Вопросы к экзамену по ФЛП
Сравнение различных стилей программирования.
Процедурная, функциональная, логическая и объектно-ориентированная вычислительные модели.
Методы оценки для разных вычислительных моделей.
Обмен информацией в процессе оценки.
Современным программистам предлагаются различные стили программирования (парадигмы).
Внутри каждого из этих стилей имеются свои наборы различных языков.
В программировании термин парадигма используется для определения модели вычислений, то есть способа структурирования информации, организации вычислений и данных.
Для описания процесса вычислений используются четыре основных типа таких моделей: процедурная, функциональная, логическая и объектно-ориентированная.
Поставленная перед разработчиком задача обычно имеет некоторый набор исходных данных и цель. Это отражается в постановке задачи. Если поставленная задача решается на компьютере, то возникает проблема формализации этой задачи, так как вычислительный процесс может быть выполнен на компьютере только в том случае, если он формализован. В основу вычислительного процесса могут быть положены разные математические формализмы (вычислительные модели). Четыре основных парадигмы программирования представлены на рис.1.1.
Рис. 1.1. Различные стили программирования
1.1.1 Процедурная вычислительная модель
В этой модели алгоритм (программа) в явном виде (с помощью выполняемых операторов присваивания) определяет как сами действия, так и последовательность их выполнения ( С, С++, Pascal, Ada и другие языки программирования) Концепция памяти – преобразование исходного состояния памяти (значения переменных) в заключительное состояние. Фон-неймановские машины состоят из ячеек памяти и процессора, имеющего локальную память в виде регистров. Компьютер работает на ограниченном множестве операций, и программист вынужден мыслить в терминах этого ограниченного множества операций.
1.1.2 Функциональная вычислительная модель
В
этой модели программа рассматривается
как множество определений функций.
Отличительной чертой этих моделей
является то, что в основу их положена
математическая модель, называемая
“лямбда-исчислением” Черча. Для
представления обычной функции используется
выражение f(x).При
этом неясно: то ли оно означает функцию
f,то
ли ее значение при заданном параметре
x.
Для четкого описания функции было
введено выражение
xf(x).То
есть, когда хотят рассматривать выражение
P
как функцию от x,
следует использовать запись
xP
(лямбда-абстракция). Таким образом,
выражение
x(x+y)
является функцией от x,
а не от у. При этом x
называют связанной переменной, а y-
свободной переменной.
Таким образом, главным в парадигме функционального программирования является понятие функции (отсюда и название – функциональное программирование). Математики придумали множество теоретических и практических аппаратов для оперирования функциями (дифференцирование, интегрирование, функциональный анализ, теория нечетких множеств и т.д.) Теперь появился раздел, который напрямую связал математическую теорию функций и технологию создания программного обеспечения (ПО) для компьютеров. Математические функции выражают связь между параметрами (входом) и результатом (выходом) некоторого процесса. То есть, функцию можно рассматривать как некоторый черный ящик, входные значения которого порождают значения на выходе (выражают связь между входом и выходом некоторого процесса). Так как вычисление – это тоже процесс, имеющий вход и выход, то функция является вполне адекватным средством описания вычислений. Именно этот простой принцип и положен в основу функциональной парадигмы и функционального программирования. Функции определяются через другие функции или рекурсивно – через самих себя. В процессе выполнения программы функции получают параметры, вычисляют и возвращают результат, в случае необходимости вычисляя значения других функций. Все, что необходимо сделать программе для получения желаемого результата при решении задачи, должно быть представлено в виде системы взаимосвязанных функций.
1.1.3. Логическая вычислительная модель
В этих моделях вычисления представляются с помощью логики предикатов, а языки программирования, используемые для описания вычислений, называются логическими. Компьютер используется для получения выводов из декларативного описания предметной области. В качестве основы используется раздел математической логики, называемый автоматизация доказательства теорем. Для самого описания предметной области используются хорновские дизъюнкты как часть исчисления предикатов первого порядка. В логическом программировании основными являются понятия объектов и отношений между ними. Первая часть пособия посвящена именно логическому программированию и языку Пролог, поэтому сразу после введения перейдем к более подробному изложению этого стиля программирования.