Этапы решения задачи на ЭВМ. Понятие алгоритма

Этапы решения задачи на ЭВМ
Программирование (programming) - теоретическая и практическая деятельность, связанная с
созданием программ. Решение задач на компьютере включает в себя следующие основные этапы,
часть из которых осуществляется без участия компьютера.
1. Постановка задачи:
• сбор информации о задаче;
• формулировка условия задачи;
• определение конечных целей решения задачи;
• определение формы выдачи результатов;
• описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т. п.).
2. Анализ и исследование задачи, модели:
• анализ существующих аналогов;
• анализ технических и программных средств;
• разработка математической модели;
• разработка структур данных.
3. Разработка алгоритма:
• выбор метода проектирования алгоритма;
• выбор формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.);
• выбор тестов и метода тестирования;
• проектирование алгоритма.
4. Программирование:
• выбор языка программирования;
• уточнение способов организации данных;
• запись алгоритма на выбранном языке
• программирования.
5. Тестирование и отладка:
• синтаксическая отладка;
• отладка семантики и логической структуры;
• тестовые расчеты и анализ результатов тестирования;
• совершенствование программы.
6. Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической
модели с повторным выполнением этапов 2-5.
7. Сопровождение программы:
• доработка программы для решения конкретных задач;
• составление документации к решенной задаче, к математической модели, к алгоритму,
к программе, к набору тестов, к использованию.
Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых
приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.
Вы постоянно сталкиваетесь с этим понятием в различных сферах деятельности человека
(кулинарные книги, инструкции по использованию различных приборов, правила решения
математических задач...). Обычно мы выполняем привычные действия не задумываясь, механически.
Например, вы хорошо знаете, как открывать ключом дверь. Однако, чтобы научить этому малыша,
придется четко разъяснить и сами эти действия и порядок их выполнения:
1. Достать ключ из кармана.
2. Вставить ключ в замочную скважину.
3. Повернуть ключ два раза против часовой стрелки.
4. Вынуть ключ.
Данные и величины. Совокупность величин, с которыми работает компьютер, принято называть
данными. По отношению к программе данные делятся на исходные, результаты (окончательные
данные) и промежуточные (рис. 1), которые получаются в процессе вычислений.
Например, при решении квадратного уравнения ax2 + bx + с = 0 исходными данными являются
коэффициенты а, b, с, результатами — корни уравнения х1, х2, промежуточным данным —
дискриминант уравнения D = b2 — 4aс.
Для успешного освоения программирования необходимо усвоить следующее правило: всякая
величина занимает свое определенное место в памяти ЭВМ (иногда говорят — ячейку памяти). Хотя
термин «ячейка» с точки зрения архитектуры современных ЭВМ несколько устарел, однако в учебных
целях его удобно использовать.
У всякой величины имеются три основных свойства: имя, значение и тип. На уровне команд
процессора величина идентифицируется при помощи адреса ячейки памяти, в которой она хранится.
В алгоритмах и языках программирования величины делятся на константы и переменные
Исполнителя характеризуют:
 среда;
 элементарные действия;
 система команд;
 отказы.
Среда (или обстановка) - это «место обитания» исполнителя.
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.
После вызова команды исполнитель совершает соответствующее элементарное действие.
Отказы исполнителя возникают, если команда вызывается при недопустимом для нее состоянии
среды.
Исполнитель ничего не знает о цели алгоритма. Он выполняет все полученные команды, не
задавая вопросов «почему» и «зачем».
Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов.
Рассмотрим процесс управления информационным процессом, в котором в качестве
управляемого объекта выбран текст. Другими словами, рассмотрим информационный процесс,
связанный
с
редактированием
(изменением
состояния)
текста.
Во-первых, для того, чтобы преобразовать текст, должен существовать кто-то или что-то, который эти
преобразования выполняет. Иными словами, необходим исполнитель этих преобразований.
Во-вторых, процесс преобразования текста необходимо разбить на отдельные операции, которые
должны быть записаны в виде отдельных команд исполнителю. Каждый исполнитель обладает
определенным набором, системой команд, которые он может выполнить. В процессе редактирования
текста возможны различные операции: удаление, копирование, перемещение или замена его
фрагментов. Исполнитель редактирования текста должен быть в состоянии выполнить эти операции.
В-третьих, должно быть определено начальное состояние объекта, в данном случае текста, и его
требуемое конечное
состояние (цель
преобразования).
Будем говорить, что информационный процесс, обладающий всеми перечисленными выше
свойствами, называется алгоритмом. Исполнитель может выполнить алгоритм, если команды
алгоритма
входят
в
систему
команд
исполнителя.
Например: пользователю необходимо отредактировать текст следующим образом:
Выделить символы с 1 по 15.
Вырезать этот фрагмент и поместить его в буфер.
Установить курсор на позицию после 7-го символа.
Вставить вырезанный фрагмент текста.
Этот алгоритм пользователь может выполнять формально. Пользователь в процессе выполнения
алгоритма на компьютере будет нажимать клавиши клавиатуры, а при работе с графическим
интерфейсом с помощью мыши активизировать те или иные кнопки, пункты меню и т.д. Фактически
пользователь
будет
давать
команды
объектам
программной
среды Windows
или
Office, которые и будут исполнителями алгоритма.
Алгоритмические языки программирования. Представление информационного процесса в
форме алгоритма позволяет поручить его автоматическое исполнение различным техническим
устройствам, среди которых особое место занимает компьютер. При этом говорят, что компьютер
исполняет программу (последовательность команд), реализующую алгоритм на каком-либо языке
программирования.