Основные этапы решения задач на компьютере

Процесс решения задач на компьютере - это совместная деятельность человека и ЭВМ. Этот процесс можно представить в виде нескольких последовательных этапов. На долю человека приходятся этапы, связанные с творческой деятельностью – постановкой, алгоритмизацией, программированием задач и анализом результатов, а на долю компьютера – этапы обработки информации в соответствии с разработанным алгоритмом.

Рассмотрим эти этапы на следующем примере: пусть требуется вычислить сумму двух целых чисел и вывести на экран видеомонитора результат.

Первый этап – постановка задачи. На этом этапе участвует человек, хорошо представляющий предметную область задачи. Он должен четко определить цель задачи, дать словесное описание содержания задачи и предложить общий подход к её решению. Для задачи вычисления суммы двух целых чисел человек, знающий, как складываются числа, может описать задачу следующим образом: ввести два целых числа, сложить их и вывести сумму в качестве результата решения задачи.

Второй этап – математическое или информационное моделирование. Цель этого этапа – создать такую математическую модель решаемой задачи, которая может быть реализована в компьютере. Существует целый ряд задач, где математическая постановка сводится к простому перечислению формул и логических условий. Этот этап тесно связан с первым этапом, и его можно отдельно рассматривать, однако возможно, что для полученной модели известны несколько методов решения, и тогда предстоит выбрать лучший. Для вышеописанной задачи данный этап сведется к следующему: введенные в компьютер числа запомним в памяти под именами А и В, затем вычислим значение суммы этих чисел по формуле А+В, и результат запомним в памяти под именем S.

Третий этап - алгоритмизация задачи. На основе математического описания необходимо разработать алгоритм решения.

Алгоритмом называется точное предписание, определяющее последовательность действий исполнителя, направленных на решение поставленной задачи. В роли исполнителей алгоритмов могут выступать роботы, компьютеры

Используются различные способы записи алгоритмов, Широко распространен словесный способ записи: это записи рецептов приготовления различных блюд в кулинарной книге, инструкции по использованию технических устройств, правила правописания и многие другие. Наглядно представляется алгоритм языком блок-схем:

.

	Выполнение действий

Например:

Составим блок схему для приведенной выше задачи:

Введем два числа, найдем их сумму и выведем на экран.

Свойства алгоритма

При составлении и записи алгоритма необходимо обеспечить, чтобы он обладал рядом свойств.

Однозначность алгоритма, под которой понимается единственность толкования исполнителем правил выполнения действий и порядка их выполнения. Чтобы алгоритм обладал этим свойством, он должен быть записан командами из системы команд исполнителя.

Для нашего примера исполнитель алгоритма должен понимать такую запись действий, как сложить числа А и В.

Конечность алгоритма – обязательность завершения каждого из действий, составляющих алгоритм, и завершимость

выполнения алгоритма в целом. Записанный на рисунке алгоритм обладает этим свойством, так как запись действий исполнителя завершается записью об окончании алгоритма.

Результативность алгоритма, предполагающая, что выполнение алгоритма должно завершиться получением определенных результатов. Алгоритм в нашем примере обладает этим свойством, так как для целых чисел А и В всегда будет вычислена сумма.

Массовость, то есть возможность применения данного алгоритма для решения целого класса задач, отвечающих общей постановке задачи. Так как алгоритм, показанный на рисунке, позволяет правильно подсчитать сумму не только чисел 2 и 3, но любой другой пары целых чисел, он обладает свойством массовости. Для того чтобы алгоритм обладал свойством массовости, следует составлять алгоритм, используя обозначения величин и избегая конкретных значений.

Правильность алгоритма, под которой понимается способность алгоритма давать правильные результаты решения поставленных задач. Представленный в примере алгоритм обладает свойством правильности, так как в нем использована правильная формула сложения целых чисел, и для любой пары чисел результат выполнения алгоритма будет равен их сумме.

