Лекции по информатики 2 (стр. 18 из 43)
4. Составьте, используя вспомогательные алгоритмы из предыдущих задач, алгоритмы изображения на экране:
а) многосекционных домов с различным числом секций;
б) многоэтажных домов с различным числом этажей и секций.
4.4. Основы безошибочного программирования
Основной недостаток традиционной практики составления программ для ЭВМ заключается в том, что при таком подходе никто не может гарантировать отсутствие в них ошибок. Особенностью традиционной практики является поиск ошибок в программах при их отладке на ЭВМ.
Однако, так как число ошибок в программах заранее неизвестно, то неизвестна заранее и продолжительность отладки программ на ЭВМ. Более того даже после «завершения» отладки никто не может гарантировать отсутствие ошибок. Естественно, что использование таких программ, приводит к возникновению отказов, сбоев и получению неверных результатов.
Структурный подход снижает количество ошибок в алгоритмах и программах. Однако и при этом подходе число ошибок также заранее неизвестно. Хотя структурная форма записи и упрощает поиск и исправление ошибок в текстах программ, гарантии отсутствия ошибок структурный подход не дает.
Однозначные суждения об отсутствии или наличии ошибок в алгоритмах и программах возможны только при наличии описаний конечных результатов их выполнения. Такие описания принято называть спецификациями.
Спецификации программ - это точные, математически строгие описания результатов выполнения алгоритмов и программ. Только при наличии спецификаций возможно создание алгоритмов и программ, в которых можно гарантировать отсутствие ошибок.
Более того, при систематическом использовании спецификаций возможен не только анализ правильности алгоритмов и программ, но и становится возможным составление программ с одновременным доказательством правильности.
Безошибочное программирование - это составление алгоритмов и программ с гарантиями отсутствия в них ошибок. А составление алгоритмов и программ с одновременным доказательством правильности называется доказательным программированием. И в том и другом подходе необходимо составление спецификаций.
Для составления программ на любом языке программирования весьма полезно предварительное составление реализуемых в них алгоритмов. Эти описания алгоритмов вместе со спецификациями позволяют в полной мере оценить правильность составленных программ. Пример составления алгоритмов с использованием в качестве иллюстрации спецификаций сценария диалога с ЭВМ:
Сценарий «Галерея картинок»
Список картинок:
1. треугольник
2. прямоугольник
3. кольцо
номер = ?<N>
 |  | |
n =1 n = 2 n = 3
 | |  |
| |  |
В соответствии с этими четырьмя картинками построим три вспомогательных алгоритма рисования отдельных картинок из «Галереи» и общий алгоритм выбора картинок в соответствии с принятым сценарием:
алг «Галерея картинок»
нач алг «рисуиок_треугольника»
вывод («Список картинок:») нач
вывод («1. треугольник») линия(150,50)-(100,100)
вывод («2. прямоугольник»)линия(150,50)-(200,100)
вывод («3. кольцо») линия(100,100)-(200,100)
запрос («номер=», п) кон
графический_экран
если п = 1 то алг «рисунок_прямоугольника»
рисунок_треугольника нач
инес п = 2 то рамка(50,50)-(150,100)
рисунок_прямоугольника кон
инес п = 3 то
рисунок_кольиаалг «рисунок_кольца»
иначенач
вывод («нет такого рисунка») окружность( 100,100),20
всеокружность(100,100),50
кон кон
Правильность каждого из вспомогательных алгоритмов и подпрограмм определяется сравнением с соответствующими фрагментами сценария, а правильность всего алгоритма и соответствующей программы - со сценарием в целом.
Данный подход к составлению алгоритмов и программ с использованием спецификаций - позволяет реализовать основную идею безошибочного программирования - создание алгоритмов и программ, правильных по построению. Такой подход может применяться к составлению алгоритмов и программ для любых современных языков программирования - Паскаль, Си, Ада, Модула, Бейсик и т. д.
Приведем примеры составления сложных алгоритмов и программ с циклами с использованием спецификаций. Первый пример - построение алгоритма и программы изображения на экране картинки «Звездное небо» из n случайных точек:
В приводимом ниже алгоритме для формирования и вывода последовательности случайных точек на экране используется цикл со счетчиком и датчик случайных чисел для генерации координат «звезд».
Алгоритм Программа
алг «звездное небо» ' звездное небо
нач сls
запрос(«звезд=», п) input «звезд=», n
графический_экран screen 2,0
от k =1до п цикл for k = 1 ton
x: = случайное [0:200]х = rnd*200
у: = случайное [0:200]у = rnd*200
точка (х,у) pset (x,y),3
кцикл next k
кон end
Второй пример - составление с использованием спецификаций алгоритма и программы игры «Угадай-ка». В этой игре ЭВМ «загадывает» число от 0 до 100, а человек должен его отгадать, вводя пробные числа с клавиатуры. Для составления алгоритма и программы примем следующий сценарий:
Сценарий «Угадай-ка»
| Угадай число от 0 до 100 | |
  число = ?< х> | * |
| мало | |
| много | |
| молодец, умница |
Для реализации этого сценария воспользуемся циклом с выходом, в котором задается вопрос число=? и проверяются числа, вводимые человеком. Выход из цикла происходит после совпадения ответа с числом, задуманным ЭВМ:
АлгоритмПрограмма
алг «угадай-ка» ' угадай-ка
нач сls
вывод («Угадай число») print «Угадай число»
вывод («от 1 до 100») print «от 1 до 100»
z: = случайное [0:100] z = int (rnd* 100)
цикл do
запрос( «число=», х) input «число=», х
при х = z вых if х = z then exit do
если х < z то if х < z then
вывод («мало») print «мало»
инеc х > z то elseif х > z then
вывод («много») print «много»
все end if
кцикл loop
вывод («молодец, умница») print «молодец, умница»
кон end
Сравнение алгоритма со сценарием показывает их полное соответствие друг другу.
В о п р о с ы
1. Сколько ошибок содержится в программах?
2. Как долго длится отладка программ?
3. Что такое спецификации программ?
4. Зачем нужны спецификации?
5. Можно ли гарантировать отсутствие ошибок в программах?
6. Что такое систематический подход к алгоритмизации?
З а д а ч и
1. Составьте сценарий и алгоритм диалога «Распорядок дня», с помощью которого можно узнать, что запланировано на заданный час дня.
2. Составьте сценарий и алгоритм диалога с выбором по меню;
а) национальных флагов;
б) каталога строительных блоков;
в) набора рисунков;
г) каталога строений.
3. Предложите сценарии и алгоритмы рисования на экране абстрактных рисунков:
а) из случайных разноцветных точек;
б) из случайных разноцветных отрезков;
в) из случайных разноцветных рамок;
г) из случайных разноцветных окружностей;
д) из случайных разноцветных кругов;
е) из случайных разноцветных окошек.
4. Составьте сценарий и алгоритм, моделирующий на экране броуновское движение частиц.
4.5. Средства обработки данных
Автоматизированная обработка данных - одна из основных массовых проблем, решаемых с помощью ЭВМ. На персональных компьютерах IBM PC базовым средством обработки данных является язык программирования Basic. В операционной системе Windows это язык считается основным языком разработки программ для компьютеров IBM PC.
Основной особенностью языков структурного и графического программирования Бейсика как языка обработки данных являются операторы данных data, позволяющие описывать данные непосредственно в текстах программ. Пример и реализация алгоритма обработки данных: