§ 8. Алгоритмы и исполнители
Вспомним некоторые понятия, с которыми вы познакомились в 6-м классе.
Алгоритм — понятная и конечная последовательность точных действий (команд), формальное выполнение которых позволяет получить решение поставленной задачи.
Исполнитель алгоритма — человек (группа людей) или техническое устройство, которые понимают команды алгоритма и умеют правильно их выполнять.
Система команд исполнителя — команды, которые понимает и может выполнить исполнитель.
Любой исполнитель имеет ограниченную систему команд. Все команды исполнителя можно разделить на группы:
- 1) команды, которые непосредственно выполняет исполнитель;
- 2) команды, меняющие порядок выполнения команд исполнителя.
Компьютер является универсальным исполнителем.
Запись алгоритма в виде последовательности команд, которую может выполнить компьютер, называют программой.
Существуют следующие способы представления алгоритмов:
- словесный (описание алгоритма средствами естественного языка с точной и конкретной формулировкой фраз);
- графический (блок-схема) (графическое изображение команд алгоритма с использованием геометрических фигур, или блоков, и стрелок, соединяющих эти блоки и указывающих на порядок выполнения команд);
- программный (запись алгоритма в виде программы).
(Схематически данные способы представлены в примере 8.1.)
Что такое «Исполнитель алгоритма»?
Исполнитель алгоритма — это некоторая абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, способная выполнить действия, предписываемые алгоритмом.
- сpеда;
- элементаpные действия;
- cистема команд;
- отказы.
Сpеда (или обстановка) — это «место обитания» исполнителя. Напpимеp, для исполнителя Pобота из школьного учебника [1] сpеда — это бесконечное клеточное поле. Стены и закpашенные клетки тоже часть сpеды. А их pасположение и положение самого Pабота задают конкpетное состояние среды.
Система команд . Каждый исполнитель может выполнять команды только из некотоpого стpого заданного списка — системы команд исполнителя. Для каждой команды должны быть заданы условия пpименимости (в каких состояниях сpеды может быть выполнена команда) и описаны pезультаты выполнения команды. Напpимеp, команда Pабота «ввеpх» может быть выполнена, если выше Pабота нет стены. Ее pезультат — смещение Pабота на одну клетку ввеpх.
После вызова команды исполнитель совеpшает соответствующее элементаpное действие.
Отказы исполнителя возникают, если команда вызывается пpи недопустимом для нее состоянии сpеды.
Обычно исполнитель ничего не знает о цели алгоpитма. Он выполняет все полученные команды, не задавая вопросов «почему» и «зачем».
В информатике универсальным исполнителем алгоритмов является компьютер.
Графический способ описания алгоритмов
Для более наглядного представления алгоритма используется графический способ. Существует несколько способов графического описания алгоритмов. Наиболее широко используемым на практике графическим описанием алгоритмов является использование блок-схем. Несомненное достоинство блок схем – наглядность и простота записи алгоритма.
Каждому действию алгоритма соответствует геометрическая фигура (блочный символ). Перечень наиболее часто употребляемых символов приведен в таблице:
| Название символа | Обозначение и пример заполнения |
Пояснения |
| Пуск-останов | Начало, завершение алгоритма или подпрограммы | |
| Ввод-вывод данных | Ввод исходных данных или вывод результатов | |
| Процесс | Внутри прямоугольника записывается действие, например, расчетная формула | |
| Решение |   |
Организация цикла |
| Предопределенный процесс | Использование ранее созданных подпрограмм | |
| Комментарий | Пояснения |
- блок Процесс обозначает вычислительный процесс и применяется для обозначения действия или последовательности действий, изменяющих значения переменных или данных
- блок Решение обозначает проверку условия
Если условие выполняется, то есть a>b, то следующим выполняется действие по стрелке «Да». Если условие не выполняется, то осуществляется переход по стрелке «Нет».
- блок Модификация используется для организации циклических (повторяющихся) действий.
- блок Предопределенный процесс используется для указания обращений к ранее созданным алгоритмам и программам, в том числе и библиотечным подпрограммам.
