Географический способ описания алгоритма

Графический СПОСОБ ОПИСАНИЯ АЛГОРИТМОВ

Одним из самых трудоемких этапов решения задачи на ЭВМ является разработка алгоритма. Человечество разработало эффективный алгоритм завязывания шнурков на ботинках. Многие дети с пятилетнего возраста могут это делать. Но дать чисто словесное описание этого алгоритма без картинок и демонстрации — очень трудно.

При разработке алгоритмов чаще всего используют следующие способы их описания: словесный, графический, с помощью языков программирования.

Рассмотрим два способа: графический и с помощью языков программирования.

Графический способ записи алгоритмов – наиболее наглядный и распространенный. Он основан на использовании геометрических фигур (блоков), каждая из которых отображает конкретный этап процесса обработки данных, соединяемых между собой прямыми линиями, называемыми линиями потока. Обозначение и назначение элементов графических схем алгоритмов приведено в табл.1. В поле каждого блочного символа указывают выполняемую функцию. При необходимости справа можно поместить комментарии, относящиеся к данному блоку или направлению потока. Каждый блочный символ (кроме начального и конечного) помечается порядковым номером. Для отличия ситуаций пересечения и слияния потоков последняя изображается точкой. Линии потока, имеющие направление вверх или направо, дополняются стрелками.

Геометрическая фигура	Назначение
	Начало и завершение алгоритма, прерывание процесса обработки данных или выполнения программы. a выбирается из ряда 5,10,15мм и т.д. ,а b=1,5a или 2a
	Выполнение операции или группы операций, в результате которых изменяются значение, форма представления или расположение данных
	Выбор направления выполнения алгоритма или программы в зависимости от некоторых переменных условий

Окончание табл. 1

	Ввод-вывод — преобразование данных в форму, пригодную для обработки или регистрации результатов обработки
	Вызов подпрограммы: функции или процедуры
	Текст, поясняющий выполняемую операцию или группу операций. Располагается справа от геометрической фигуры
	Внутристраничный соединитель, указывающий связь между прерванными линиями потока
	Межстраничный соединитель, указывающий связь между прерванными линиями потока, помещенными на разных листах
	Указания последовательности связей между элементами схемы алгоритма

По своей структуре различают следующие типы алгоритмов: линейные, разветвляющиеся и циклические. В линейных схемах алгоритмов все предписания выполняются одно за другим. Например, алгоритм вычисления длины окружности по известной площади круга (рис.2). В разветвляющихся схемах алгоритмов для конкретных исходных данных выполняются не все заданные предписания. Однако какие именно предписания будут выполняться, конкретно определяется в процессе выполнения алгоритма в результате проверки некоторых условий. Разветвляющийся алгоритм всегда избыточен. Примером разветвляющегося алгоритма является алгоритм, приведенный на рис.3 и определяющий, пройдет ли график функции y=3x+4 через точку с координатами x1,y1.

Рис. 4

Рис. 3

Рис. 2

Циклическим алгоритмом называется такой алгоритм, в котором можно выделить многократно повторяющуюся последовательность предписаний, называемую циклом. Для таких алгоритмов характерно наличие параметра цикла, которое перед входом в цикл имеет начальное значение, а затем изменяется внутри цикла. Имеется также предписание о проверке условия окончания цикла. Применение циклов сокращает текст алгоритма и, в конечном итоге, длину программы. Примером циклического алгоритма может служить алгоритм, приведенный на рис.4 и определяющий факториал натурального числа n. В этом алгоритме введена дополнительная переменная i, которая является параметром цикла и изменяется от начального значения 1 до конечного значения n c шагом 1. На каждом шаге итерации искомая величина f умножается на переменную цикла. В реальных задачах, как правило, сочетаются все три типа алгоритмов. Способ описания алгоритма с помощью алгоритмического языка подробно рассматривается в следующем разделе.

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:

детерминированность (определенность). Предполагает получение однозначного результата вычислительного процecca при заданных исходных данных. Благодаря этому свойству процесс выполнения алгоритма носит механический характер;
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;
массовость. Это свойство предполагает, что алгоритм должен быть пригоден для решения всех задач данного типа;
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