5. Алгоритмизация вычислительного процесса

На данном этапе составляется алгоритм решения задачи согласно действиям, задаваемым выбранным методом решения. Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, и устанавливается последовательность выполнения блоков. Разрабатывается блок-схема алгоритма.

6. Составление программы

При составлении программы алгоритм решения задачи переводится на конкретный язык программирования. Для программирования обычно используются языки высокого уровня, поэтому составленная программа требует перевода ее на машинный язык ЭВМ. После такого перевода выполняется уже соответствующая машинная программа.

7. Отладка программы

Отладка заключается в поиске и устранении синтаксических и логических ошибок в программе. В ходе синтаксического контроля программы транслятором выявляются конструкции и сочетания символов, недопустимые с точки зрения правил их построения или написания, принятых в данном языке. Сообщения об ошибках ЭВМ выдает программисту, при этом вид и форма выдачи подобных сообщений зависят от вида языка и версии используемого транслятора. После устранения синтаксических ошибок проверяется логика работы программы в процессе ее выполнения с конкретными исходными данными. Для этого используются специальные методы, например, в программе выбираются контрольные точки, для которых вручную рассчитываются промежуточные результаты. Эти результаты сверяются со значениями, получаемыми ЭВМ в данных точках при выполнении отлаживаемой программы. Кроме того, для поиска ошибок могут быть использованы отладчики, выполняющие специальные действия на этапе отладки, например, удаление, замена или вставка отдельных операторов или целых фрагментов программы, вывод или изменение значений заданных переменных.

8. Решение задачи на эвм и анализ результатов

После отладки программы ее можно использовать для решения прикладной задачи. При этом обычно выполняется многократное решение задачи на ЭВМ для различных наборов исходных данных. Получаемые результаты интерпретируются и анализируются специалистом или пользователем, поставившим задачу.

Разработанная программа длительного использования устанавливается на ЭВМ, как правило, в виде готовой к выполнению машинной программы. К программе прилагается документация, включая инструкцию для пользователя. Чаще всего при установке программы на диск для ее последующего использования помимо файлов с исполняемым кодом устанавливаются различные вспомогательные программы (утилиты, справочники, настройщики и т. д.), а также необходимые для работы программ разного рода файлы с текстовой, графической, звуковой и другой информацией.

76Понятие алгоритма. Виды алгоритмов. Свойства алгоритмов. Способы представления алгоритмов.

Точного определения алгоритма не существует, также, как не существует определения информации, множества и т.д. Однако можно дать достаточно полное представление о таком понятии как алгоритм. Под алгоритмом понимают совокупность точных и однозначных инструкций для некоторого исполнителя данного алгоритма, предназначенных для решения какой-либо задачи (достижения какой-либо цели). При этом предполагается выполнение следующих свойств: 1. Дискретность – команды, инструкции алгоритма представляют собой разделимую по-следовательность действий. 2. Конечность – число шагов алгоритма должно быть конечно. 3. Определенность (однозначность, детерминированность) – каждая команда алгоритма должна быть однозначно воспринята исполнителем. 4. Массовость – алгоритм предназначен для решения множества задач заданного вида. 5. Эффективности – интерес представляют в первую очередь такие алгоритмы, которые решают поставленную задачу в пределах допустимого времени с желательно меньшим расхо-дом ресурсов исполнителя. В учебном варианте эффективность можно понимать как требова-ние "ничего лишнего". То есть не производить повторных вычислений одинаковых выражений и т.д. Существует большое количество известных примеров алгоритмов из математики. Напри-мер, алгоритм Евклида для нахождения наибольшего общего делителя двух целых чисел, алго-ритм решения квадратного уравнения и др. Немало алгоритмов действий используется в быту. Любой алгоритм по существу перерабатывает информацию. Поэтому для каждого алго-ритма предполагается наличие множества входных и выходных данных. Такие множества и их обозначения будем называть параметрами или аргументами алгоритма. Множества входных и выходных данных могут быть либо пустыми, либо пересекаться, либо совпадать, либо не иметь пересечений. Выходные параметры иногда называют также аргументами-результатами. Множества входных и выходных данных могут рассматриваться также как некоторые аб-страктные каналы (линии связи), по которым передается информация.

СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ АЛГОРИТМОВ Отметим, что алгоритм может пониматься как некоторая функция со специальными свой-ствами, которые были описаны ранее. Эта функция существует как абстракция. Мы же всегда воспринимаем алгоритм в его некоторой записи, или, как говорят, в его представлении. Очевидно также, что любой исполнитель может воспринимать алгоритм, исполнять его, только в том случае, когда алгоритм представлен в том виде, в каком он понятен исполнителю. Это означает, что любое представление алгоритма является некоторым информационным бло-ком, то есть представление алгоритма является информацией, и она расположена на некотором носителе информации. Таким образом, сам алгоритм есть некоторая абстракция, но реальная его реализация воз-можна только в виде его представления. Очевидно также, что у любого алгоритма могут быть различные представления. Они могут быть похожими, однако могут и не иметь ничего общего, кроме как реализации одного алгоритма. Представление алгоритма можно понимать как отображение множества алгоритмов для фиксированного исполнителя во множество некоторых данных, например, символов или ри-сунков. Существует три основных способа представления алгоритмов: 1)графический; 2)неформальная языковая (алгоритмическая) нотация (запись); 3)запись на алгоритмическом языке.

