Алгоритм и его структура (стр. 2 из 4)
все
Обобщением структуры Развилка является Множественный выбор:
если Var = Const1 то < действие 1 >
если Var = Const2 то < действие 2 >
если Var = ConstN то < действие N >
все
В зависимости от значения переменной Var выполняется одно из указанных действий, например, если Var = Const3, то выполняется < действие 3 >.
Третьей базовой структурой является Цикл, который предусматривает повторное выполнение определенных действий, необходимое для большинства программ. Различают следующие типы структур Цикл:
· цикл «от до»
· цикл «пока»
· цикл «до»
Цикл «от до» управляет повторением выполнения действия с помощью переменной цикла:
цикл от I:= N1 до N2
< действие >
кц
Здесь I - переменная цикла, N1, N2 - начальное и конечное значения переменной цикла, вычисляются один раз при входе в цикл. Переменная цикла пробегает все следующие друг за другом в порядке возрастания значения от начального до конечного. Изменение значения переменной цикла происходит автоматически после каждого выполнения действия, указанного внутри цикла. В зависимости от соотношения N1 и N2 цикл может не выполниться ни разу (N1>N2) или выполниться (N2-N1+1) раз.
В цикле «пока» управление внутри цикла осуществляется с помощью логического условия:
цикл пока < условие>
< действие >
кц
Выполнение действия повторяется до тех пор, пока истинно условие. Проверка условия осуществляется в начале цикла. Это означает, что действие может не выполниться ни разу. Чтобы такой цикл не был бесконечным, внутри цикла необходимо предусмотреть изменение значения условия с истинного на ложное.
Третий тип структуры цикл «до» имеет вид:
цикл
< действие > до < условие>
кц
Как только значение условия становится истинным, цикл прекращается. Цикл “до“ независимо от значения условия выполнится по меньшей мере один раз, т.к. проверка условия производится после выполнения действия. Для завершения цикла необходимо внутри цикла изменить условие с ложного на истинное. Выбор структуры цикла определяется особенностями алгоритма решения конкретной задачи.
Существенная особенность перечисленных базовых структур состоит в том, что каждая из них имеет один вход и один выход. Их можно соединять друг с другом в любой последовательности. В качестве действия может использоваться любая из перечисленных структур, что обеспечивает возможность вложенности одних структур в другие.
В зависимости от применяемых базовых структур различают следующие типы алгоритмов:
· линейные
· разветвляющиеся
· циклические.
2.1 Линейная алгоритмическая структура. Типовые примеры
Линейным называется алгоритм, блоки которого расположены последовательно один за другим, нет условий и повторений.
Покажем общую структуру линейного алгоритма в виде блок-схемы.
Основной принцип программирования заключается в том, что обрабатывать можно только те данные, которые находятся в определенных областях оперативной памяти компьютера. Для того чтобы поместить исходные данные в оперативную память используются операторы ввода данных.
Для реализации процесса обработки данных используется оператор присваивания.
Результат вычислений помещается в область S оперативной памяти. Чтобы вывести результат из памяти на экран монитора необходимо использовать оператор вывода.
Операторы ввода данных:
1. INPUT - оператор ввода данных с клавиатуры. Данные задаются в виде переменных. Переменная – это величина, значение которой может меняться в процессе выполнения программы. Для обозначения переменной используются их имена (идентификаторы) – последовательность до 40 латинских букв и цифр, начинающаяся с буквы. Данные могут быть следующих основных типов:
· целые INTEGER (Y%) – 2 байта в памяти (от -32768 до 32767),
· длинные целые LONG (Y&) – 4 байта (от -231 до 231-1),
· вещественные SINGLE (Y) – 6 знаков после , -4 байта (от -3.4Е+38 до 3.4Е+38),
· вещественные удвоенной точности DOUBLE (Y#) -16 знаков после ,– 8 байт (от -Е+308 до Е+308),
· символьные STRING (Y$) – последовательность символов до 32767 символов длиной.
Например: INPUTa,b или INPUT “Введите два числа”;a,b
2. DATA, READ – операторы ввода данных из блока памяти. Например: DATA 3,4 : READ a,b
Оператор присваивания может быть использован как для ввода данных (Например: a=3 : b=4), так для вычисления выражений. (Например: S=a*b). Оператор присваивания вычисляет выражение, расположенное справа от символа присваивания (=) и результат присваивается переменной, расположенной слева от символа присваивания. При записи арифметического выражения используются арифметические операции и функции. Приоритет выполнения арифметических операций сохраняется. Функции можно использовать стандартные (встроенные) COS(X), SQR(X) … и задаваемые самим пользователем. (Например: Y=3*SQR(X)^2)
Для вывода данных используется оператор PRINT.
