Под алгоритмом понимается - точное и понятное предписание (указание) исполнителю совершить определенную последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или решение поставленной задачи за конечное число шагов.
Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2-5.
7. Сопровождение программы:
• доработка программы для решения конкретных задач;
• составление документации к решенной задаче, к математической модели, к алгоритму, к программе, к набору тестов, к использованию.
Алгоритм может быть записан с помощью блок-схемы, текстовым предписанием, с помощью рисунков, таблично или на специальном алгоритмическом языке. Наиболее популярны блок-схемы и предписания. Преимущество блок-схем — в наглядности алгоритма.
Основными свойствами алгоритма являются:
Дискретность – это разбиение алгоритма на ряд отдельных законченныхкоманд(шагов), каждая из которых должна быть выполнена прежде, чем исполнитель перейдет к выполнению следующей.
Детерминированность(точность, определенность)– команда алгоритма исполнителем должна пониматься однозначно. Не должно быть двоякого толкования команды.
Результативность и конечность – за конечное число шагов алгоритм либо должен приводить к решению задачи, либо после конечного числа шагов останавливаться из-за невозможности получить решение с выдачей соответствующего сообщения, либо неограниченно продолжаться в течение времени, отведенного для исполнения алгоритма, с выдачей промежуточных результатов.
Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде – он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. (Исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.)
Из перечисленных свойств лишь дискретность является обязательным свойством алгоритма.
Для изображения алгоритмов будем использовать блок-схемы, формируемые из типовых блоков, показанных в таблице 1.
Таблица 1
Название
Элемент
Комментарий
Процесс
Вычислительное действие или последовательность вычислительных действий
Решение
Проверка условия
Модификация
Заголовок цикла
Предопределенный процесс
Обращение к процедуре
Документ
Вывод данных, печать данных
Перфокарта
Ввод данных
Ввод/Вывод
Ввод/Вывод данных
Начало, Конец
Начало, конец, пуск, останов, вход и выход во вспомогательных алгоритмах
Комментарий
Используется для размещения надписей
Горизонтальные и вертикальные потоки
Линии связей между блоками, направление потоков
В теории алгоритмов доказано, что любой, сколь угодно сложный алгоритм может быть составлен из трех основных алгоритмических структур: линейной, ветвления и цикла, показанных, соответственно на рис. 2, 3, 4.
Линейная структура предполагает последовательное выполнение действий, без их повторения или пропуска некоторых действий. Обычно программисты стремятся к тому, чтобы алгоритм имел линейную структуру.
Структура "ветвление" предполагает выполнение одной из двух групп действий в зависимости от выполнения условия в блоке ветвления. На рис. 3 знаком "+" показано выполнение условия, а знаком "-" — его невыполнение. Часто используется неполная команда ветвления, когда один из блоков действия отсутствует.
Структура "цикл" имеет несколько разновидностей. На рис. 4 показан цикл типа "пока" с предусловием. Действия внутри этого цикла повторяются пока выполняется условие в блоке ветвления, причем сначала проверяется условие, а затем выполняется действие. Достаточно часто используются другие типы цикла, показанные на рис. 5 и 6.
В цикле с постусловием проверка условия выхода из цикла выполняется после очередного действия. Цикл "для" является модификацией цикла "пока" для ситуации, когда заранее известно количество повторений некоторых действий. Запись в блоке заголовка цикла на рис.6 показывает пример описания заголовка цикла, в котором действия повторяются столько раз, сколько целых значений приобретает параметр цикла i от своего начального значения 1 до конечного N с шагом 1. Обычно шаг не указывается, если он равен 1.
При разработке блок-схемы допускается делать любые записи внутри блоков, однако эти записи должны содержать достаточно информации для выполнения очередных действий.
Линейный алгоритм– это алгоритм, в котором блоки выполняются последовательно сверху вниз от начала до конца.
На рис. 7 приведен пример блок-схемы алгоритма вычисления периметра Р и площади S квадрата со стороной длины A.
Блок-схема алгоритма состоит из шести блоков. Выполнение алгоритма начинается с блока 1 "Начало". Этот блок символизирует включение автомата, настройку его на выполнение алгоритма и выделение памяти под все переменные, которые задействованы в алгоритме. В алгоритме рис. 7 таких переменных три: A, Р, S. Следовательно, под каждую из них алгоритмом будет выделено по одной ячейке памяти. На этом блок 1 будет отработан.
Как видно из рис.7, блок 1 связан вертикальной линией потока с блоком 2. Эта линия не имеет стрелки, указывавшей направление потока. Следовательно, этот поток направлен вниз. Таким образом, после выполнения блока 1 управление будет передано на блок 2. Блок 2 "Перфокарта" (см. табл. 1) показывает, что переменной A следует присвоить значение. Это означает, что в ячейку, отведенную автоматом под эту переменную, нужно поместить константу. На реальном компьютере эта константа может быть введена самыми разными способами. Способ зависит от того, как запрограммирован данный фрагмент. Можно, например, потребовать ввод константы с клавиатура или получить его из заранее подготовленного файла. Возможно, эта константа будет получена через внешние источники данных, например, от физической установки, подключенной к компьютеру.
Для данного примера способ передачи константы не имеет значения, важно лишь то, что при выполнении блока 2 в ячейку с адресом А будет занесена конкретная константа. Пусть такой константой является число 5.
Далее управление по линии потока передается к блоку 3 "Процесс". В этом блоке при выполнении размещенной в ней команды число 4 умножается на константу, помещенную в ячейку А (т. е. 5), и результат (т. е. 20) присваивается переменной Р (т. е. константа 20 записывается в ячейку по адресу Р). После выполнения этих операций управление передается к блоку 4.
В блоке 4 аналогичным образом производится умножение значений переменной А и результат (константа 25) присваивается переменной S (в ячейку по адресу S будет занесена константа 25). После этого выполняется переход к блоку 5.
При выполнении команд блока 5 выводятся (например, на экран, бумагу, во внешний файл и т. д.) значения переменных А, Р, S, которые сохранились в соответствующих ячейках к этому моменту. Понятно, что для конкретного примера А = 5 будут выведена константы 5, 20, 25, т. е. длина сторона квадрата, его периметр и площадь. Далее управление передается последнему блоку 6.
В блоке б “Конец” производится освобождение ячеек памяти, которые были зарезервированы под переменные А, P, S, и алгоритм заканчивает работу.
Понятно, что при новом запуске этого же алгоритма можно получить совсем другие числа. Так, если в блоке 2 переменной А присвоить значение 20, то алгоритм выдаст в блоке 5 константы 20, 80, 400.
