- •Для школьников,студентовИ начинающих 1999 с,н.Лукин __________________________________________________________ Все права защищены ©
- •Оглавление
- •Часть I. Необходимые сведения о компьютере и программе 8
- •Часть II. Программирование на Паскале – первый уровень 29
- •Часть III. Программирование на Паскале – второй уровень 102
- •Часть IV. Работа в Паскале на компьютере 158
- •От автора
- •Предисловие
- •Кому нужна эта книга?
- •Почему Паскаль?
- •Какой из Паскалей?
- •Краткое содержание с рекомендациями
- •Часть III.Программирование на Паскале – второй уровень. Цели этой части:
- •Часть I. Необходимые сведения о компьютере ипрограмме
- •Первое представление о компьютере и программе
- •Что умеет делать компьютер
- •Что такое компьютер. Первое представление о программе.
- •Как человек общается с компьютером
- •Программа и программирование
- •Список команд. Командный и программный режимы
- •Последовательность работы человека с роботом
- •Что важно знать о программе
- •Понятие о процедуре. Может ли робот поумнеть?
- •Программа для компьютера на машинном языке
- •Языки программирования
- •Пример настоящей программы для компьютера на языке Лого
- •А теперь напишем программу:
- •Последовательность работы программиста на компьютере
- •Основные приемы программирования
- •Устройство и работа компьютера
- •Как устроен и работает компьютер
- •Порядок обмена информацией между устройствами компьютера
- •Устройство и размеры оперативной памяти
- •Взаимодействие программ в памяти
- •Внешние устройства компьютера
- •Устройства ввода
- •Устройства вывода
- •Внешняя память
- •Кодирование информации в компьютере
- •Часть II. Программирование на Паскале – первый уровень
- •Простые (линейные) программы. Операторы ввода-вывода. Переменные величины
- •Процедура вывода Write
- •8 'Котят' 3*3 'щенят'
- •Первая программа на Паскале
- •Выполняем первую программу на компьютере
- •Процедура вывода WriteLn. Курсор
- •Переменные величины. Оператор присваивания
- •Описания переменных (var)
- •Что делает оператор присваивания с памятью
- •Оператор присваивания меняет значение переменной величины
- •Имена переменных
- •Математика. Запись арифметических выражений
- •Вещественные числа в Паскале
- •Три совета
- •5. Теперь нужно задать компьютеру действия, которые нужно проделать с исходными данными, чтобы получить результат.
- •Операторы ввода данных ReadLn и Read.
- •Интерфейс пользователя
- •Строковые переменные
- •Диалог с компьютером
- •Константы
- •Разветвляющиеся программы
- •Условный оператор if или как компьютер делает выбор
- •Правила записи оператора if
- •Составной оператор
- •Ступенчатая запись программы
- •Вложенные операторыif. Сложное условие в операторе if. Логические операции
- •Символьный тип данных Char
- •Оператор варианта case
- •Циклические программы
- •Оператор перехода goto. Цикл. Метки
- •Выход из цикла с помощьюif
- •Оператор циклаrepeat
- •Оператор цикла while
- •Отличия операторов repeat и while
- •Оператор цикла for
- •Типичные маленькие программы
- •Вычислительная циклическая программа
- •Роль ошибок
- •Счетчики
- •Сумматоры
- •Вложение циклов в разветвления и наоборот
- •Вложенные циклы
- •Поиск максимального из чисел
- •Процедуры
- •Компьютер звучит
- •Простейшие процедуры
- •Программа 1
- •Программа 2
- •Программа 3
- •Процедуры и операторы
- •Стандартные процедуры Halt и Exit
- •Графика
- •Стандартные модули
- •Стандартный модуль Graph, текстовый и графический режимы
- •Текстовый и графический режимы
- •Переключение между текстовым и графическим режимами
- •Рисуем простейшие фигуры
- •Работа с цветом. Заливка. Стиль линий и заливки
- •Используем в рисовании переменные величины
- •Использование случайных величин при рисовании
- •Движение картинок по экрану
- •Создаем первую большую программу
- •Постановка задачи
- •Программирование по методу “сверху-вниз”
- •Сначала – работа над структурой программы
- •Зачем переменные вместо чисел
- •Записываем программу целиком
- •Порядок описания переменных, процедур и других конструкций Паскаля
- •Управление компьютером с клавиатуры. Функции ReadKey и KeyPressed
- •Буфер клавиатуры
- •Гетерархия. Задание на игру “Торпедная атака”
- •Часть III. Программирование на Паскале – второй уровень
- •Алфавит и ключевые словаПаскаля
- •Алфавит
- •Ключевые слова
- •Использование пробела
- •Работа с разными типами данных Паскаля
- •Список типов
- •Комментарии к списку типов
- •Числовые типы
- •Массивы
- •Переменные с индексами
- •Одномерные массивы
- •Двумерные массивы
- •Какие бывают массивы
- •Определения констант
- •Типизированные константы
- •Придумываем типы данных
- •Логический тип Boolean
- •Перечислимые типы
- •Ограниченный тип (диапазон)
- •Действия над порядковыми типами
- •Символьный тип Char. Работа с символами
- •Строковый тип String. Работа со строками
- •Множества
- •Расположение информации в оперативной памяти. Адреса
- •Процедуры и функции с параметрами
- •Процедуры с параметрами
- •Функции
- •Подпрограммы. Локальные и глобальные переменные
- •Массивы как параметры
- •Параметры-значения и параметры-переменные
- •Индукция. Рекурсия. Стек
- •Сортировка
- •Строгости Паскаля
- •Структура программы
- •Структура процедур и функций
- •Выражения
- •Совместимость типов
- •Форматы вывода данных
- •Переполнение ячеек памяти
- •Дерево типов
- •Синтаксисические диаграммы Паскаля
- •Другие возможности Паскаля
- •Работа с файлами данных
- •Вставка в программу фрагментов из других программных файлов
- •Модули программиста
- •Дополнительные процедуры и функции модуля Graph
- •Копирование и движение областей экрана
- •Вывод текста в графическом режиме
- •Управление цветом в текстовом режиме (модульCrt)
- •Работа с датами и временем (модульDos)
- •Нерассмотренные возможности Паскаля
- •Миг между прошлым и будущим
- •Часть IV. Работа в Паскале на компьютере
- •Что нужно знать и уметь к моменту выполнения первой программы?
- •Порядок работы в Паскале
- •(1) Запуск Паскаля
- •(2) Начало работы. Ввод программы. Выход из Паскаля
- •(3) Сохранение программы на диске. Загрузка программы с диска
- •(4) Выполнение программы
- •(5) Исправление ошибок. Отладка программы.
- •Пошаговый режим
- •Работа с окнами пользователя и отладчика
- •Отладка больших программ
- •Работа с несколькими окнами.
- •Копирование и перемещение фрагментов текста
- •Обзор популярных команд меню
- •Создание исполнимых файлов (exe)
- •Приложения. Справочный материал п1. Как вводить программу в компьютер или работа с текстом в текстовом редакторе
- •Работа с одной строкой текста
- •Работа с несколькими строками
- •Собственно работа с несколькими строками.
- •П2. Файловая система магнитного диска
- •Имена файлов и каталогов
- •Пример структуры каталогов на диске
- •Логические диски. Путь (дорожка) к файлу
- •П3. Список некоторых операций, процедур и функций Паскаля
- •Математика
- •Модуль crt
- •Модуль Graph
- •Модуль dos
- •П5. Решения заданий
- •П6. Список литературы
- •П7. Предметный указатель
Индукция. Рекурсия. Стек
Начну с классического примера о факториале. Факториалом целого положительного числа Nназывается произведение всех целых чисел от1доN. Например, факториал пяти равен1*2*3*4*5, то есть120. Факториал единицы считается равным1.
Все понятно. Однако, существует еще один, совершенно ужасный способ объяснения, что такое факториал. Вот он:
“Факториал единицы равен 1. Факториал любого целого положительного числа N, большего единицы, равен числу N, умноженному на факториал числа N-1.”
Если вам уже все ясно, значит вы - математический талант. Для нормальных людей поясню. Чтобы последнее предложение было понятнее, возьмем какое-нибудь конкретное N, например,100. Тогда это предложение будет звучать так: Факториал числа100равен числу100, умноженному на факториал числа99.
Ну и что? И как же отсюда узнать, чему равен какой-нибудь конкретный факториал, скажем, факториал трех? Будем рассуждать совершенно чудовищным образом:
Смотрю в определение: Факториал трех равен 3 умножить на факториал двух. Не знаю, сколько это. Спускаюсь на ступеньку ниже.
Смотрю в определение: Факториал двух равен 2 умножить на факториал единицы. Не знаю, сколько это. Спускаюсь еще на ступеньку.
Смотрю в определение: Факториал единицы равен 1. Вот - впервые конкретное число. Значит можно подниматься.
Поднимаюсь на одну ступеньку. Факториал двух равен 2 умножить на 1, то есть 2.
