяющий решить проблему. Альтернативная трактовка – область информатики, посвященная методикам, способам создания алгоритмов. Кроме того, алгоритмизация рассматривает свойства алгоритмов. Иногда эту науку называют алгоритмикой.
В соответствии с иными понятиями алгоритмизация – описательный процесс, дающий представление об очередности действий, исполняемых для решения задачи. Другие издания формулируют суть алгоритма как точное описание заданного процесса и формулирование инструкций, в соответствии с которыми можно его исполнить. Создание алгоритма трудоемко и сложно, а алгоритмизация – техника, позволяющая сформулировать действительно эффективный, оптимизированный комплекс последовательных операций, реализуемых при помощи ЭВМ.
Процессы и этапы
Алгоритмизация – такая описательная работа, которая дает представление о происходящих внутри задачи процессах. Описывают их при применении математических символов. Это позволяет получить алгоритм, в котором заключены все элементарные акты задачи, присутствующие между ними связи, последовательности, причины и следствия. Сформированные в ходе алгоритмизации алгоритмы в общем случае разрабатываются именно для электронно-вычислительной техники.
Алгоритм и алгоритмизация – два очень важных понятия для любого, кто вынужден работать с поиском путей решения различных сложных задач. Формирование эффективной последовательности действий, которая отражала бы происходящие в реальности процессы, в большинстве случаев предполагает последовательное нахождение ответов на два вопроса:
- Какие системы информационной обработки будут эффективными в конкретном случае?
- Каковы математические методики функционирования применительны к крупным системам?
Особенности вопроса
Рассматривая методы информобработки, следует сперва создать алгоритм, который бы детально описывал, как система работает. Затем формируется последовательность действий, позволяющая определить оптимальные решения, а также алгоритмизируется управленческий процесс. В некоторых случаях требуется создание последовательности для выявления значений, характеризующих управление.
Задачи по алгоритмизации, рассматривающие второй вопрос, предполагают наличие большой системы. В ней можно одновременно проводить не только качественные, но и количественные исследования. Это позволяет оценивать ключевые особенности системы – надежность, результативность.
Как это работает?
Этапы алгоритмизации предполагают последовательное выделение элементарных актов. Каждый из них должен быть такого уровня, чтобы удалось описать его математическими функциями, применяя подходы алгебры логики. Пользу при построении алгоритма принесут также теории конечных автоматов, случайных процессов, массового обслуживания. При этом выявляются соотношения, которые описывают взаимные связи между элементарными актами. На основании таких данных формулируется система, которая и становится полноценным алгоритмом, применимым для дальнейшей работы.
Процедуры, операции, включенные в описание процесса через алгоритм, наиболее удобно фиксировать, применяя специальные языки программирования. Особенно актуально это, если процесс построения алгоритма необходим для последующего воплощения кода на электронно-вычислительной машине. Созданный человеком код затем обрабатывается транслятором и переводится в операционный язык, понятный для заданной машины. Нередко один шаг алгоритма – это несколько реализуемых машиной операций.
Кому и как?
О том, что такое алгоритм в информатике, могут рассказать программисты. Но эта наука в целом и техники программирования в частности – совершенно особенный вопрос, требующий отдельного рассмотрения. Что касается алгоритмизации применительно к прочим областям, то решением связанных с формированием последовательностей действий должен заниматься узкоспециализированный персонал – алгоритмисты. Последовательность действий включает в себя:
- анализ исходных данных;
- выявление самых значимых аспектов;
- формализацию ключевых моментов;
- представление данных символами;
- формирование цельной последовательности операций.
Фактически алгоритмизация – сложный процесс, сам по себе в некоторой степени описываемый алгоритмом. Важная особенность – четкость, математичность, логичность подхода и результата.
Зачем это нужно?
