Алгоритм состоит из команд исполнителю. Исполнитель может, в свою очередь , командовать другими исполнителями. Компьютер можно рассматривать как универсальный исполнитель , который управляет другими исполнителями. Рассмотрим, к примеру, автомобиль с инжекторным двигателем. В нем работой двигателя управляет компьютер (его иногда называют микропроцессорный блок).
Компьютер получает данные от разнообразных датчиков (датчики положения коленчатого вала и дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, скорости, детонации, кислорода и др.) и отдает приказания исполняющим системам двигателя — модулю зажигания, бензонасосу, форсункам двигателя, регулятору холостого хода, системе продувки адсорбера и т.д. Таким образом, и датчики, и исполняющие системы двигателя управляются компьютером, который выступает в роли универсального исполнителя.
Запись алгоритма для универсального исполнителя может включать команды, адресованные ему непосредственно, а также команды, которые нужно передать подчиненным исполнителям. В чем разница между универсальным и простейшими подчиненными исполнителями?
Урок 4 Переменные в Python. Оператор присваивания
Как правило, универсальный исполнитель имеет собственную память , и выполнение им команд может приводить не к каким-либо внешним действиям, а к изменению его внутреннего состояния. Например, используя сигналы от датчика фазы, компьютер автомобиля вычисляет текущие обороты двигателя (которые показывает на тахометре).
Используя эти данные и информацию, поступающую от датчика скорости автомобиля, компьютер может вычислить, какая передача включена в определенный момент времени. Далее вычисляется текущая нагрузка на двигатель и устанавливается, какой должна быть смесь бензина и воздуха, подаваемая в цилиндры двигателя. В зависимости от этого подаются команды на открытие форсунок. От степени обогащения смеси зависит момент зажигания — чем богаче смесь, тем позже момент зажигания; таким образом, подаче команды модулю зажигания предшествуют достаточно сложные вычисления.
Таким образом, компьютер автомобиля, управляющий работой двигателя, хранит в любой момент времени в своей памяти текущие скорость, передачу, нагрузку на двигатель, температуру охлаждающей жидкости, требуемую степень обогащенности смеси и многие другие параметры. Эти параметры периодически перевычисляются на основании сигналов от разнообразных датчиков. В зависимости от значений параметров, компьютер передает те или иные сигналы управляющим системам двигателя.
Значение каждого параметра хранится в определенном участке памяти компьютера и может меняться в процессе выполнения алгоритма. Такой участок памяти компьютера называется переменной. Понятие переменной — важнейшее понятие алгоритмического языка. Переменные встроены в конструкцию универсального исполнителя.
Каждой переменной присваивается имя. В рассмотренном примере используются переменные » скорость «, » обороты двигателя «, » передача «, » нагрузка «, » температура «, » обогащенность смеси «, » угол опережения зажигания » и другие. С каждой переменной связан ее тип, т.е. множество значений, которое она может принимать. Например, » передача » принимает целые значения от 1 до 5 (обратная и первая передачи не различаются), тогда как » скорость «, а также » обогащенность смеси » принимают вещественные значения (скорость измеряется в м/сек, обогащенность смеси может измеряться либо соотношением кислорода и паров бензина в единице объема, либо в процентах относительно стехиометрической смеси 14/1, соответствующей полному сгоранию паров бензина).
Что такое переменная в программировании.
С переменной можно выполнять два действия:
- прочитать текущее значение переменной;
- записать новое значение в переменную или, как говорят программисты, присвоить новое значение переменной.
В алгоритмическом языке чтение значения переменной выполняется в результате использования ее имени в любом выражении. Запись нового значения переменной выполняется с помощью так называемого оператора присваивания. Он выглядит следующим образом:
имя переменной := выражение;
Знак := читается как присвоить значение . Во многих языках вместо него используется просто знак равенства:
имя переменной = выражение;
При выполнении оператора присваивания сначала вычисляется значение выражения в правой части, затем оно записывается в переменную, имя которой указано в левой части. Старое значение переменной при этом стирается. Например, скорость автомобиля вычисляется по количеству импульсов от датчика скорости в единицу времени: датчик скорости посылает 6 импульсов на каждый пройденный метр.
скорость := число импульсов от датчика скорости / (6 * интервал времени);
Переменная » число импульсов от датчика скорости » в течение каждого интервала времени суммирует число импульсов. В начале каждого интервала она обнуляется. Полученная в результате скорость выражается в км/час. Если нужно получить скорость в м/сек, то дополнительно выполняется следующее действие:
скорость := скорость * 3600 / 1000;
Здесь переменная » скорость » входит как в правую, так и в левую части оператора присваивания. В правой части используется старое значение этой переменной, вычисленное в м/сек. Поскольку час содержит 3600 секунд, то при домножении на 3600 получается расстояние в метрах, проходимое за 1 час; после деления на 1000 получается расстояние в километрах. Вычисленное значение затем присваивается переменной » скорость «.
