- •Информатика для физиков
- •Часть 1. Введение
- •Предисловие
- •Часть 1. Введение
- •1.1 Определение информатики. Понятие информации и информационной технологии. Формула Шеннона. Предмет и задачи информатики
- •Техническая база информатики Из истории создания и развития эвм
- •Классификация эвм
- •Классическая архитектура эвм общего назначения
- •Структура шин
- •Структура эвм 5-го поколения
- •Системы обработки данных
- •Программное обеспечение информатики
- •Операционные системы (ос)
- •Инструментальные языки и системы программирования
- •Системы программирования
- •Часть 2. Математические основы информатики
- •2.1 Теория формальных структур данных и алгоритмов их обработки Основные понятия теории алгоритмов
- •Общая характеристика изобразительных средств алгоритмов
- •Основные типы вычислительных процессов
- •Системы счисления
- •Позиционные системы счисления
- •Смешанные системы счисления
- •Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •Форматы представления и преобразования информации
- •Способы разработки алгоритмов
- •ЧАсть 3. ПЕрсональные эвм
- •3.1 Из истории создания персональных компьютеров
- •Структура пэвм
- •Внешние устройства пэвм
- •Часть 4. Работа пользователя в операционной системе Windows: начальные сведения
- •4.1 Введение
- •Загрузка Windows
- •Рабочий стол
- •Изображения курсора мыши
- •Приемы работы с мышью
- •Элементы рабочего стола
- •Пиктограммы
- •Панель задач
- •Основное меню панели задач
- •Окна задач
- •Основные команды меню
- •Вызов и завершение работы программ
- •4.3 Операции с папками и файлами
- •Проводник
- •Пиктограммы, отображающие структуру диска
- •Операции с папками
- •Копирование, перемещение файлов и папок
- •Удаление файлов и папок и их восстановление
- •4.4 Стандартные программы Windows
- •4.5 Завершение работы в Windows
- •Часть 5. Компьютерное моделирование в физических исследованиях
- •5.1 Роль эксперимента в физических исследованиях. Виды экспериментальных исследований
- •5.2 Основы теории моделирования Базовые понятия
- •Классификация моделей
- •Условное моделирование
- •Аналогичное моделирование
- •5.3 Математическое моделирование и компьютерный эксперимент Понятие математической модели
- •Особенности математических моделей
- •5.4 Вычислительный алгоритм. Введение в численные методы
- •Базовые понятия численных методов
- •Численное решение линейных дифференциальных уравнений
- •Численное вычисление одномерных интегралов
- •Метод Монте-Карло
- •Вычисление многомерных интегралов
- •5.5 Технология программирования вычислительных задач
- •5.6 Точность компьютерного эксперимента Погрешности компьютерного эксперимента
- •Требования к вычислительным алгоритмам
- •5.7 Пример моделирования физической системы
- •5.8 Заключение
- •Список литературы
- •Содержание
Общая характеристика изобразительных средств алгоритмов
Чтобы довести алгоритмы до пользователя, его необходимо формализовать по некоторым правилам (соглашениям) посредством конкретных изобразительных средств, которые в конечном итоге формируют определенные вычислительные схемы этих алгоритмов. К основным изобразительным средствам алгоритмов относятся следующие способы их записи;
словесный;
формульно-словесный;
блок-схемный;
язык операторных схем;
псевдокоды;
алгоритмические языки.
Любое более или менее формализованное представление алгоритма независимо от используемых изобразительных средств должно содержать следующие элементы:
начало и конец вычислительной схемы;
объекты (данные), над которыми выполняются действия, и результаты выполнения алгоритма;
этапы (шаги) преобразования данных с формализованной записью их содержания;
указания о последовательности выполнения этапов и отдельных шагов алгоритмического процесса.
При словесном способе записи алгоритма содержание последовательных этапов вычислений задается в произвольной форме на естественном языке.
Формально-словесный способ записи алгоритма основан на задании инструкций о выполнении конкретных действий в определенной последовательности с использованием математических символов и выражений.
Эти два способа не являются строго формальными и наглядными. Наиболее наглядным способом записи алгоритма является графическое изображение логической структуры алгоритма в виде геометрических фигур (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций. Данный способ является строго формальным и наглядным (см. рис.2.1). Разработаны ГОСТы (ГОСТ 19.002-80 содержит условные графические обозначения, размеры и отображаемые ими функции). Эти ГОСТы входят в состав Единой системы программной документации под названием “Схемы алгоритмов и программ”.
Пример. Блок-схема вычисления наибольшего общего делителя (НОД) двух чисел A и B.
Рис. 2. 1
Операторная схема – это аналитическая форма представления алгоритма с помощью операторов, описывающих содержание некоторых автономных этапов или детальных шагов вычислительного процесса, выделенных при решении задачи. Предполагается, что каждый этап или шаг реализуется посредством арифметического оператора (А) и логического оператора ( Р). Схему дополняют специальными операторами управления: ввод данных (В), печать результатов (П), останов процесса (Я) и т.д. Каждый оператор имеет порядковый номер в виде индекса. Введены минимальные правила формализации управления логических схем программ: операторы выполняются в естественном порядке слева направо; если от оператора слева нет передачи управления оператору справа, то между ними ставится точка с запятой; при выполнении условия логического оператора очередным становится оператор, записанный справа от него, иначе подлежащий выполнению оператор указывается стрелкой. Операторный метод ввел математик А.А.Ляпунов в 1954 г. Данное изобразительное средство положило начало автоматизации программирования.
Пример. Алгоритм вычисления НОД двух чисел.
НВ1 А2 А3 Р4 ( M < > N) P5 ( M > N) A6; A7 П8 Я
Здесь В1 – ввод значений А и В; А2, А3 – присваивание их переменным M и N; Р4 , Р5 – проверка условий; А6, А7 – вычисление выражений M - N и N - M с последующим их присваиванием переменным M и N; П8 – печать результата.
Псевдокод – это язык проектирования алгоритмов, содержащий основные операторы, близкие к алгоритмическому языку, и текст предложений на естественном языке. Псевдокод является дальнейшим развитием формульно-словесной записи алгоритмов. Для более строгой формализации алгоритмического процесса здесь введены конструкции – аналоги условных циклических операторов.
Пример. Алгоритм вычисления НОД двух чисел.
Начало
Ввод значений А, В
M = A; N = B
ВЫПОЛНИТЬ ПОКА (M < > N)
ЕСЛИ M > N ТО
M = M-N
ИНАЧЕ
N = N-M
КОНЕЦ ЦИКЛА
Вывод: “Значение НОД равно” M
Конец вычислительного процесса
Все формы записи алгоритмов, кроме алгоритмических языков, являются вспомогательными. Конечная цель такой формализации алгоритма – зафиксировать его на конкретном алгоритмическом языке. При записи алгоритмов на языках программирования учитываются строгие правила конкретного языка.