Где можно встретить примеры алгоритмизации на практике? Иным может показаться, что это «наука в себе», не слишком применимая для чего-либо. На самом деле алгоритмизация – это эффективный метод автоматизации широчайшего спектра задач, рабочих процессов, в которых участвуют люди. Формирование программ, алгоритмов в первую очередь используется для упрощения вычислительных задач, которые раньше можно было решить только вручную. Несколько реже алгоритмизация позволяет создать последовательность действий управления машинами.
Алгоритмизация позволяет эффективно переформулировать исходный (зачастую довольно хаотичный) объем информации в алгоритмический вид, четкий, упорядоченный и структурированный. При этом выделяют все объекты, которые участвуют в операциях, идентифицируют их, определяют исполнителей и задают алгоритм последовательных действий. Важное условие – обязательная однозначность толкования любого этапа. После А всегда следует В, а не «может, В, а может, С, вы уж решите сами, как лучше». Это правило – основа алгоритмизации.
Информация и алгоритмы
Представленные в алгоритмической форме сведения – данные, продуцируемые алгоритмизацией. Для них невозможны многозначные интерпретации. Что такое алгоритм в информатике, математике, логике? Это такая последовательность, которую исполнитель может понять, имея перед собой только этот документ и никаких сторонних источников, условий, объяснений операциям.
В алгоритме всегда указывается порядок действий. Без этой информации система не может считаться полноценной и применимой на практике.
Алгоритмизация и языки программирования были разработаны людьми, но не только лишь для себя. Исполнять готовый результат может и машина, причем не только высокопродуктивный и сложноорганизованный компьютер, но и более простое автоматизированное устройство. Применяются следующий типы последовательности операций:
- линейные;
- циклические;
- ветвления;
- смешанные.
А если поподробнее?
Если внимательно изучить основы алгоритмизации, можно найти подробное описание всех типов последовательностей действий. Разберем их детальнее.
Линейная предполагает наличие четкой последовательности по шагам: есть первая операция, вторая и так далее. Отклонения от схемы не допускаются, вариантов корректировки не предусмотрено.
Ветвление – возможность несколько корректировать последовательность. Для этого формулируются условия, решаемые в ходе предыдущих операций (одной или нескольких). Ветвление – это не переход к уже прошедшей ранее операции, а лишь выбор одного из путей продолжения последовательности.
Продолжая тему
Цикл практически идентичен ветвлению, но позволяет возвращаться к операции, уже пройденной в ходе исполнения алгоритма.
Наконец, в основах информатики рассматривается смешанный вариант последовательности алгоритмизованных действий. В таком будут участки линейные, циклические, ветвления – все возможные формы. Если программа, алгоритм являются сложными, можно с уверенностью говорить, что они принадлежат именно к такой форме, ее просто невозможно избежать.
Причем сложность – понятие очень и очень растяжимое. То, что для обычного человека кажется элементарной задачей, при формулировании ее в виде алгоритма может превратиться длительную последовательность действий разного плана и характера. Задача алгоритмиста – учитывать все возможные состояния всех включенных в систему объектов.
Инструкции и алгоритмы
Фактически с алгоритмизацией, как и с основами информатики, мы сталкиваемся в повседневной жизни, просто привыкли к этому и не замечаем, не обращаем внимание. К примеру, технологические инструкции – это классический образец алгоритма.
Исполнительные инструкции обычно составляются применительно к разнообразным объектам – клапанам, агрегатам, вытяжкам, двигателям. В инструкции описываются физические операции – взять, поднять, закрыть. Когда речь идет о вычислительной машине, объекты в алгоритме будут математические, действия, соответственно, такие же.
Алгоритм может быть посвящен формулам, таблицам, в которые скомпонованы значения, а действия бывают самыми разными – от простейших вычислений до довольно сложных для человека матричных табличных операций. Инструкция обычно содержит условие, соответствующее правилам логики. Если удалось достигнуть необходимого показателя – можно продолжать движение по алгоритму или завершить его, в противном случае придется пройти еще один цикл. Также алгоритмы в норме имеют «запасной выход» на случай внештатной ситуации. Применительно к человеческой повседневности можно найти аналог в виде «Сообщить руководству о неполадке».
Алгоритмизация: подход расширенный и специализированный
Некоторые считают, что алгоритмизация – это в первую очередь процесс переформатирования данных в более упорядоченный вид. Сперва исследуется исходная ситуация, анализируется сопровождающая ее информация, документация, особенности, пожелания. Одновременно с этим алгоритмизация – это вполне четкая и ограниченная по масштабу задача создания инструкций. Она имеет свои сложности и особенности.
Объект алгоритмизации
Принято говорить о таких объектах, которые могут совершать действия, а также тех, над которыми таковые производятся. Для каждого объекта характерно некоторое определенное состояние и возможность перехода между ними. Знание полного набора атрибутики позволяет создать корректный и точный алгоритм, который будет работать, не требуя дополнительных действий, за исключением уже вписанных в программу.
Ключевое условие, первое, которое проверяется применительно к объекту – присутствие его именно в таком состоянии, которое допускает исполнение предусмотренных алгоритмом функций. В случае если объект не прошел предварительную подготовку, он неисправен, не подходит (словом, любое препятствие), состояние становится неработоспособным, следовательно, действия, предписанные алгоритмом, не могут выполняться.
Алгоритмизация применительно к реальности
В повседневности алгоритмы применимы к самым разным реальным объектам – персоналу, оборудованию. Состояние его должно быть таким, чтобы возложенные в соответствии с программой операций функции исполнялись бы успешно, качественно, без сбоев. Учитывать это важно при формулировании инструкций. Так, если речь идет о каком-либо оборудовании, его нужно предварительно собрать, почистить, протестировать, только после этого ознакомить персонал с правилами использования и начать применять инструкцию в деле.
Применительно к машинному алгоритму ситуация сходная, разве что в качестве объекта будут выступать устройства, а сами шаги обычно должны быть более детальными, дабы аппарат смог правильно их интерпретировать и исполнить. При этом последовательность должна быть предельно четкой, иначе агрегат просто не сможет догадаться – ведь это не человек, обладающий волей, интуицией, способностью рассуждать на примере уже полученного опыта.
А что с обучением?
Важное понятие – алгоритмизация обучения. Оно предполагает составление такой последовательности действий, которая поможет научить целевой объект (машину или человека) исполнять заданные операции. В качестве начального этапа рассматривается состояние полного отсутствия знаний и представлений о целевом объекте. Алгоритм обучения должен содержать такую последовательность операций, которая позволит получить объекту представление о процессе, полезную информацию, применяемую дальше на практике. Формулирование сложных и эффективных алгоритмов обучения в последнее время стало особенной областью внимания передовых умов нашего мира в силу повышения интереса к искусственному интеллекту и обучаемости машин.
Алгоритм обучения начинается с рассмотрения простейших задач. Если предстоит работа с людьми, то даются поручения, которые позволяют освоить базовые понятия и процессы системы. Постепенно задачи усложняются, и в какой-то момент объекты алгоритма обучения могут не просто с легкостью решать поставленные перед ними задачи, но и учить других – особенно актуально это, конечно, применительно к людям.
Источник: fb.ru
1. Алгоритмизация и программирование
Термин алгоритм происходит от имени узбекского ученого IX в. Аль-Хорезми, который в своем труде «Арифметический трактат», переведенном в XII в. с арабского на латынь, изложил правила арифметических действий над числами в позиционной десятичной системе счисления. Эти правила и называли алгоритмами. Таким образом, изучающиеся в школе правила сложения, вычитания, деления, умножения чисел, правила преобразования алгебраических выражений, правила построения геометрических фигур, грамматические правила правописания слов и предложений – все это алгоритмы. Многие правила, инструкции, записанные в воинских уставах, функциональных, должностных обязанностях, представляют собой подробнейшие указания, годные во всевозможных ситуациях.
Свойства алгоритма — набор свойств, отличающих алгоритм от любых предписаний и обеспечивающих его автоматическое исполнение. Выделяют 5 основных свойства алгоритма:
1. Понятность алгоритма для данного исполнителя – алгоритм должен быть задан с помощью заранее четко и однозначно определенных действий (команд), составляющих СКИ.
2. Определенность (точность) – алгоритм должен предусматривать определенный порядок выполнения действий, т.е. должно быть указано, какую следующую команду исполнять после завершения текущего указания и какая команда последняя.
3. Дискретность – требует от алгоритма пошаговой записи и выполнения (т.е. команды алгоритма выполняются последовательно, с точной фиксацией моментов окончания выполнения одной команды и начала выполнения следующей, т. е. алгоритм должен содержать последовательность указаний (команд), каждое из которых приводит к выполнению в ЭВМ одного шага).
4. Результативность – алгоритм должен обеспечивать обязательное получения результата после конечного числа шагов, (при этом отрицательный результат – тоже результат, например, если компьютер выдает, предусмотренное алгоритмом сообщение «Решения нет, т.к. дискриминант
5. Массовость – алгоритм должен обеспечивать возможность его применения для решения класса однотипных задач с различными исходными данными.
1.2. Этапы решения задач на компьютере
Компьютер – универсальное средство для решения многих информационных задач, для решения которых используют различное программное обеспечение и системы программирования.
Исходя из условия задачи, пользователю остается решить, какими средствами воспользоваться. Например, СУБД, математический пакет, ТР и т.п. Если же подходящего ПО нет, приходится прибегать к программированию на универсальных языках, создавая свою уникальную программу. Работа по решению прикладной задачи на КП проходит через следующие этапы:
Задача → формализация → алгоритм → программа → компьютер → результат
1. Постановка задачи. На этом этапе должно быть четко определено, что дано и что требуется найти.
2. Математическая формализация. Выбор модели и метода решения. Задача формулируется на обычном разговорном языке, в виде формул, соотношений, зависимостей.
3. Разработка и запись алгоритма. Алгоритм разрабатывается и записывается на одном из формальных языков или с помощью блок-схем.
4. Составление программы. Программа – это тот же алгоритм, но записанный на понятном компьютеру языке – языке программирования.
5. Отладка и тестирование программы. Компьютер переводит введенную программу с языка программирования на язык машинных команд с помощью транслятора и решает задачу. Под отладкой программы понимается процесс испытания работы программы и исправление обнаруженных при этом ошибок. Обнаружить ошибки помогает транслятор.
Проверка на компьютере правильности алгоритма производится с помощью тестов. Тест – это конкретный вариант значений исходных данных, для которого известен ожидаемый результат. Главная задача программиста подобрать набор тестов таким образом, чтобы проверить все возможные ветви решения. (например, решение квадратного уравнения).
6. Проведение расчетов и анализ полученных результатов.
Анализ результатов. Для определения правильности решения задачи в зависимости от класса применяют разные подходы: 1) сравнивают с результат с результатом, рассчитанный в соответствии с тем же методом, но вручную, с помощью калькулятора; 2) сопоставление с экспериментальными фактами и теоретическими воззрениями.
1.3. Способы записи алгоритмов
Выбор способа записи алгоритма зависит от характера задачи. Алгоритм вычислительного характера можно записать одно или последовательностью формул, алгоритм приготовления кулинарного шедевра – удобно записать словами в пронумерованных пунктах. Алгоритм решения квадратного уравнения будет наиболее понятен при записи словами и формулами.
Из формальных способов записи алгоритмов чаще других используется язык блок-схем и алгоритмический язык.
1. Запись алгоритма словами.
2. Блок-схемы алгоритмов.
3. Алгоритмический язык.
1.3.1. Блок-схемы алгоритмов
Запись алгоритма на языке блок-схем обладают большой наглядностью, так как хорошо просматривается структура алгоритма.
Блок-схема – строится по определенным правилам и включают в себя геометрические фигуры (блоки различной конфигурации), соединенные между собой линиями, указывающими порядок выполнения операций.
Вид блоков и последовательность их соединения соответствует типу и последовательности действий алгоритма.
Основные блочные символы:
Блок начала и конца алгоритма; в овале пишут слова «начало» и «конец»
Блок ввода и вывода информации; в блоке ввода перечисляются имена данных, подлежащих вводу в алгоритм
Процесс решения задачи, в прямоугольнике блока записывают действия, которые надо выполнить при решении программы.
Выбор одного из двух направлений выполнения алгоритма в зависимости от некоторого условия, записываемого внутри ромба (ветвление)
Блок изменения некоторого параметра, используется, например, в блоксхемах циклических алгоритмов со счетчиком.
Использование ранее созданных и отдельно описанных алгоритмов (так называемых вспомогательных алгоритмов).
Правила составления блок-схем:
1. Все линии, указывающие на последовательность выполнения действий, должны быть замкнутыми.
2. Линии не должны пересекаться.
3. При передаче управления в схеме снизу вверх или справа налево линии обязательно помечают стрелками.
4. Не допускается передача управления «в никуда». Источник и получатель должны быть четко обозначены.
1.3.2. Алгоритмический язык
Алгоритмический язык – это язык, предназначенный для записи алгоритмов. Он включает: набор символов (алфавит), правила записи алгоритмов (синтаксис) и правила истолкования записей (семантику).
алг Название (список переменных и их типы) арг список аргументов (то, что дано) рез список результатов (что надо найти)
нач ввод вспомогательных переменных
выв список данных, выводимых на печать кон
Типы данных: вещ, цел, нат (натуральные), стр или лит (строковый)
1.5. Основные принципы структурного программирования
Программирование – это процесс составления компьютерной программы на основе некоторого алгоритма.
Структурное программирование основывается на двух важнейших принципах:
§ Последовательной детализации алгоритма,
§ Использование набора базовых структур (следование, ветвление, цикл) для построения алгоритма любой сложности.
В теории структурного программирования доказано, что алгоритм любой сложности можно построить с помощью следующих базовых структур:
Каждая из структур имеет только один вход и только один выход, что позволяет соединять их между собой в процессе разработки алгоритма любое количество элементов базовых структур в любом порядке.
1.6. Типы алгоритмов
Тип алгоритма определяется характером решаемой в соответствии с его командами задачи, а также используемыми базовыми структурами.
Тип алгоритма
Базовая структура
1. Линейные алгоритмы
Линейные алгоритмы – алгоритм, в котором команды выполняются в порядке их естественного следования друг за другом независимо от каких-либо условий.
Ветвящиеся алгоритмы – алгоритмы, которые содержат блок, который имеет два альтернативных выхода, выбор которых осуществляется в зависимости от выполнения или невыполнения некоторого условия.
Циклический алгоритм – алгоритм, предусматривающий многократное повторение одних и тех же действий, называемых телом цикла. Циклические алгоритмы отличаются наличием в структуре алгоритма обратной связи.
Циклические алгоритмы делятся на алгоритмы с известным и неизвестным заранее числом повторений. Их условно называют «Для» и «Пока». В обоих случаях окончание циклического процесса определяется поставленным заранее условием.
3 вида циклических алгоритмов:–
1) цикла с параметром – алгоритм с заранее известным числом повторений;
2) цикл с предусловием – условие проверяется до выполнения тела цикла; такой цикл может не выполниться ни разу;
3) цикл с постусловием – условие проверяется после выполнения тела цикла; такой цикл обязательно выполниться хотя бы один раз.
Вспомогательный (подчиненный) алгоритм (процедура) – алгоритм, ранее разработанный и целиком используемый при алгоритмизации конкретной задачи.
Линейные алгоритмы №1. По сторонам прямоугольника найти площадь.
алг Площадь (вещ А, B, S) арг А, B рез S
Упражнение 1. Чему равны значения переменных X и Y после выполнения операторов X:=5
Упражнение 2. При каком начальном значении X результат Y , после выполнения операторов Y:=X+5
равен 14? Решение: (с конца)
Источник: znanio.ru