Суммируем сказанное выше:
- универсальный исполнитель, или компьютер, — это исполнитель, который может управлять другими исполнителями. Запись алгоритма для универсального исполнителя может включать команды, которые он должен передать подчиненным исполнителям, и команды, изменяющие внутреннее состояние самого универсального исполнителя;
- внутреннее состояние универсального исполнителя определяется состоянием его памяти. Память — это материальный носитель (лента машины Тьюринга, ламповая или ферритовая память первых компьютеров, полупроводниковая память современных компьютеров), который хранит информацию. Эту информацию можно читать и перезаписывать;
- переменная — это область памяти универсального исполнителя, хранящая порцию информации. Любая переменная имеет имя и тип. Тип переменной определяется множеством всех значений, которые она может принимать. Память универсального исполнителя можно рассматривать как набор переменных;
- с переменной можно выполнять два действия: прочитать ее текущее значение и записать в нее новое значение (старое теряется). В алгоритмическом языке значение переменной читается, когда ее имя используется в любом выражении, значение которого надо вычислить. Для записи нового значения в переменную применяется оператор присваивания, который имеет вид
имя переменной := выражение;
При его выполнении сначала вычисляется значение выражения справа от знака присваивания := , затем оно записывается в переменную. Выражение в правой части может включать имя переменной в левой части. В этом случае при вычислении выражения используется старое значение переменной.
Источник: intuit.ru
Методы и средства получения дополнительной информации
Для получения дополнительной информации об ошибке можно выполнить добавочные тесты или использовать специальные методы и средства:
— интегрированные средства отладки;
Отладочный вывод. Метод требует включения в программу дополнительного отладочного вывода в узловых точках. Узловыми считают точки алгоритма, в которых основные переменные программы меняют свои значения. Например, отладочный вывод следует предусмотреть до и после завершения цикла изменения некоторого массива значений. (Если отладочный вывод предусмотреть в цикле, то будет выведено слишком много значений, в которых, как правило, сложно разбираться.) При этом предполагается, что, выполнив анализ выведенных значений, программист уточнит момент, когда были получены неправильные значения, и сможет сделать вывод о причине ошибки.
Обмен значений переменных: разбор популярных способов решения известной задачи с IT-собеседований
Самый простой способ взаимно менять значения переменных — использование swap(a, b) или же аналогичного стандартного метода. Тем не менее, важно понимать как работает операция по обмену значений двух переменных, что мы покажем на нескольких примерах.
Для начала продемонстрируем неправильную реализацию и выясним, что в ней не так.
Ошибочная реализация
a = b; b = a;
Теперь обратимся к правильной реализации.
С использованием буфера
Буфером в данном случае называется дополнительная используемая память. Давайте разберёмся зачем она здесь нужна. Если помните, в неправильной реализации мы потеряли значение переменной a после первой операции присваивания, в связи с чем в обеих доступных переменных осталось значение b . Чтобы этого избежать нам понадобится ещё одна переменная — c . В таком случае правильный алгоритм будет выглядеть так:
c = a; a = b; b = c;
Для наглядности разберём его пошагово:
- Присваиваем переменной c значение переменной a . Сейчас в a записана a , в b — b , а в c — a .
- Присваиваем переменной a значение переменной b . Теперь в a хранится b , в b — также b и в c — a .
- Присваиваем переменной b значение переменной c . Сейчас в a находится старое значение b , в b — a , ну и в c остаётся a .
Как вы видите, переменная c после выполнения алгоритма не нужна, поэтому далee в программе её можно не использовать и даже вовсе удалить из памяти.
Сразу стоит заметить, что это самое краткое и экономное решение задачи, но можно использовать и больше переменных, не так ли?
Нам повезло, что сейчас вопрос экономии оперативной памяти не стоит так остро, как 20-30 лет назад. Тем не менее, в те времена swap был востребован не меньше, поэтому умные люди нашли способ заменить значения двух переменных без ввода третьей.
Арифметика
Сложение / вычитание
a = a + b; b = a — b; a = a — b;
Для лучшего восприятия снова разберём алгоритм построчно:
- Присваиваем переменной a сумму значений переменных a и b . Сeйчас в a записано значение a + b , а в b всё ещё b .
- Переменной b присваиваем разность между новым значением переменной a и переменной b . В a также хранится a + b , но в b уже a .
- Наконец, присваиваем переменной a результат вычитания b из обновлённого значения a . Получается, что в a теперь содержится b , а в b — a .
Для C-подобных языков сокращённая запись этого алгоритма выглядит так:
a = a + b — (b = a);
Умножение / деление
Аналогичный способ решения задачи получается при замене сложения умножением и вычитания делением:
a = a * b; b = a / b; // деление НЕ целочисленное a = a / b;
В сокращённом варианте:
a = a * b / (b = a);
Вычитание / Сложение
Вообще, в математике действие вычитания отсутствует и является сложением положительного и отрицательного чисел. Отсюда следует, что мы можем поменять местами операции сложения и вычитания:
a = a — b; b = a + b; a = -a + b;
Обратите внимание, что в последней строке знак у переменной a изменился, а саму строчку можно записать иначе: a = b — a; .
Такой же принцип можно использовать поменяв местами деление и умножение.
Недостатки арифметического метода
Главным недостатком является большее количество операций, в чём можно убедиться посчитав операции сложения, вычитания и присваивания. Тeм болee, что умножeниe и дeлeниe болee «дорогостящиe». Заметной потеря скорости становится в ситуации, когда трeбуeтся менять значения большого количества пeрeмeнных.
Второй важный нeдостаток это область применения — числа. Согласитесь, менять значения пeрeмeнных, содержащих объeкты попросту нe получится без перегрузки операции. Впрочeм, дажe с числами могут возникнуть проблемы — арифметика для вeщeствeнных чисeл можeт выполняться некорректно, что приведёт к неожиданному результату.
Eстeствeнно, существует и менее очевидный способ рeшeния задачи без использования дополнительной памяти. Он основан на свойствах логических операций и работает с битовым представлением числа, а значит быстрее арифметического метода.