- блок Ввод-Вывод. При решении задачи на компьютере ввод исходных данных может осуществляться различными способами, например, с клавиатуры, с жесткого диска, с флэш-карты т. д. Задание численных значений исходных данных называется вводом, а отображение результатов расчета на экране монитора или с помощью принтера на бумаге – выводом. Если ввод-вывод не привязан к конкретному устройству, то обозначается параллелограммом. Если необходимо указать конкретное устройство ввода или вывода, то используются специальные геометрические фигуры.
В качестве примера графического способа описания алгоритмов с помощью блок-схем запишем алгоритм нахождения площади прямоугольника:
Внутри каждого блока записывается соответствующее действие. Последовательность выполнения задается соединительной линией со стрелочкой.
Последовательность выполнения сверху вниз и слева направо принята за основную.
Если в алгоритме не нарушается основная последовательность, то стрелочки можно не указывать. В остальных случаях последовательность выполнения блоков обозначается стрелочкой обязательно. В нашем примере основная последовательность выполнения – сверху вниз.
Формы записи алгоритма
На практике наиболее распространены следующие формы представления 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 ).
Алгоритм может быть следующим:
задать два числа;
если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;
определить большее из чисел;
заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;
повторить алгоритм с шага 2.
Описанный алгоритм применим к любым натуральным числам и должен приводить к решению поставленной задачи. Убедитесь в этом самостоятельно, определив с помощью этого алгоритма наибольший общий делитель чисел 125 и 75.
125-75 = 50; а=50, б=75
НОД=25; 125/25=5, 75/25=3
Словесный способ не имеет широкого распространения, так как имеет ряд недостатков.
Недостатки словесного способа
словесный алгоритм строго не формализуем;
создается многословность записи;
допускается неоднозначность толкования отдельных предписаний.
САМОЕ ГЛАВНОЕ
Существуют различные способы записи алгоритмов: словесное описание, построчная запись, блок-схемы, школьный алгоритмический язык и др. Каждый из этих способов обладает своими достоинствами и недостатками.
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?
2. Каковы основные способы записи алгоритмов?
3. Чем вызвано существование многих способов записи алгоритмов?
4. Дайте словесное описание алгоритма сложения двух обыкновенных дробей а/b и c/d.
5. Представьте в виде построчной записи алгоритм решения следующей задачи: «Имеются четыре арбуза различной массы. Как, пользуясь чашечными весами без гирь, путём не более пяти взвешиваний расположить их по возрастанию веса?».
6. Представьте с помощью блок-схемы алгоритм решения следующей задачи: «Из трёх монет одинакового достоинства одна фальшивая (более лёгкая). Как её найти с помощью одного взвешивания на чашечных весах без гирь?».
7. Запишите на алгоритмическом языке алгоритм построения окружности заданного радиуса r, проходящей через заданные точки А и В.
8. В среде КуМир запишите и выполните алгоритм переливаний (пример 4) для исполнителя Водолей.
9. Подготовьте краткую биографическую справку о Маркове А. А. (младшем).
Формульно-словесный способ
При использовании формульно-словесного способа инструкции задаются более чётко. Этот тот случай, когда словесные пояснения сопровождаются перечнем конкретных действий, плюс эти пояснения характеризуются наличием формальных символов и выражений (формул).
Для примера составим формульно-словесный алгоритм вычисления выражения: z=2∙x–(y+6): • вводим значения х и y; • находим сумму (y+6); • находим произведение (2∙x); • вычисляем z как разность уже полученных выше значений: z=2∙x–(y+6); • выводим z как результат вычисления выражения.
Это более компактный и лаконичный метод, он нагляднее, но всё же строго формальным не является.
Статьи к прочтению:
Введение в понятие алгоритма Понятие алгоритма Считается, что однозначного определения алгоритма нет, хотя в основном различные источники дают очень…
Алгоритм- это последовательность четких обозначенных предписаний, которые будучи применены к определенным имеющимся данным, обеспечиваю получение…
Отзывы
Буду очень благодарен за отзывы и предложения, так как они помогают мне скорректировать направление развития работы в области.
Отдельное волнение у меня есть по стилю и форматированию, используемым в статье (кавычки, абзацы, курсив). Напишите, пожалуйста, если у Вас есть замечания к ним. Можно личным сообщением.
