Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионально-

го образования

«Хабаровская государственная академия экономики и права»

Основы алгоритмизации и программирования

Учебно-практическое пособие

для студентов 1-го курса всех специальностей очной формы обучения

Хабаровск 2010

4

Введение

Для успешного использования ПК в своей профессиональной деятельности специалист должен знать возможности технических средств и программного обеспечения ПК, уметь общаться с машиной, но главное – он должен уметь формулировать задачи, разрабатывать алгоритмы их решения, записывать алгоритмы на языке, понятном ПК, и уметь доводить их до получения правильных результатов.

Вданной работе рассматриваются способы описания и конструирования алгоритмов. При этом большое внимание уделяется типовым приёмам алгоритмизации, применяемым при решении большинства задач, встречающихся на практике.

Пособие предназначено студентам первого курса всех специальностей очной формы обучения для изучения материала по теме "Основы алгоритмизации

ипрограммирования"

1.Алгоритмы

Воснове решения любой задачи лежит понятие алгоритма. Алгоритм – это строго детерминированная последовательность действий, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное, записанная с помощью понятных исполнителю команд. Таким образом, алгоритм должен содержать последовательность шагов или операций, однозначно определяющих процесс переработки исходных и промежуточных данных в искомый результат.

1. 1. Свойства алгоритмов

При составлении алгоритмов следует учитывать ряд требований, выполнение которых приводит к формированию необходимых свойств:

Детерминированность (определённость, понятность). Каждое правило алгоритма должно быть чётким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

Дискретность. Алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определённых) шагов.

5

Результативность. Это свойство состоит в том, что алгоpитм должен приводить к решению задачи за конечное шагов.

Массовость. Применимость алгоритма к различным наборам исходных данных. Это свойство показывает, что один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными, т.е. применять при решении всего класса задач данного типа, отвечающих общей постановке задачи.

Если алгоритм рассматривать как совокупность предписаний по выполнению действий, то всегда необходимо выделить те объекты, над которыми должны осуществляться предписанные действия. Таковыми объектами являются данные.

1. 2. Формы представления алгоритмов

К изобразительным средствам описания алгоритмов относятся следующие основные формы их представления:

Словесная форма (запись на естественном языке). Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

Словесный способ не имеет широкого распространения по следующим причинам:

-такие описания строго неформализуемы;

-страдают многословностью записей;

-допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний.

Псевдокод – это язык со свободным синтаксисом, близким к естественному языку или языкам программирования, обладающий свойствами:

-краткости записи алгоритмов;

-понятности для ограниченного круга людей;

-естественности и простоты описания логики решения задачи;

-возможности использования собственных символьных конструкций;

-возможности представления алгоритма с произвольной степенью детализации. Он занимает промежуточное место между естественным и формальным языками.

Содной стороны, он близок к обычному естественному языку, поэтому алгоритмы могут на нём записываться и читаться как обычный текст. С другой стороны, в псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и математическая символика, что приближает запись алгоритма к общепринятой математической записи.

В качестве примера рассмотрим запись алгоритма Евклида для поиска максимального из двух чисел:

6

алгоритм алгоритм Евклида;

начало пока первое число не равно второму

повторять

начало если числа равны

то стоп всё;

иначе определить большее из двух чисел; заменить большее число на разность большего и меньшего чисел

конец

взять первое число в качестве ответа

конец

Программная форма (тексты на языках программирования).

Программа – это предписание ЭВМ на языке программирования, позволяющее решать требуемую задачу.

Языком программирования называется язык, предназначенный для за-

писи программ, исполняемых на ЭВМ. Синтаксис языка программирования –

это набор правил построения конструкций языка. Семантика языка программирования – это совокупность значений (смысл) всех конструкций языка.

Запись алгоритмов на языке программирования характеризуется следующими свойствами:

-точность передачи содержания вычислений;

-понимание человеком-программистом;

-возможность применения ЭВМ для исполнения программы;

-формальность выполнения алгоритма;

-громоздкость записи;

-ненаглядность.

Графическая форма (изображения схем из графических символов).

1. 3. Графическое представление алгоритма Графическая запись алгоритмов в виде блок-схем (схем алгоритмов) харак-

теризуется следующими свойствами:

- использованием графических символов, математических записей и записей на естественном языке;

7

-наглядностью;

-пониманием записи алгоритма любым человеком, знакомым с алгоритмами;

-возможностью представления алгоритма с произвольной степенью детализации;

-использованием простых правил описания последовательностей действий. ГОСТ 19.701 – 90 "Схемы алгоритмов, программ, данных и систем" содер-

жит стандарт на условные обозначения (символы) в схемах алгоритмов, программ, данных, систем и устанавливает правила выполнения схем, используемых для отображения различных видов задач обработки данных и средств их решения1.

При графическом представлении алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, соединяемых линиями передач управления, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

Такое графическое представление называется схемой алгоритма или блоксхемой. Поскольку алгоритмы воспринимаются, в первую очередь, визуально, их следует изображать таким образом, чтобы их структура выглядела чётко и выразительно. Краткость, выразительность и планомерность при проектировании позволяет создавать схемы алгоритмов высокого качества.

Операции обработки данных и носители информации изображаются на схемах символами, которые представляют собой простейшие геометрические фигуры или сочетание их. Большая часть символов по построению как бы вписаны в прямоугольник со сторонами "а" и "в". Размер "а" должен выбираться из ряда 10, 15, 20 мм. Допускается увеличивать размер "а" на число, кратное 5. Размер "в" = 1, 5*а. Для отдельных символов допускается отношение между сторонами "а" и "в", равное 1:2. Все другие размеры символов также определены относительно значения "а".

По назначению и характеру отображаемых функций символы можно разделить на основные и специальные. Основные символы используются для представления операций ввода-вывода, обработки и передачи данных, а также носителей информации. Вспомогательные символы поясняют элементы схемы и обозначают связи между символами. Символы рекомендуется применять в соответствии с определяемыми ими функциями.

В пределах одной схемы рекомендуются изображать символы одинаковых размеров, в случае необходимости допускается не более двух смежных типоразмеров.

1 http/www.msclub/ce/cctpu/edu/ru/mps/GOST/19/701-90/htm

8

Символы в схеме должны быть расположены равномерно. Следует придерживаться разумной длины соединений с помощью линий передачи управления и минимального числа длинных линий.

Линии передачи – это прямые, соединяющие символы на схеме и указывающие последовательность связей между ними. Направление их сверху вниз и слева направо принято за основное и стрелками не обозначается. Во всех других случаях на конце линии потока ставится стрелка. В случае изменения направления линии потока она проводится с изломом под углом 90° и независимо от направления составляющих отрезков ломаной линии всегда заканчивается стрелкой. Линия потока подводится, как правило, к середине символа.

Внутри символов даются записи о выполняемых операциях. Внутри одного символа можно указывать сведения о двух и более операциях в той последовательности, в какой они должны быть выполнены.

Если объём текста, помещаемого внутри символа, превышает его размеры, следует использовать символ Комментарий. Поясняющая надпись находится внутри скобки, не выходя за пределы верхней и нижней граничных пиний. Символ комментарий может быть расположен слева или справа от поясняемого символа.

Схему алгоритма следует изображать как единое целое, не разрывая на отдельные части, чтобы иметь цельное представление о вычислительном процессе, изображённом на схеме. Однако в случае необходимости допускается обрывать пинию потока, используя на месте обрыва символ Соединитель.

Наименование и обозначение обязательных символов и отображаемые ими функции в алгоритме должны соответствовать указанным обозначениям в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Наименование, обозначение символов и отображаемые ими функции