Решение задач на компьютере. Этапы решения задачи на компьютере

Вы уже знаете, что компьютер был создан для решения задач и обработки данных. И наверняка задавались вполне логичным вопросом: «А как именно решить ту или иную задачу с помощью компьютера?».

Решение любой задачи с помощью компьютера можно разделить на пять основных этапов:

1.     Постановка задачи.

2.     Формализация задачи.

3.     Создание алгоритма.

4.     Программирование.

5.     Тестирование и отладка.

Постановка задачи. На этапе постановки задачи нужно понять условие задачи, выделить исходные и результирующие данные и понять отношения между ними. Проще говоря, нужно ответить на вопросы:

·      «Что нужно найти по условию задачи?»

·      «Что при этом дано?»

·      «Чем можно пользоваться при решении задачи?»

Формализация задачи. Во время этого этапа нужно записать описательную информационную модель, созданную на этапе постановки задачи, каким-либо формальным языком, например математическими формулами, и адаптировать эти формулы для решения данной задачи. То есть нам нужно записать при помощи формул соотношения между данными задачи и понять, при помощи каких формул можно найти результирующие данные из исходных. Иначе говоря, создать математическую модель, описывающую явление или объект, которые фигурируют в условии.

Как ясно из названия следующего этапа «Создание алгоритма», его результатом должен быть алгоритм или конкретная последовательность действий. Алгоритм создаётся на основании математической модели.

При создании алгоритма должны быть соблюдены два условия:

·      Созданный алгоритм должен быть конкретной последовательностью действий, которая приводит к получению результирующих данных из исходных.

·      Созданный алгоритм должен быть понятен человеку, который будет писать по нему программу.

Чаще всего алгоритм записывается в форме блок-схемы, потому что данная форма записи достаточно наглядна и универсальна.

Пример блок-схемы

На этапе программирования алгоритм записывается с помощью какого-нибудь языка программирования. То есть результатом работы на данном этапе должна быть программа. Мы будем писать программы на языке Pascal.

Пример программы на языке Pascal

На этапе тестирования и отладки проверяется, работает ли программа, если работает, то правильно ли. Проверяется отсутствие ошибок в программе. Ошибки делятся на синтаксические, которые связаны с нарушением правил записи программы на конкретном языке программирования, и логические, которые могут быть связаны с недостаточно точной математической моделью, недостаточно точным алгоритмом или же неточной записью алгоритма на языке программирования. Синтаксические ошибки находятся при помощи программных средств, а логические ошибки находятся с помощью тестов.

Тест – это набор конкретных значений исходных данных, при которых известен ожидаемый результат работы программы.

Если результаты работы программы соответствуют ожидаемым – значит задача решена, иначе – на одном из этапов допущена логическая ошибка. Например недостаточно точно сформулирована математическая модель. А так как все этапы связаны между собой – это повлекло неточности при создании алгоритма и программировании. Чтобы исправить ошибку возвращаются к этапу формализации задачи и уточняют математическую модель, после чего вносят правки в алгоритм и программу. Далее программа снова отлаживается и тестируется. Так происходит до тех пор, пока программа не будет соответствовать всем требованиям.

Обратим внимание на то, что этапы постановки и формализации задачи могут требовать наличия некоторых знаний из предметной области задачи. Например, если наша задача из области авиастроения – то без знаний из этой области мы не сможем узнать отношений между исходными и результирующими данными, а тем более записать их в виде формул.

Этапы создания алгоритма и программирования требуют наличия знаний по программированию. Так как на третьем этапе определяется каким образом будет решаться та или иная подзадача. А от этого зависит скорость работы программы, и количество потребляемых ею ресурсов системы, например оперативной памяти. На четвёртом этапе записать алгоритм тоже можно различными способами.

На этапе тестирования и отладки требуются как знания по предметной области, так и некоторое знание основ программирования. Так как без знаний в предметной области мы не можем знать результирующих данных в тестах, а без знаний в программировании мы не сможем отыскать ошибки и составить наиболее полный набор тестов, учитывающий все частные случаи и исключения.

Таким образом, решение задачи с помощью компьютера можно изобразить в виде схемы. На этапе постановки задачи ставиться её условие, а результатом работы на данном этапе будут исходные и результирующие данные, которые, в свою очередь, поступают на этап «Формализации задачи». На данном этапе составляется математическая модель, по ней составляют алгоритм, который записывают в одной из форм. По алгоритму составляется программа, которая отлаживается и тестируется. Если программа работает неправильно, процесс решения возвращается к одному из предыдущих этапов, а если правильно – задача решена.

Схема решения задачи с помощью компьютера

Важно запомнить:

Решение задач с помощью компьютера включает в себя:

1.     Постановку задачи.

2.     Формализацию задачи.

3.     Создание алгоритма.

4.     Программирование.

5.     Тестирование и отладку.

Все этапы решения задачи связаны между собой.