Алгоритм. Свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов

Сегодня на уроке мы вспомним:

· что такое алгоритм;

· какими основными свойствами должен обладать алгоритм;

· какими способами можно записать алгоритм.

Как мы помним, одним из основных понятий информатики является алгоритм.

Алгоритм – это строго определённая последовательность действий для некоторого исполнителя, которая приводит к поставленной цели или заданному результату за конечное число шагов.

Каждый алгоритм составляется для конкретного исполнителя с учётом его возможностей. Исполнитель – это субъект, способный исполнять некоторый набор команд. Это может быть как человек, животное, так и техническое устройство.

Совокупность команд, которые может понять и выполнить исполнитель, называют системой команд исполнителя.

Чтобы выполнить алгоритм, исполнителю необходимо применить его к решению определённой задачи. Таким образом, исполнитель выполняет запланированные действия по отношению к конкретным входным данным. Входные (или исходные) данные – это данные, которые заданы до начала алгоритма.

В результате выполнения некоторого алгоритма получается искомый результат – это данные, который исполнитель выдаёт как результат выполненной работы. Такие данные называются выходными.

Также бывают данные, которые исполнитель может создавать и использовать во время выполнения алгоритма, но которые не являются ни входными, ни выходными данными – это промежуточные данные.

Давайте вспомним, какими важными свойствами должен обладать алгоритм.

Дискретность. Решение задачи должно быть разбито на последовательные отдельные шаги, то есть простые действия, которые выполняются один за другим в определённом порядке. Каждый шаг называется командой, или инструкцией. Только после завершения одной команды возможен переход к выполнению следующей инструкции.

Конечность. Исполнение алгоритма должно завершиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен результат.

Понятность. Исполнитель должен понимать каждую команду алгоритма. В алгоритме должны быть только те команды, которые входят в систему команд его исполнителя.

Определённость, или детерминированность. Каждая команда алгоритма должна быть определена точно и однозначно. Однозначно должно быть определено и то, какая команда будет выполняться на следующем шаге. Результат выполнения любого шага не должен быть зависим от какой-либо дополнительной информации. Исполнитель не должен принимать самостоятельные решения, то есть он выполняет действия, не вникая в смысл. Благодаря этому любой исполнитель, у которого есть необходимая система команд, получит один и тот же результат на основании одних и тех же входных данных, выполняя один и тот же ряд команд.

Массовость. Алгоритм может быть предназначен для решения не одной определённой задачи, а целого класса задач, который определяет диапазон возможных данных.

Так как мы вспомнили основные свойства алгоритма, то выразим более точное определение алгоритма.

Алгоритм – это строго определённая последовательность действий для некоторого исполнителя, которая приводит к поставленной цели или заданному результату за конечное число шагов, при этом обладает свойствами дискретности, конечности, понятности, определённости и массовости.

Вспомним способы записи алгоритмов:

Словесная запись. Самая простая форма записи в виде набора высказываний на естественном языке. В данном случае алгоритм записывается в виде последовательно пронумерованных команд, каждая из которых представляет собой произвольное изложение действия.

Графическая запись. Обладает наилучшей наглядностью. Самой распространённой формой графической записи алгоритмов является блок-схема.

Алгоритмические языки. Для записи алгоритма используется специальная система обозначений.

Словесная запись алгоритмов имеет свои недостатки. Она многословна. Трудно представить сложные задачи в такой форме. Так как словесные описания строго не формализуемы, то может быть нарушено свойство определённости алгоритма: исполнитель при исполнении может не так понять описание шага алгоритма.

Блок-схема – это графический документ, который даёт представление о порядке работы алгоритма. Блок-схема состоит из последовательно связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. Определённые геометрические фигуры блока соответствуют конкретному типу действия. Определяют очерёдность выполнения действия линии связи, которые соединяют блоки. Стандартно блоки соединяются сверху вниз и слева направо. Направленные линии, то есть стрелки, используют, если последовательность блоков должна быть иной.

Давайте вспомним внешний вид блоков и их назначение.

Функциональный блок. Также называется операторный блок, блок обработки данных, или процесс. Он служит для указания шага алгоритма. Внутри прямоугольника записывается одна или несколько команд, которые должны быть выполнены. В блок входит одна направленная линия связи, и выходит также одна линия связи.

