Алгоритмы свойства алгоритмов способы представления алгоритмов

Основные свойства и способы представления алгоритма

Любой алгоритм должен обладать следующими свойст­вами:

• определенностью –за конечное число шагов либо дол­жен быть получен результат, либо доказано его отсутствие;

• результативностью– обязательным получением неко­торого результата (числа, таблицы, текста, звука, изображения и т. д.) или сигнала о том, что данный алгоритм неприменим для решения поставленной задачи;

• массовостью– возможностью получения результата при различных исходных данных для некоторого класса сходных задач;

• формальностью– отвлечение от содержания постав­ленной задачи и строгое выполнение некоторого правила, инст­рукции;

• дискретностью— возможностью разбиения алгоритма на отдельные элементарные действия.

Существуют следующие формы представления алгорит­ма:

• словесная (вербальная) на неформальном языке;

• на языках программирования;

Словесная формапредставления алгоритма имеет ряд недостатков. Для достаточно сложных алгоритмов описание становится слишком громоздким и не является наглядным. Эта форма представления обычно используется лишь на начальных стадиях разработки алгоритма.

Пример словесной формы описания алгоритма: Чтобы перейти улицу, нужно посмотреть налево, убедиться в отсут­ствии приближающегося транспорта, дойти до середины ули­цы, посмотреть направо, убедиться в отсутствии близко иду­щего транспорта, продолжить движение через улицу. При на­личии движущихся транспортных средств нужно ждать, ко­гда транспорт проедет.

Алгоритм, записанный на языке программирования, на­зывается программой.

Графическая формапредставления алгоритмов является более наглядной и строгой. Алгоритм изображается в виде по­следовательности связанных между собой блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких операторов. Такое графическое представление называется блок-схемой алгоритма.

Условные графические обозначения символов, исполь­зуемых для составления блок-схемы алгоритма, стандартизиро­ваны.

Для записи алгоритма существует общая методика:

— каждый алгоритм должен иметь имя, которое раскрывает его смысл;

— необходимо обозначить начало и конец алгоритма;

— описать входные и выходные данные;

— указать команды, которые позволяют выполнять определенные действия над выделенными данными.

БЛОК-СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ

Среди универсальных форм представления или записи алгоритмов можно выделить так называемые блок-схемы алгоритмов. Универсальность этой формы обусловлена тем, что в ней заранее не определяются абстракции, которые могут специфицироваться в блоках даже с применением обычного разговорного языка. Блоки являются всего лишь шаблоном для описания действий в процессе решения задачи, а связи между блоками определяют последовательность этих действий.

Такая форма часто используется в профессиональной среде программистов. Она позволяет с достаточной степенью свободы описывать решения, получаемые в процессе нисходящего проектирования алгоритмов и соответствующих им программ, абстрагируясь от средств, предоставляемых конкретным языком программирования. Палитра ее средств (допустимых шаблонов) в этом случае может быть достаточно широка, однако для записи алгоритмов необходимым является минимальное подмножество средств, т.е. только два вида блоков — операторный и условный.

Операторный блок – это прямоугольник, в который вписывается некоторое действие или выражение. Этот блок может иметь несколько входов и только один выход, что обеспечивает однозначность в определении последовательности выполняемых действий. Исключение составляют начальный и конечный блоки. Первый не имеет входов, второй – выхода.

Условный блок обозначается ромбом, в который вписывается некоторое условие. Поскольку результатом проверки условия может быть либо “да”, либо “нет” (“истина” или “ложь”, “0” или “1”), блок имеет два соответствующих этим ответам выхода.

Если операторный или условный блоки имеют более одного входа, то изображение входов совмещается. На связях, определяющих последовательность выполнения блоков, стрелки не обязательны, если их направление соответствует продвижению “сверху-вниз” и “слева-направо”. Ограничения на геометрические размеры блоков в этом случае не вводятся.

Такая форма представления алгоритмов очень удобна в тех случаях, когда рассматриваются верхние уровни в иерархической структуре процесса проектирования программ и даже на нижних уровнях, если по каким-то причинам не определены средства их описания. Кроме того, блок-схемы наиболее удобны для записи алгоритмов на начальных стадиях обучения программированию.

