1.5. Алгоритмы

1.5.1. Алгоритм: основные свойства и способы представления

Алгоритм — однозначная конечная последовательность точно определённых действий.

Все алгоритмы должны отвечать следующим требованиям:

• Алгоритм должен быть применим для всех однотипных задач (массовость алго);

• Алгоритм должен состоять из конечного числа действий, каждое из которых требует для выполнения конечного времени (конечность алгоритма);

• По окончании выполнения алгоритма должен быть получен результат (результативность алгоритма);

• Однозначность: любое действие алгоритма должно быть истолковано однозначно;

• Правильность: любой алгоритм должен быть проверен на верность получения результата;

• Эффективность: алгоритм должен обеспечивать решение задачи за минимальное время с минимальными затратами ресурсов ПК.

Существует несколько способов представления алгоритмов. Самые распространённые — это текстовое представление (в виде пошаговых, нумерованных текстовых инструкций), либо графическое (в виде структурных блок-схем алгоритмов).

Правила выполнения схем алгоритмов регламентируется Единой системой программной документации, а именно ГОСТ 19.701–90, который заменил сразу два ГОСТа: ГОСТ 19.002–80 и ГОСТ 19.003–80.

Этот ГОСТ действует до сих пор и разработан на основе международного стандарта ISO 5807–85.

1.5.2. Базовые элементы и структуры программирования

Рассмотрим основные элементы блок-схем алгоритмов, применяемых для описания программ.

1. Процесс. Блок отображает функцию обработки данных любого вида. Внешний вид блока представлен на рис. 1.7.

Рис. 1.7 — Элемент блок-схемы «процесс»

Размер a выбирается из ряда:

а = 10, 15, 20 мм.

Размер b = 1,5а.

При выполнении ручным способом допускается выбирать b = 2а.

При выполнении автоматизированным способом допускается округление b = 1,5а до значений, определяемых техническими возможностями используемых устройств.

2. Предопределённый процесс. Блок отображает процесс, состоящий из нескольких шагов, которые определены в другом месте (в подпрограмме, модуле и т.д.); внешний вид представлен на рис. 1.8.

Рис. 1.8 — Элемент блок-схемы «предопределенный процесс»

3. Данные. Блок отображает данные, носитель которых не определён (ввод-вывод).

Преобразует данные в форму, пригодную для обработки (ввод), или отображения (вывод). Внешний вид блока представлен на рис. 1.9.

Рис. 1.9 — Элемент блок-схемы «данные»

4. Решение. Блок отображает решение, либо функцию переключательного типа, имеющую один вход и ряд альтернативных выходов (выбор направления выполнения алгоритма).

Внешний вид блока решение представлен на рис. 1.10,а. Примеры применения блока решение изображены на рис. 1.10,б.

Рис. 1.10 — Элемент блок-схемы «решение», внешний вид (а),

примеры применения (б)

5. Граница цикла. Стандарт содержит два символа: начало и конец цикла.

Части блока содержат внутри себя условия инициализации, приращения, завершения и т.д. Части блока имеют один и тот же идентификатор. Внешний вид блока решение представлен на рис. 1.11,а. Примеры применения границы цикла изображены на рис. 1.11,б.

Рис. 1.11 — Элемент блок-схемы «граница цикла», внешний вид (а),

примеры применения (б)

6. Подготовка. Блок отображает модификацию команды или группы команд с целью воздействия на некоторую последующую функцию (установка переключателя, модификация индексного регистра, инициализация программы)

Другими словами, в элементе происходит выполнение операций, меняющих команды (или группы команд), изменяющих программу. Внешний вид блока представлен на рис. 1.12.

Рисунок 1.12 — Элемент блок-схемы «подготовка»

7. Линия — отображает поток данных или управления

При необходимости или повышения удобства читаемости могут быть добавлены стрелки-указатели (рис.1.13).

Рис. 1.13 — Элемент «линия»

Некоторые правила применения линий:

— пересечение линий, представленное на рис. 1.14, означает, что данные линии не имеют логической связи между собой;

— объединение линий — места объединения нескольких линий должны быть смещены друг относительно друга так, как показано на рис.1.15;

— линии должны подходить к символам слева или сверху, и исходить из элементов — либо справа, либо снизу. Линии должны быть направлены к центру символа.

Рис. 1.14 — Пример пересечения линий логически не связанных

Рис. 1.15 — Пример объединения линий

8. Пунктирная линия — отображает альтернативную связь, этот элемент также может быть использован для обведения аннотированного участка. Внешний вид представлен на рис. 1.16.

Рис. 1.16— Элемент «пунктирная линия»

9. Соединитель — отображает выход в часть схемы и вход из другой части. Используют соединители для разрыва линии и продолжения в другом месте.

Соответствующие друг другу соединители должны содержать одно и тоже уникальное обозначение (см. рис.1.17,б).

Рис. 1.17— Элемент «соединитель»: внешний вид (а),

примеры использования (б)

10. Терминатор — отображает выход во внешнюю среду или вход из внешней среды (начало или конец схемы, внешнее использование и источник или пункт назначения данных). Символ изображен на рис. 1.18.

Рис. 1.18— Символ «терминатор»

Внутри блока обычно используют следующие варианты надписей: начало, конец, перезапуск, вход, выход, ошибка, останов, и др.

11. Комментарий. Используют для добавления описательных комментариев, пояснительных записей в целях объяснения или добавления примечаний (см. рис.1.19).

Рис. 1.19 — «Комментарий»: внешний вид (а), пример использования (б)

12. Пропуск (троеточие). Используют для отображения пропуска одного, либо группы символов, в которых не определены ни тип, ни число символов.

Применяют в схемах, отображающих общие решения с неизвестным числом повторений, как показано на рис. 1.20,б.

Рис. 1.20— «Пропуск»: вид (а), пример использования (б)

13. Идентификатор символа — определяет символ для использования в справочных целях в других элементах документации (например, в листинге программы). Расположение идентификатора символа показано на рис. 1.21.

Рис. 1.21— Применение идентификатора символа

14. Описание символа — любая информация для улучшения понимания функции как части схемы, или специального применения символа с перекрёстной ссылкой. Расположение идентификатора символа показано на рис. 1.22.

Рис. 1.22— Применение описания к символу

15. Способы ввода-вывода — используются для символов, отображающих носители данных, для использования в качестве ссылки на документацию (см. рис. 1.23).

Рис. 1.23— Способы ввода-вывода: ввод (а), вывод (б)

16. Подробное представление — представление, которое обозначается символом с полосой.

Рис. 1.24 — Подробное представление: а — обозначение элемента с идентификатором и полосой; б — подробное представление

Символ может быть любым. Над линией помещают идентификатор, указывающий на подробное представление символа (см. рис. 1.24,а). Подробное представление начинается и заканчивается символом терминатора, содержащего ссылку с именем идентификатора в символе с полосой (см. рис. 1.24,б).