Альтернативный (условный) блок, или условие. Предназначен для указания выбора одного из двух возможных действий. Внутри ромба записывают условие выбора. Это может быть вопрос или сравнение. Условием может быть выражение, для которого возможно только одно из двух значений – «истина» или «ложь». В ромб входит только одна линия, но из ромба выходит две направление линии, которые подписывают как «Да» и «Нет». Соответственно, если выражение в условии принимает значение «истина», то управление будет передано по стрелке «Да», в ином случае – по стрелке «Нет».

Блок начала/конца алгоритма. Таким блоком начинают блок-схему алгоритма и заканчивают. Из начального блока выходит одна линия связи. В конечный блок входит одна линия связи.

Блок ввода/вывода, или блок данных. В данном блоке перечисляются величины, значения которых должны быть введены (исходные данных) или выведены (выходные данные). В блок входит одна линия, и из блока выходит одна линия.

Блок цикла. Служит для организации циклического процесса с параметром. Количество итераций (повторений) цикла и шаг изменения параметра должны быть известны. Внутри блока записывают через запятую начальное значение параметра цикла, конечное значение и, конечно же, шаг его изменения.

Блок предопределённого процесса, или подпрограммы. Предназначен для указания обращения к отдельным модулям, вспомогательным алгоритмам и библиотечным подпрограммам.

Блок печати. Служит для указания вывода результатов на печать.

Комментарии. Используются для добавления пояснения, что делает блок-схему ещё более понятной.

Алгоритмические языки – это искусственные языки, которые предназначены для записи алгоритмов. С помощью таких языков можно представить алгоритм в виде текста, который составляется по определённым правилам и с применением специальных служебных слов. Количество служебных слов ограничено. Каждое такое слово имеет определённый смысл, назначение и способ применения. Обычно служебные слова при записи алгоритма выделены, чтобы их сразу можно было распознать.

Для разных алгоритмических языков характерны свои:

· алфавит – это набор используемых символов;

· синтаксис – это система правил, по которым образуются правильные конструкции языка из символов алфавита;

· семантика – система правил, которая строго определяет смысл и способ применения конструкций языка.

Алгоритмический язык, конструкции которого однозначно преобразуются в команды для компьютера, называется языком программирования. Текст алгоритма, записанный на языке программирования, называется программой.

Класс алгоритмических языков большой. Чаще всего при изучении информатики используют псевдокод. Псевдокод – это учебный алгоритмический язык. Он занимает промежуточное положение между естественным языком и языками программирования. Для записи алгоритмов на псевдокоде используют ограниченное количество служебных слов. Служебные слова, конструкции и правила записи алгоритма очень схожи с теми, что используют во многих языках программирования, что упрощает в дальнейшем изучение языков программирования.

Давайте вспомним категории школьного алгоритмического языка и какие основные служебные слова к ним относятся:

А теперь вспомним структуру алгоритма.

Алгоритм на алгоритмическом языке представляется в виде двух частей: заголовка и тела алгоритма. В заголовок входят: название алгоритма и описание переменных, которые используются в нём. Тело алгоритма содержит последовательность команд алгоритма.

Как мы помним, общий вид записи алгоритма на псевдокоде может выглядеть так:

В начале записывают служебное слово алг и указывают название алгоритма. После в круглых скобках указывают какие переменные являются аргументами алгоритма, то есть входными данными, а какие – его результатами (выходными данными). Для этого после служебного слова арг записывают список имён переменных-аргументов, а затем после служебного слова рез указывают список имён переменных-результатов. Обязательно указывается тип каждой переменной, если у нескольких переменных один и тот же тип, то они записываются через запятую.

Между служебными словами нач и кон размещают тело алгоритма – последовательность команд, которые записывают одну за другой в отдельных строках. Если команды записывают рядом, то их разделяют точкой с запятой. При необходимости использования промежуточных переменных описание их приводится рядом со словом нач.

В конце урока попробуйте ответить на следующие вопросы:

Что такое алгоритм?

Перечислите, какими свойствами должен обладать алгоритм.

Что такое блок-схема?

После служебного слова алг записывается последовательность команд алгоритма?

Внимательно посмотрев урок, вам не составит труда ответить на вопросы.