Тема 4. Основы алгоритмизации и структуры данных

Программа, исполняемая на ЭВМ, строится из структур данных и алгоритмов.

Более того, сам компьютер состоит из структур данных и алгоритмов.

Встроенные структуры – это регистры, где хранятся двоичные величины.

Заложенные в конструкцию аппаратуры алгоритмы - это воплощенные в электронных логических цепях жесткие правила, по которым занесенные в память данные воспринимаются как команды, которые следует исполнить.

Поэтому в основе работы всякого компьютера лежит умение оперировать только с одним видом данных - с отдельными битами, или двоичными цифрами.

Работает же с этими данными компьютер только в соответствии с неизменным набором алгоритмов, которые определяются системой команд центрального процессора.

Поэтому начнем с понятия алгоритм.

1 Понятие алгоритма

Каждый из нас постоянно решает множество задач: как быстрее добраться на работу, как лучше спланировать дела текущего дня и многие другие. Одни задачи мы решаем автоматически, другие требует длительного размышления над ними, но в любом случае, решение каждой задачи всегда делится на простые действия, т.е. все мы выстраиваем некоторый алгоритм наших действий.

Алгоритм– это определенная последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или решение поставленной задачи.

Процесс сведения задачи к последовательности выполняемых друг за другом этапов так, что результаты предыдущих этапов используются при выполнении последующих, называется алгоритмизацией.

В процессе алгоритмизации осуществляется выбор метода решения задачи с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности результатов, а также форм представления исходной информации с учетом специфики ЭВМ.

Запись алгоритма распадается на отдельные команды.

Команда– это некоторое элементарное законченное действие.

Команды алгоритма выполняются друг за другом. После каждого шага алгоритма точно известно, какая команда должна выполняться следующей.

Совокупность команд, которые могут быть выполнены в рамках алгоритма, называется системой команд.

2 Свойства алгоритма

Любой алгоритм должен обладать следующими свойствами:

1. Дискретность– разделение решения задачи на отдельные элементарные действия, возможность выполнения которых не вызывает сомнений.

2. Понятность- исполнитель должен знать, как выполнить каждое действие.

3. Детерминированность (определенность)– алгоритм должен быть сформулирован так, чтобы действия были точно определены, однозначны и давали один и тот же результат при одинаковых входных данных.

4. Общность – алгоритм может быть применен как к искомой задаче, так и к целому классу подобных задач.

5. Результативность – при любых допустимых исходных данных исполнение алгоритма должно завершиться за конечное число шагов и привести к решению поставленной задачи.

6. Правильность – способность алгоритма обеспечивать получение именно того результата, который требуется.

7. Эффективность – алгоритм должен обеспечивать получение результата с меньшими затратами.