Четвертый этап – программирование. Программой называется план действий, подлежащих выполнению некоторым исполнителем, в качестве которого может выступать компьютер. Составление программы обеспечивает возможность выполнения алгоритма и соответственно поставленной задачи исполнителем - компьютером. Во многих задачах при программировании на алгоритмическом языке часто пользуются заменой блока алгоритма на один лил несколько операторов, введением новых блоков, заменой одних блоков другими.

Пятый этап - ввод программы и исходных данных в ЭВМ. Программа и исходные данные вводятся в ЭВМ с клавиатуры с помощью редактора текстов, и для постоянного хранения осуществляется их запись на гибкий или жесткий магнитный диск.

Шестой этап - тестирование и отладка программы. На этом этапе происходят выполнение алгоритма с помощью ЭВМ, поиск и исключение ошибок. При этом программисту приходится выполнять рутинную работу по проверке работы программы, поиску и исключению ошибок, и поэтому для сложных программ этот часто требует гораздо больше временит и сил, чем написание первоначального текста программы..

Отладка программы - сложный и нестандартный процесс. Исходный план отладки заключается в том, чтобы оттестировать программу на контрольных примерах.

Контрольные примеры стремятся выбрать так, чтобы при работе с ними программа прошла все основные пути блок-схемы алгоритма, поскольку на каждом из путем могут быть свои ошибки, а детализация плана зависит от того, как поведет себя программа на этих примерах: на одном она может зациклиться (то есть бесконечно повторять одно и тоже действие) на другом - дать явно неверный или бессмысленный результат и так далее. Сложные программы отлаживают отдельными фрагментами.

Для повышения качества выполнения этого этапа используются специальные программы - отладчики, которые позволяют исполнить программу “по шагам” с наблюдением за изменением значений переменных, выражений и других объектов программы, с отслеживанием выполняемых операторов.

Седьмой этап - исполнение отлаженной программы и анализ результатов. На этом этапе программист запускает программу и задает исходные данные, требуемые по условию задачи.

Полученные в результате решения выходные данные анализируются постановщиком задачи, и на основании этого анализа вырабатываются соответствующие решения, рекомендации, выводы. Например, если при решении задач на компьютере результат сложения двух чисел 2 и 3 будет 4, то следует сделать вывод о том что надо изменить алгоритм и программу.

Возможно, что по итогам анализа результатов потребуются пересмотр самого подхода к решению задачи и возврат к первому этапу для повторного выполнения всех этапов с учетом приобретенного опыта. Таким образом, в процессе создания до тех пор, пока мы получим алгоритм и программу,. некоторые этапы программы будут повторяться удовлетворяющие показанным выше свойствам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Опишите как можно вызвать программу?

2. Что такое алгоритм? Каким свойствам должен он удовлетворять? Приведите пример словесного описания алгоритма и покажите, что он обладает указанными свойствами.

3. Какие вы знаете способы записи алгоритма? Приведите примеры алгоритмов, записанные разными способами: словесным, формулами, блок-схемами.

4. Составьте и запишите алгоритмы:

а) перехода улицы через переход, оборудованный светофором;

б) деления отрезка пополам с помощью циркуля и линейки;

в) вычисления скорости равномерного движения тела, если известны перемещение

время, за которое это перемещение совершилось.

Большинство программ создаются для решения какой-либо задачи на определенном языке. В процессе решения задачи на компьютере пользователю нужно ввести обрабатываемые данные, указать, как их обрабатывать, задать способ вывода полученных результатов. Поэтому как программист вы должны знать:

n как ввести информацию в память (ввод);

n как хранить информацию в памяти (данные);

n как указать правильные команды для обработки данных (операции);

n как передать обратно данные из программы пользователю (вывод).

Вы должны упорядочить команды таким образом, чтобы:

n некоторые из них выполнялись только в том случае, если соблюдается некоторое условие или ряд условий (условное выполнение);

n другие выполнялись повторно некоторое число раз (циклы);

n третьи выделялись в отдельные части, которые могут быть неоднократно выполнены в разных местах программы (подпрограммы).

Мы для этого познакомимся с языком программирования Паскаль.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: