11

Лекції 1-2. Розв’язання задачі на еом (Технологія складання програм)

Обчислювальні машини існують більше п’яти десятиліть. За цей час змінився їх зовнішній вигляд, збільшилась швидкість обчислень, стало набагато зручніше з ними працювати. Одначе незмінними залишились основні принципи пристроїв обчислювальних машин. У будь-якій ЕОМ, у т.ч. і ПК, маємо такі структурні елементи: процесор, пам’ять (внутрішня та зовнішня) та пристрої введення і виведення. Фахівець повинен не тільки володіти звичайним для комп’ютера наповненням і користуватися прикладними програмами, але й уміти поставити задачу, настроїти програму або змінити її деякі функції.

Багато професійних пакетів прикладних програм містять вбудовані мови програмування, що дозволяють актуалізувати додатки (наприклад, ввести нові форми документів, розширити і змінити потрібні функції тощо).

Використання об'єктне - орієнтованих мов значно полегшує створення програм із зручним інтерфейсом. Знання мови є необхідним і обов’язковим для сучасного фахівця. Необхідно навчитися писати зрозумілі ЕОМ програми й розуміти її відповідні зауваження. Про такого фахівця можна буде сказати, що він не просто вміє працювати на ПК, а володіє інтелектуальним інструментом.

Тема 1. Загальна характеристика етапів розв’язання задачі на еом

Будь-яка задача, перш ніж вона може бути розв’язана на ЕОМ, проходить підготовчий шлях, який складається з декількох етапів.

1. Постановка задачі. На першому етапі обирається загальний підхід до розв’язання задачі, встановлюються цілі розв’язання задачі та умови їх існування. Описується вхідна та результатна інформація про досліджуваний об’єкт, явище, ситуації.

2. Математичне формулювання задачі. Щоб явище, що нас цікавить, можна було проаналізувати, повинна існувати математична теорія, що дозволяє описати його у вигляді формул, рівнянь, тобто математична модель явища

3. Вибір чисельного методу. Розробляється такий метод розв’язання даної задачі, що щонайкраще забезпечує виконання поставленої задачі (забезпечує необхідну точність, швидкість, мінімальне число кроків тощо).

4. Алгоритмізація. Для ЕОМ недостатньо тільки розробка методу розв’язання задачі. Метод повинно бути описано чітко й однозначно: повинні бути вказані правила переходу від однієї формули до іншої, тобто необхідно описати обчислювальний процес у вигляді послідовності операцій (у вигляді алгоритму). Це перший етап програмування.

5. Програмування. Здійснюється переклад алгоритму на необхідну алгоритмічну мову.

6. Налагодження програм. Шляхом апробування на машині розробленої програми, виявляються помилки, що допущені на попередніх етапах. Відбувається налагодження програми.

7. Рішення задачі на ЕОМ. Складаються інструкції користування програмою.

Тема 2. Поняття алгоритму. Основні властивості і методи запису алгоритмів

Для опису обчислювального процесу у вигляді послідовності операцій використовуємо алгоритм. Строгий і однозначний опис послідовності операцій, необхідних для реалізації обраного методу рішення задачі і являє собою алгоритм.

Алгоритм – це послідовність дій над початковими даними та проміжними значеннями для одержання кінцевого результату.

Розробка алгоритму для розв’язання будь-якої задачі є найбільш відповідальним і важливим моментом, там де саме алгоритм визначає ту послідовність дій, що виконується машиною.

Деякі загальні властивості, притаманні будь-якому алгоритму:

1. Дискретність. Розбиття алгоритму на окремі елементарні кроки, можливість виконання яких за кінцевий відрізок часу користувачем або машиною не викликає сумніву.

2. Визначеність (або детермінованість). Кожне правило алгоритму повинно бути чітким і однозначним. Значення величин, які отримуються в будь-який момент часу, однозначно визначаються значеннями величин, що отримали в попередні моменти часу.

3. Результативність (або скінченність). Алгоритм повинен приводити до розв’язку задачі за кінцеве число кроків.

4. Масовість. Алгоритм повинен бути побудований так, щоб його можна було використовувати для класу однотипних задач, що різняться різними вихідними даними.

5. Ефективність. Досягнення результату повинно відбуватися найбільш раціональним шляхом (за мінімальне число кроків).

Розглянуті загальні властивості алгоритмів є емпіричними. Вони сформульовані на підставі досвіду, аналізу всіх існуючих алгоритмів.

Процес розробки алгоритму називається алгоритмізацією. При розробці алгоритму використовують наступні основні принципи:

1. Принцип поетапної деталізації алгоритму (інша назва – "проектування зверху-униз"). Цей принцип припускає первісну розробку алгоритму у вигляді укрупнених блоків (розбивка завдання на підзадачі) і їх поступову деталізацію.

2. Принцип " від головного до другорядного", що припускає складання алгоритму, починаючи з головної конструкції. При цьому, часто, доводиться "добудовувати" алгоритм у зворотну сторону, наприклад, від середини до початку.

3. Принцип структурування, тобто використання тільки типових алгоритмічних структур при побудові алгоритму.

Алгоритм можна описати у різні способи: словесно, формульно-словесно, операторно, у вигляді блок-схеми (або графічно), у вигляді програми (за допомогою алгоритмічних мов). Розповсюдженим методом запису алгоритмів є блок-схемний метод. Блок-схема складається з блоків (графічних символів), що зв’язуються між собою направленими лініями. Читається блок-схема зверху вниз, тому направлення для вертикальних ліній може бути відсутнім.

Найбільш часто зустрічаються блоки, що приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Таблиця графічних символів

№ п.п.	Назва	Графічні символи	Пояснення
1	Пуск – зупинка		Початок, кінець, зупинка
2	Введення – виведення		Введення – виведення даних
3	Процес		Обчислювальні дії
4	Рішення		Перевірка умови
5	Модифікація		Початок циклу
6	Наперед - визначений процес		Використання раніш утворених алгоритмів та програм
7	Документи		Виведення даних на друк
8	Дисплей		Виведення даних на дисплей
9	З’єднувач		Вказівник зв’язку між перерваними лініями потоку

Алгоритм будь-якої задачі може бути представлений як комбінація базових алгоритмів: лінійної, розгалуженої та циклічної структур.