Любая форма записи (представления) алгоритма должна обеспечивать свойства алгорит-ма: дискретности, конечности, определенности, массовости.

В графической форме алгоритм представлен в виде геометрических фигур. Обычно они связываются линиями, которые показывают направление передачи информации при исполне-нии алгоритма. Существует несколько вариантов графического представления алгоритмов, но широкую известность получило (и стало фактическим стандартом графического представления) представление в виде блок-схем. Метод блок-схем был предложен самим Фон Нейманом – одним из первых разработчиков вычислительной техники. Алгоритм может быть представлен в виде записей литературного языка, например, рус-ского. В этом случае последовательностью предложений описывается последовательность дей-ствий исполнителя, которым может быть в большинстве случаев только человек. Никаких спе-циальных правил и требований к таким записям алгоритмов не предъявляется. Главное, что бы выполнялись требования, предъявляемые к алгоритмам, о которых указывалось выше. В лите-ратуре, посвященной алгоритмам, иногда используется такой способ записи алгоритмов. В ка-честве примера можно привести трехтомную монографию известного специалиста по информатике Д.Кнута "Искусство программирования для ЭВМ". Такие записи на естественном языке называют иногда неформальной алгоритмической нотацией. В неформальной алгоритмической нотации может использоваться так называемый псев-докод. Псевдокод – это запись алгоритма с использованием языковых конструкций известных алгоритмических языков, либо языков программирования. Например, Паскаль, Алгол, Си, Бей-сик и др. При этом нет никаких специальных требований к оформлению таких записей, за ис-ключением требования однозначности при реализации записанных действий. Третий способ представления алгоритмов – это способ записи алгоритмов с использова-нием алгоритмических языков, либо языков программирования. Алгоритмический язык – это система правил и обозначений для точной и однозначной записи алгоритмов. Такая запись яв-ляется формализованной. Это означает, что запись подчиняется строгим требованиям синтаксиса языка. Язык программирования – это система обозначений и правил для записи алгоритмов, предназначенная для использования на ЭВМ. На практике языки программирования привязаны к конкретным классам ЭВМ, операционным системам и т.д. В языках программирования существенными являются технические и технологические аспекты, что не характерно для алгоритмических языков, которые обычно машинно-независимы. Программой будем называть любую запись серии исполняемых команд на заданном языке программирования. Очевидно, способ представления алгоритмов на алгоритмических языках/языках про-граммирования играет ведущую роль. Существует большое количество языков программирова-ния. Одни из них широко распространены: Basic, Pascal, C/C++, Modula, Fortran. Другие же имеют специальное назначение: Prolog, Forth, Lisp. Некоторые языки сыграли заметную роль в программирования, но сейчас не используются. Примером является язык Algol. Именно этот язык послужил основой для разработки более совершенных языков, таких как Паскаль, Си и других. Алгол использовался также как алгоритмический язык для записи алгоритмов, в том числе в качестве автокода. Можно также отметить такой важный язык программирования для научно-технических расчетов: Фортран. Существуют языки декларативного (логического) программирования, например Пролог. Здесь нет алгоритмических инструкций, а есть описания данных и связей между ними. Испол-няющая система производит поиск наилучшего способа решения поставленной задачи. На дру-гих принципах построены функциональные языки, например, Лисп. Основные управляющие структуры таких языков есть последовательность вызовов так называемых рекурсивных функ-ций. Это означает, что нет необходимости выполнять проверку логических условий, а выпол-нять только вычисления. Чтобы понять суть таких подходов, необходимо получить специаль-ные знания по теории алгоритмов и математической логике. Это касается глубинного понима-ния сути алгоритма, связанного с рекурсивными функциями и различными моделями машины Тьюринга. В 1985 году основатель школьной информатики академик А.П.Ершов предложил для за-писи алгоритмов новый алгоритмический язык, который назвали школьным алгоритмическим языком. Иногда этот язык называют Е-языком, в честь его создателя. Но это называние является неформальным. ПОНЯТИЕ ИСПОЛНИТЕЛЯ АЛГОРИТМА Будем всегда предполагать, что алгоритм предназначен для некоторого исполнителя алго-ритма. Исполнители можно разделить на два класса: неформальные и формальные. Неформаль-ные исполнители алгоритмов – это живые существа, прежде всего человек. Формальные исполнители – это автоматические программные и технические устройства. Например, интерпретатор языка BASIC является исполнителем алгоритмов, записанных на языке BASIC. Исполнитель алгоритмов некоторого класса можно называть также исполняющей системой.