МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Л.Н. ТОЛСТОГО
Кафедра иностранных языков
РЕФЕРАТ
на право получения допуска к сдаче кандидатского экзамена
по иностранному языку
Тема: “Алгоритмы и структуры данных. Программирование в Cи”
Гордеев Вячеслав Валериевич, аспирант
кафедры информатики и вычислительной техники
ТГПУ им. Л.Н. Толстого
Материалыреферата: Grundlagen Computernetze, Prof. Jürgen Plate, FH München, FB 04, http://www.netzmafia.de/skripten/ad/index.html. р. 232.
Дата сдачи: апрель 2004 г.
Данная книга написана профессором Мюнхенского университета Юргеном Плате. Она входит в серию книг, посвященных информационным технологиям, которые выходят в рамках проекта «Netzmafia». Книга посвящена одному из главных разделов информатического образования - алгоритмизации и программированию и адресована тем, кто желает познакомиться и окунуться в мир алгоритмов и разработки программ. Она состоит из двух достаточно подробных лекций по темам «Алгоритмы и структуры данных» и «Программирование». В книге вводится понятие алгоритма и рассматриваются все необходимые понятия, связанные с алгоритмами. Затем обсуждаются принципы написания алгоритмов и составления программ на языке программирования Си.
Си – это структурный язык программирования высокого уровня, созданный в 1972 году Керниганом и Ритчи. Он создавался как язык для разработки операционной системы UNIX. Cи позволяет работать с данными практически так же эффективно, как на ассемблере (машинном языке), предоставляя при этом структурированные управляющие конструкции и абстракции высокого уровня (структуры и массивы). Именно с этим связана его огромная популярность и поныне. При этом компилятор C очень слабо контролирует типы, поэтому очень легко написать внешне совершенно правильную, но логически ошибочную программу.
Во введении Юрген Плате кратко рассказывает о структуре книги. Она состоит из двух основных частей – основных понятий алгоритмизации и основ программирования. Обе части достаточно тесно взаимосвязаны, так как при изучении основных понятий приходится прибегать к примерам решения задач на конкретных языках программирования, а при изучении программирования необходимо постоянно помнить основы алгоритмизации.
Автора побудило написать эту книгу ситуация, которая сложилась в мире создания программного обеспечения. Несмотря на то, что в последние годы в методике создания программного обеспечения сделан большой прогресс - появилась дисциплина программная инженерия (техника программного обеспечения), многие разработчики недостаточно квалифицированны в этой области. Поэтому необходимо лучше обучать искусству программирования. И эта книга в удобной форме излагает основные приемы программирования, что сопровождается большим количеством примеров на языке программирования С.
Каждый программист должен выполнять ряд правил при написании программ:
-Основательно подумать перед тем, как нажимать на клавиши.
-Иметь собственный стиль программирования.
-Научиться обращаться с подводными камнями и с небрежностью языков программирования.
-Выполнять множество упражнений для достижения результата.
В этой главе автор собрал основной теоретический материал по алгоритмизации. Здесь представлен общий обзор как программного, так и аппаратного обеспечения. Но основной упор естественно делается на понятие алгоритма, способы записи алгоритмов, методы и этапы составления программ.
В этом параграфе профессором рассматриваются следующие вопросы:
- Что такое "информация"?
- Что являются "сообщением"?
- Как информация передается?
- Как информация представляется?
Наряду с энергией и материей, информация – это базовое понятие универсального значения. В информатике понятие информации несколько отличается от обыденного. Информация – это знания о чем-либо. Сообщения служат для отображения информации.
Объем информационного сообщения фиксируются, определяется количеством решений в сообщении и измеряется в битах.
После абстрактной информации автор переходит к конкретному отображению информации, сообщений. Для этого он приводит несколько определений:
-Сообщение - набор символов для информационной передачи.
-Символ - элемент символьного запаса, установленной конечной массы различных символов.
-Алфавит - упорядоченный набор символов.
-Слово - последовательность символов, которые рассматриваются в определенной связи в качестве единой величины.
