- •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
Основные типы вычислительных процессов
Общая совокупность вычислительных процессов делится на три типа:
линейные;
ветвящиеся;
циклические.
Перечисленные типы образуют так называемые управляющие канонические структуры линейной композиции, выбора решения и повторения соответственно. Доказано, что любая программа может быть написана с помощью этих трех типов канонических структур.
Линейным называется такой вычислительный процесс, в котором самостоятельные (отдельные) этапы вычислений выполняются в линейной последовательности их записи, т.е. в естественно порядке. На блок-схеме линейный вычислительный процесс представляется последовательностью блоков, выражающих автономные шаги вычислений. Блоки размещаются сверху вниз в порядке их выполнения (рис. 2.2 а)
а) б) в)
Рис. 2.2
Вычислительный процесс называется ветвящимся, если в зависимости от исходных условий ил промежуточных результатов он реализуется по одному из нескольких заранее предусмотренных (возможных) направлений. Каждое отдельное направление называется ветвью вычислений. Выбор той или иной ветви вычислений осуществляется проверкой выполнения заданного условия, определяющего свойства исходных данных или промежуточных результатов. Схемы алгоритмов ветвящихся процессов задаются с помощью управляющей канонической структуры выбора (рис.2.2 б – полная, в – неполная). В случае, например. Использования полной схемы управляющей структуры выбора, последовательность операторов S1 выполняется, если соблюдается заданное условие P (иначе говоря, значение логического выражения P истинно). При ложности P выполняется другая последовательность операторов S2. После этого управление передается на выход к внешнему оператору S3.
Для составления алгоритма ветвлений по трем или более направлениям используются управляющие структуры выбора с двухуровневой вложенностью и более.
Кроме рассмотренных управляющих канонических структур выбора решения имеется еще одна дополнительная структура переключателя, которая позволяет выбирать одну ветвь из многих в зависимости от значения заданного выражения (рис.2.3). Особенность этой структуры в том, что выбор решения здесь осуществляется не в зависимости от истинности или ложности условия, а является вычисляемым.
Рис.2.3
При построении алгоритмов решения многих задач часто используется многократное повторение отдельных этапов их вычислительного процесса. Многократно повторяемые участки вычислений при соблюдении заданных условий называются циклами, а вычислительные процессы, содержащие такие многократно повторяемые участки вычислений – циклическими.
Для представления циклов в схемах алгоритмов используются канонические структуры повторения (рис.2.4 а и б).
Из схемы видно, что при соблюдении условия в блоке логики Р выполняется тело цикла и управление передается на проверку окончания цикла. Если цикл не окончен, т.е. условие Р выполняется, то повторно выполняется тело цикла S.
а) б)
Рис. 2.4
Такие повторения продолжаются до тех пор, пока заданное условие не перестает выполняться. Отличие схемы б от а в том, что каноническая структура б предполагает выполнение цикла хотя бы один раз, так как оно помещено до проверки условия работы в цикле. Структура а) называется циклической структурой с предпроверкой, структура б) циклической структурой с постпроверкой.
В зависимости от ограничения числа повторений цикла различаются два основных типа: циклы с известным (фиксированным) количеством повторений и итерационные циклы. Итерационным называется процесс, в котором для вычисления последующего значения переменной используется ее предыдущее значение по определенной реккурентной формуле до достижения заданной точности.
Исходя из структуры циклы разбиваются на простые и сложные (вложенные). Простыми называются такие циклы, которые не содержат других циклов. Сложные циклы – это циклы, содержащие один или несколько других циклов. Циклы, охватывающие другие циклы, называются внешними, циклы, входящие в другие – вложенными или внутренними.