Запись основных алгоритмических конструкций в среде Лого Миры и их использование для решения вычислительных задач

2.2. Запись основных алгоритмических конструкций в среде Лого Миры и их использование для решения вычислительных задач

Понятие алгоритма

Понятие алгоритма такое же основополагающее для информатики, как и понятие информации. Именно поэтому важно в нем разобраться.

В математике для решения типовых задач используются определенные правила, описывающие последовательности действий. Например, правила сложения дробных чисел, решения квадратных уравнений и т. д. Обычно любые инструкции и правила представляют собой последовательность действий, которые необходимо выполнить в определенном порядке. Для решения задачи надо знать, что дано, что следует получить и какие действия и в каком порядке следует для этого выполнить. Предписание, определяющее порядок выполнения действий над данными с целью получения искомых результатов, и есть алгоритм.

Алгоритм — заранее заданное понятное и точное предписание возможному исполнителю совершить определенную последовательность действий для получения решения задачи за конечное число шагов.

Понятие алгоритма является не только одним из главных понятий информатики, но одним из главных понятий современной науки. Более того, с наступлением эры информатики алгоритмы становятся одним из важнейших факторов цивилизации [56].

Исполнитель алгоритма

Исполнитель алгоритма — это некоторая абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, способная выполнить действия, предписываемые алгоритмом.

Исполнителя характеризуют:

·     среда;

·     элементарные действия;

·     система команд;

·     отказы.

Среда (или обстановка) — это "место обитания" исполнителя. Например, для исполнителя Черепашка среда — это бесконечное поле. Края поля тоже часть среды, а их расположение и положение самой Черепашки задают конкретное состояние среды.

Система команд. Каждый исполнитель может выполнять команды только из некоторого строго заданного списка — системы команд исполнителя. Для каждой команды должны быть заданы условия применимости (в каких состояниях среды может быть выполнена команда) и описаны результаты выполнения команды. Например, команда Черепашки "ВПЕРЕД" может быть выполнена, если рядом с Черепашкой нет края поля. Ее результат — смещение Черепашка на один шаг вперед.

После вызова команды исполнитель совершает соответствующее элементарное действие.

Отказы исполнителя возникают, если команда вызывается при недопустимом для нее состоянии среды.

В информатике универсальным исполнителем алгоритмов является компьютер.

Свойства алгоритма

Основные свойства алгоритмов:

Понятность — исполнитель алгоритма должен понимать, как его выполнять. Иными словами, имея алгоритм и произвольный вариант исходных данных, исполнитель должен знать, как надо действовать для выполнения этого алгоритма.

Дискретность (прерывность, раздельность) — алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов (этапов).

Определенность — каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

Результативность (или конечность) состоит в том, что 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 означает, что алгоритм решения задачи разрабатывается в общем, виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма. [Светозарова Г.И., Мельников А.А., Козловский А.В.]

Способы записи алгоритмов

На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:

·     словесная (запись на естественном языке);

·     графическая (изображения из графических символов);

·     программная (тексты на языках программирования).

Словесный способ записи алгоритмов

Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

Например. Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел (алгоритм Эвклида). [диплом стр.21]

Алгоритм может быть следующим:

1.   задать два числа;

2.   если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;

3.   определить большее из чисел;

4.   заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;

5.   повторить алгоритм с шага 2.

Словесный способ не имеет широкого распространения, так как такие описания.

Графический способ записи алгоритмов

Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным.

При графическом представлении алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

Такое графическое представление называется схемой алгоритма или блок-схемой. В блок-схеме каждому типу действий (вводу исходных данных, вычислению значений выражений, проверке условий, управлению повторением действий, окончанию обработки и т.п.) соответствует геометрическая фигура, представленная в виде блока. Блоки соединяются линиями переходов, определяющими очередность выполнения действий. В таблице приведены наиболее часто употребляемые символы.

Обозначение и пример заполнения	Пояснение
	Вычислительное действие или последовательность действий
	Проверка условий
	Начало цикла
	Вычисления по подпрограмме, стандартной подпрограмме
	Ввод-вывод в общем виде
	Начало, конец алгоритма, вход и выход в подпрограмму
	Вывод результатов на печать

 
Базовые алгоритмические структуры

Алгоритмы можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е. основных) элементов. Естественно, что при таком подходе к алгоритмам изучение основных принципов их конструирования должно начинаться с изучения этих базовых элементов.

Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур: следование, цикл, ветвление.

Характерной особенностью базовых структур является наличие в них одного входа и одного выхода.