Физически сообщения могут представляться через сигналы. При этом различаются аналоговые и цифровые сигналы. При аналоговых или непрерывных сигналах идет непрерывное распределение физической величины к объему информации сообщения, а при цифровых (дискретных) сигналах имеется только конечное число возможных состояний физической величины. Цифровая техника работает обычно с двумя значениями сигнала – 0 и 1.
Этот параграф Плате начинает с объяснения понятия алгоритм. Автор говорит о том, что алгоритмы должны разрабатываться не для специальных целей, а содержать шаги, которые нужно применять при решении определенного класса проблем, а не для отдельного примера.
Программа - это описание пути, исходя из определенных входных данных, к определенному результату или метод получения решения.
Отсюда выделяют следующие свойства алгоритмов:
1. Полнота описания. Должна быть показана полная последовательность действий. Ссылки на неизвестную информацию должны отсутствовать.
2. Повторяемостьалгоритма. Алгоритм можно повторять сколь угодно часто и каждое повторение должно приносить при равных входных данных равный результат.
3. Корректность алгоритма. На практике корректность нужно подтверждать. Поэтому используются тесты, при которых уже известен для заявленных входных данных результат, и сравниваются затем данные с результатами.
4. Эффективность описания и исполнения алгоритма.
После описания свойств необходимо дать достаточно краткое определение понятия алгоритм:
Обрабатываемое предписание называется алгоритмом, если оно имеет следующие свойства:
1. Предписание описывается конечными средствами.
2. Оно однозначно установленным способом для введенных данных выдает точный результат.
Далее Юрген Плате говорит о том, что программа состоит из конечного числа шагов и приводит конкретные примеры, наглядно это обосновывая. Для написания программ необходимо использовать особенные языки. Языки программирования - это нормированные языки, которые служат для описания инструкций обработки, структур данных, а также ввода и вывода данных.
Необходимо преобразовывать алгоритм всегда таким образом, чтобы выделять в нем "подалгоритмы". Теория разработки программного обеспечения основывается на этой идее. Сложные и комплексные структуры и виды деятельности реализуются известными структурами и более простыми подалгоритмами. Разработка и составление алгоритмов превратится в конструирование из готовых алгоритмов.
Простейший язык программирования состоит из системы команд. Это - встроенные команды, они сравнимы с командами микрокалькулятора, которые вы вызываете, нажимая клавиши. Этими командами можно выполнять арифметические операции и хранить результаты действий.
Если каким-то образом нумеруют команды, то получают машинный язык. Это самый простой программистский код. В этом коде номер команды может использоваться как ее имя. Программа на машинном языке является ничем иным как длинной последовательностью таких слов кода.
Программировать на языке машин достаточно трудно. Поэтому стали переводить коды компьютеров в сокращения незашифрованного текста. Соответствующие переводческие программы, которые называют ассемблерами, были разработаны для всех компьютеров.
Программа на языке ассемблера - это последовательность команд, которые состоят из 2-4 букв и к которым прибавляются адреса ячеек памяти. Например, команда ADD R2, R6 складывает содержимого ячейки памяти R2 и содержимого R6 и сохраняет сумму в R6.
Однако со временем недостатки программирования на ассемблере становились все более очевидными: зависимость от модели компьютера, изобретение различных «трюков» в связи с ограниченными возможностями языка, трудность исправления ошибок, неудобная форма работы для человека. Это вело, в том числе, к развитию так называемых "более высоких языков программирования", которые более удобны для человека.
В следующем параграфе автор рассказывает о программах перевода с машинного языка в более удобную для человека форму – интерпретаторах и компиляторах. Эти программы переводили различные последовательности букв в форму, которую может понимать компьютер. Вместе с тем программы могли писаться на языке, который состоит из слов разговорной речи. Кроме того, значительно упрощается поиск ошибок при программировании.
В этом разделе автор исследует, какие свойства должны иметь языки, которые используются для описания алгоритмов (алгоритмические языки). Речь идет о нормированных языках, которые служат описанию алгоритмов. Здесь Юрген Плате отвечает на 2 основных вопроса:
· Как можно нормировать язык?
· Что требуется для описания алгоритмов?
В результате нормирования естественного языка от многих вариаций сочетания остается только лишь единственная версия и сокращения с перестановками больше не допустимы.