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ БЛОК — СХЕМЫ

Рис.1. Основные блоки блок – схемы

Рис.1. — Основные блоки блок – схемы

Отдельные блоки алгоритмов соединяются между собой линиями потоков, которые проводятся параллельно внешней рамке чертежа. Направ­ления линий потока помечаются стрелкой.

«Процесс» (этап вычисления) изображается прямоуголь­ником, внутри которого записывается набор действий (блок оператора присваивания). Ромбом изображается «решение», внутри которого осуществляется про­верка условия (логический блок). Ввод исходных данных изо­бражается параллелограммом, внутри которого пишется слово «ввод» и перечисляются переменные, подлежащие вводу.

Представление алгоритма в виде блок-схемы является промежуточным, так как алгоритм в таком виде не может быть непосредственно выполнен компьютером, но помогает пользователю при создании (написании) программы для ПК.

Использование блок-схем дает возможность:

• наглядно отобразить базовые конструкции алгоритма;

• сосредоточить внимание на структуре алгоритма, а не на синтаксисе языка;

• анализировать логическую структуру алгоритма;

• преобразовывать алгоритм методом укрупнения (сведе­ния к единому блоку) или детализации – разбиения на ряд бло­ков;

• использовать принцип блочности при коллективном ре­шении сложной задачи;

• осуществить быструю проверку разработанного алго­ритма (на уровне идеи);

• разобрать большее число учебных задач.

Составление блок-схемы алгоритма является важным и в большинстве случаев необходимым этапом решения сложной и большой задачи на ЭВМ, значительно облегчающим процесс составления программ.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Источник

2. Алгоритм. Свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов. Основные структуры алгоритмов.

Алгоритмом называется точное и понятное предписаниe исполнителю совершить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи. Слово «алгоритм» происходит от имени математика Аль Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических действий. Первоначально под алгоритмом понимали только правила выполнения четырех арифметических действий над числами. В дальнейшем это понятие стали использовать вообще для обозначения последовательности действий, приводящих к решению любой поставленной задачи. Говоря об алгоритме вычислительного процесса, необходимо понимать, что объектами, к которым применялся алгоритм, являются данные. Алгоритм решения вычислительной задачи представляет собой совокупность правил преобразования исходных данных в результатные.

Основными свойствами алгоритма являются:

1. детерминированность (определенность). Предполагает получение однозначного результата вычислительного процecca при заданных исходных данных. Благодаря этому свойству процесс выполнения алгоритма носит механический характер;
2. результативность. Указывает на наличие таких исходных данных, для которых реализуемый по заданному алгоритму вычислительный процесс должен через конечное число шагов остановиться и выдать искомый результат;
3. массовость. Это свойство предполагает, что алгоритм должен быть пригоден для решения всех задач данного типа;
4. дискретность. Означает расчлененность определяемого алгоритмом вычислительного процесса на отдельные этапы, возможность выполнения которых исполнителем (компьютером) не вызывает сомнений.

Алгоритм должен быть формализован по некоторым правилам посредством конкретных изобразительных средств. К ним относятся следующие способы записи алгоритмов: словесный, формульно-словесный, графический, язык операторных схем, алгоритмический язык.

Наибольшее распространение благодаря своей наглядности получил графический (блок-схемный) способ записи алгоритмов.

Блок-схемой называется графическое изображение логической структуры алгоритма, в котором каждый этап процесса обработки информации представляется в виде геометрических символов (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций. Перечень символов, их наименование, отображаемые ими функции, форма и размеры определяются ГОСТами.

При всем многообразии алгоритмов решения задач в них можно выделить три основных вида вычислительных процессов:

Линейным называется такой вычислительный процесс, при котором все этапы решения задачи выполняются в естественном порядке следования записи этих этапов.

Ветвящимся называется такой вычислительный процесс, в котором выбор направления обработки информации зависит от исходных или промежуточных данных (от результатов проверки выполнения какого-либо логического условия).

Циклом называется многократно повторяемый участок вычислений. Вычислительный процесс, содержащий один или несколько циклов, называется циклическим . По количеству выполнения циклы делятся на циклы с определенным (заранее заданным) числом повторений и циклы с неопределенным числом повторений. Количество повторений последних зависит от соблюдения некоторого условия, задающего необходимость выполнения цикла. При этом условие может проверяться в начале цикла — тогда речь идет о цикле с предусловием, или в конце — тогда это цикл с постусловием.