Например: PRINT S или PRINT “Площадь”;S или PRINT a,b,S
Для окончания программы используется оператор END. В начале программы можно использовать оператор очистки экрана – CLS.
Пример линейной программы вычисления площади прямоугольника и ее алгоритм в виде блок-схемы:
CLS
INPUT “Введите две стороны прямоугольника”; a,b
S = a * b
PRINT “Площадь”; S
END
2.2 Разветвляющая алгоритмическая структура. Основные операторы циклов. Типовые примеры
Алгоритм называется разветвляющимся, если содержит хотя бы одно условие, в результате которого обеспечивается переход на один из двух возможных вариантов решения задачи. Ветвление может быть полным (действия и после да и после нет) и неполным (в случае если нет – ничего не происходит).
Пример разветвляющегося алгоритма – алгоритм решения квадратного уравнения. Появление условия при решении этой задачи связано с отсутствием корней при отрицательном дискриминанте. Рассмотрим блок-схему этого алгоритма:
Для данной алгоритмической структуры характерно, что в любой момент времени её реализации осуществляется обработка только по какой-либо одной из ветвей.
Для описания разветвляющегося алгоритма существуют операторы:
1. условный
блочной структуры:
IF условие THEN
блок действий 1
ELSE
блок действий 2
ENDIF
линейной структуры:
IF условие THEN блок 1 ELSE блок 2
Обе структуры могут быть использованы как в полной форме так и в усеченной – без блока ELSE.
При работе условного оператора сначала проверяется выполнение условия. Если условие выполняется (истинное), то реализуется блок 1, в противном случае – блок 2. Условие – это логическое выражение, использующее операции сравнения (=, <, > <=, >=, <>) и логические операции (AND, OR).
Программа решения квадратного уравнения с использованием условного оператора имеет вид:
CLS : INPUT A,B,C : D=B^2-4*A*C
IF D>0 THEN
X1=(-b+SQR(d))/(2*a) : X2=(-b-SQR(d))/(2*a) : PRINT X1,X2
ELSE
PRINT ”Решенией нет”
ENDIF
2. выбора (выражением может быть список через запятую 1,3,4 диапазон значений 1 TO 9; операция сравнения IS >=).
SELECTCASE выражение
CASE условие 1
блок операторов 1
CASE условие 2
блок операторов 2
CASEELSE
блокоператоров n
END SELECT
CLS : INPUT A,B,C : D=B^4*A*C
SELECT CASE D
CASE IS >0
X1=(-b+SQR(d))/(2*a)
X2=(-b-SQR(d))/(2*a) : PRINT X1,X2
CASE ELSE
PRINT ”Решениейнет”
ENDSELECT
END
2.3 Циклические алгоритмические структуры. Основные операторы ветвления. Типовые примеры
Алгоритм называется циклическим, если содержит участок, повторяющийся один или много раз.
Циклы бывают с определённым количеством, неопределённым числом вычислений.
Оператор цикла с параметром:
FORI = IНTOIKSTEPh
тело цикла
NEXTI
Оператор цикла с предусловием:
DOWHILE условие продолжения вычислений (UNTIL условие прекращения вычислений)
тело цикла
LOOP
Оператор цикла с постусловием:
DO
тело цикла
LOOPWHILE условие продолжения вычислений (UNTIL условие прекращения вычислений)
Глава 3. Языки программирования
Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм.
Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к машине", что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к решаемой задаче», чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.
Связь между языком, на котором мы думаем/программируем, и задачами и решениями, которые мы можем представлять в своем воображении, очень близка. По этой причине ограничивать свойства языка только целями исключения ошибок программиста в лучшем случае опасно. Как и в случае с естественными языками, есть огромная польза быть, по крайней мере, двуязычным. Язык предоставляет программисту набор концептуальных инструментов, если они не отвечают задаче, то их просто игнорируют. Например, серьезные ограничения концепции указателя заставляют программиста применять вектора и целую арифметику, чтобы реализовать структуры, указатели и т.п. Хорошее проектирование и отсутствие ошибок не может гарантироваться чисто за счет языковых средств.