Поднимаюсь еще на ступеньку. Факториал трех равен 3 умножить на 2, то есть 6. Задача решена.
Рассуждая таким образом, можно вычислить факториал любого числа. Способ рассуждения называется рекурсивным, а способ объяснения называетсяиндуктивным.
Какое отношение все это имеет к компьютерам? Дело в том, что рекурсивный способ рассуждений реализован во многих языках программирования, в том числе - и в Паскале. Значит, этим языкам должен быть понятен и индуктивный способ написания программ.
Обозначим кратко факториал числа N, какFactorial(N), и снова повторим наш индуктивный способ объяснения:
“Если N=1, то Factorial(N) = 1.
Если N>1, то Factorial(N) вычисляется умножением N на Factorial(N-1).”
В соответствии с этим объяснением напишем на Паскале функцию Factorial для вычисления факториала:
FUNCTIONFactorial(N: Byte): LongInt;
BEGIN
if N=1 then Factorial :=1;
if N>1 then Factorial :=N* Factorial(N-1)
END;
BEGIN
WriteLn(Factorial(3))
END.
Обратите внимание, что в программе нигде не употребляется оператор цикла. Вся соль программы в том, что функция Factorial вместо этого включает в себя вызов самой себя -Factorial(N-1).
Что же происходит в компьютере во время выполнения программы? Механизм происходящего в точности соответствует нашему рассуждению по рекурсии.
Все начинается с того, что Паскаль пробует выполнить строку WriteLn(Factorial(3)). Для этого он вызывает функциюFactorial. Выполнение подпрограммы начинается с того, что в стеке отводится место для всех формальных параметров и локальных переменных, а значит и для нашего формального параметраN. Затем фактический параметр3подставляется на место формального параметраN, то есть в стек в ячейкуNпосылается3. Затем выполняется тело функции. Так как3>1, то Паскаль пытается выполнить умножение3* Factorial(3-1)и сталкивается с необходимостью знать значение функцииFactorial(2), для чего вызывает ее, то есть отправляется ее выполнять, недовыполнивFactorial(3), но предварительно запомнив, куда возвращаться.
Спускаюсь на ступеньку ниже. В соседнем месте стека отводится место для N. Это уже другоеN, путать их нельзя. В эту ячейкуN посылается2. Затем выполняется тело функции. Пусть вас не смущает, что Паскаль второй раз выполняет тело функции, не закончив его выполнять в первый раз. Так как2>1, то Паскаль пытается выполнить умножение2* Factorial(2-1)и сталкивается с необходимостью знать значение функцииFactorial(1), для чего вызывает ее.
Спускаюсь еще на ступеньку. В соседнем месте стека отводится место еще для одного N. В эту ячейкуNпосылается1. Затем выполняется тело функции. Так как1=1, то Паскаль вычисляетFactorial :=1. Вот - впервые конкретное число. Затем Паскаль пытается выполнить следующую строкуif N>1 then Factorial :=N* Factorial(N-1). Поскольку нельзя сказать, что1>1, то выполнение тела функции закончено. Значит можно подниматься.
Поднимаюсь на одну ступеньку. Паскаль возвращается внутрь тела функции (той, где N=2) и успешно выполняет умножение -Factorial :=2*1=2.
Поднимаюсь еще на ступеньку. Паскаль возвращается внутрь тела функции (той, где N=3) и успешно выполняет умножение -Factorial :=3*2=6. Задача решена.
После выхода из подпрограммы место в стеке освобождается.
Итак, рекурсиейв программировании называется вызов подпрограммы из тела самой подпрограммы.
Теперь поговорим о переполнении стека. Размер стека в Паскале не превышает 64K. В нашем случае в стеке одновременно хранилось три копии формальных параметров и локальных переменных. Если бы мы вычисляли факториал десяти, то копий было бы десять. В более сложных, чем факториал, задачах стек может легко переполниться, о чем Паскаль сообщает, когда уже поздно.
Чем хорош рекурсивный стиль программирования? В нашей программе о факториале мы как бы и не программировали вовсе, а просто обяснили компьютеру, что такое факториал. Как бы перешли на новый уровень общения с компьютером: вместо программирования - постановка задачи.
Чем плох рекурсивный стиль программирования? Если мы для решения той же задачи напишем программу не с рекурсией, а с обычным циклом, то такая программа будет выполняться быстрее и потребует меньше памяти.
Задание 124:Напишите рекурсивную функциюfibдля вычисления чисел Фибоначчи.