Выделяют три наиболее распространенные на практике способа записи алгоритмов:

• словесный (запись на естественном языке);
• графический (запись с использованием графических символов);
• программный (тексты на языках программирования).

Словесный способ – способ записи алгоритма на естественном языке. Данный способ очень удобен, если нужно приближенно описать суть алгоритма. Однако при словесном описании не всегда удается ясно и точно выразить логику действий.

В качестве примера словесного способа записи алгоритма рассмотрим алгоритм нахождения площади прямоугольника

где S – площадь прямоугольника; а, b – длины его сторон.

Очевидно, что a, b должны быть заданы заранее, иначе задачу решить невозможно.

Словестный способ записи алгоритма выглядит так:

• Начало алгоритма.
• Задать численное значение стороны a.
• Задать численное значение стороны b.
• Вычислить площадь S прямоугольника по формуле S=a*b.
• Вывести результат вычислений.
• Конец алгоритма.

Для более наглядного представления алгоритма используется графический способ. Существует несколько способов графического описания алгоритмов. Наиболее широко используемым на практике графическим описанием алгоритмов является использование блок-схем. Несомненное достоинство блок схем – наглядность и простота записи алгоритма.

Каждому действию алгоритма соответствует геометрическая фигура (блочный символ). Перечень наиболее часто употребляемых символов приведен в таблице:

Название символа	Обозначение и пример заполнения	Пояснения
Пуск-останов		Начало, завершение алгоритма или подпрограммы
Ввод-вывод данных		Ввод исходных данных или вывод результатов
Процесс		Внутри прямоугольника записывается действие, например, расчетная формула
Решение	b» width=»219″ height=»65″ style=»box-sizing: border-box; border: 0px; height: auto;»>	Проверка условия, в зависимости от которого меняется направление выполнения алгоритма
Модификация		Организация цикла
Предопределенный процесс		Использование ранее созданных подпрограмм
Комментарий		Пояснения

• блок Процесс обозначает вычислительный процесс и применяется для обозначения действия или последовательности действий, изменяющих значения переменных или данных

• блок Решение обозначает проверку условия

Если условие выполняется, то есть a>b, то следующим выполняется действие по стрелке «Да». Если условие не выполняется, то осуществляется переход по стрелке «Нет».

• блок Модификация используется для организации циклических (повторяющихся) действий.

• блок Предопределенный процесс используется для указания обращений к ранее созданным алгоритмам и программам, в том числе и библиотечным подпрограммам.

• блок Ввод-Вывод. При решении задачи на компьютере ввод исходных данных может осуществляться различными способами, например, с клавиатуры, с жесткого диска, с флэш-карты т. д. Задание численных значений исходных данных называется вводом, а отображение результатов расчета на экране монитора или с помощью принтера на бумаге – выводом. Если ввод-вывод не привязан к конкретному устройству, то обозначается параллелограммом. Если необходимо указать конкретное устройство ввода или вывода, то используются специальные геометрические фигуры.

устройство ввода или вывода	дисплей	магнитный диск

В качестве примера графического способа описания алгоритмов с помощью блок-схем запишем алгоритм нахождения площади прямоугольника:

Внутри каждого блока записывается соответствующее действие. Последовательность выполнения задается соединительной линией со стрелочкой.

Последовательность выполнения сверху вниз и слева направо принята за основную.

Если в алгоритме не нарушается основная последовательность, то стрелочки можно не указывать. В остальных случаях последовательность выполнения блоков обозначается стрелочкой обязательно. В нашем примере основная последовательность выполнения – сверху вниз.

Способ записи алгоритмов с помощью блок-схем нагляден и точен для понимания сути алгоритма, тем не менее, алгоритм предназначен для исполнения на компьютере, а язык блок-схем компьютер не воспринимает. Поэтому алгоритм должен быть записан на языке, понятном компьютеру с абсолютно точной и однозначной записью команд.

Таким образом, алгоритм должен быть записан на каком-то промежуточном языке, с точными и однозначными правилами и отличном от естественного языка и языка блок-схем, но понятном компьютеру. Такой язык принято называть языком программирования.

Программный способ записи алгоритма – это запись алгоритма на языке программирования, позволяющем на основе строго определенных правил формировать последовательность предписаний, однозначно отражающих смысл и содержание алгоритма, с целью его последующего исполнения на компьютере.

Источник