Практическая
раборта № 1
Построение
блок-схем алгоритмов(теория)
Предпочтительнее
до записи на алгоритмическом языке представить алгоритм в виде блок-схемы. Для
построения алгоритма в виде блок-схемы необходимо знать назначении каждого из
блоков. В таблице 1. приводятся типы блоков и их назначение.
Таблица 1
№ |
Блок |
Назначение |
1 |
|
Начало блок-схемы |
2 |
|
Ввод |
3 |
|
Процесс |
4 |
|
условие |
6 |
|
Цикл |
Основные
типы алгоритмов
Алгоритмизация выступает как набор
определенных практических приёмов, особых специфических навыков рационального
мышления в рамках заданных языковых средств. Алгоритмизация вычислений
предполагает решение задачи в виде последовательности действий, т.е. решение,
представленное в виде блок-схемы. Можно выделить типичные алгоритмы. К ним
относятся: линейные алгоритмы, разветвляющиеся алгоритмы, циклические
алгоритмы.
Линейные алгоритмы
Линейный алгоритм является наиболее
простым. В нём предполагается последовательное выполнение операций. В этом
алгоритме не предусмотрены проверки условий или повторений.
Пример: Вычислить функцию z=
(х-у)/x +y2.
Составить блок-схему вычисления функции по
линейному алгоритму. Значения переменных х, у могут быть
любые, кроме нуля, вводить их с клавиатуры.
Решение: Линейный алгоритм вычисления
функции задан в виде блок-схемы на рис.1. При выполнении линейного алгоритма
значения переменных вводятся с клавиатуры, подставляются в заданную функцию,
вычисляется результат, а затем выводится результат.
Рис.1. Линейный алгоритм
Назначение блоков в схеме на
рис.1:
·
Блок 1 в схеме служит в качестве
логического начала.
·
Блок 2 соответствует вводу данных.
·
Блок 3 представляет арифметическое
действие.
·
Блок 4 выводит результат.
·
Блок 5 в схеме служит в качестве
логического завершения схемы.
Алгоритмы ветвлений
Разветвляющийся алгоритм предполагает
проверку условий для выбора решения. Соответственно в алгоритме появятся две
ветви для каждого условия.
В
примере рассматривается разветвляющийся алгоритм, где в зависимости от условия
выбирается один из возможных вариантов решений. Алгоритм представляется в виде
блок-схемы.
Пример:
При выполнении условия x>0
вычисляется функция: z=
x+
y,
иначе, а именно, когда х=0 или x<0,
вычисляется функция: z=x2+y2.
Составить
блок-схему вычисления функции по алгоритму ветвления. Значения переменных х,
у могут быть любые, вводить их с клавиатуры.
Решение:
На рис.2 представлен разветвляющийся алгоритм, где в зависимости от условия
выполнится одна из веток. В блок-схеме появился новый блок 3, который проверяет
условие задачи. Остальные блоки знакомы из линейного алгоритма.
Рис.2. Алгоритм ветвления
Пример: Найти максимальное значение
из трёх различных целых чисел, введенных с клавиатуры. Составить блок-схему
решения задачи.
Решение: Данный алгоритм
предполагает проверку условия. Для этого выбирается любая из трёх переменных и
сравнивается с другими двумя. Если она больше, то поиск максимального числа
окончен. Если условие не выполняется, то сравниваются две оставшиеся
переменные. Одна из них будет максимальной. Блок-схема к этой задаче
представлена на рис 3.
Рис. 3. Блок-схема поиска максимума
Циклические алгоритмы
Циклический алгоритм предусматривает
повторение одной операции или нескольких операций в зависимости от условия
задачи.
Из
циклических алгоритмов выделяют два типа:
1)
с заданным количеством циклов или со
счётчиком циклов;
2)
количество циклов неизвестно.
Пример:
В цикле вычислить значение функции z=x*y при условии, что одна из
переменных x
меняется в каждом цикле на единицу, а другая переменная у не
меняется и может быть любым целым числом. В результате выполнения цикла при
начальном значении переменной х=1 можно получить таблицу умножения.
Количество циклов может быть любым. Составить блок-схему решения задачи.
Решение:
В примере количество циклов задаётся. Соответственно выбирается алгоритм
циклов первого типа. Алгоритм этой задачи приводится на рис. 4.
Во
втором блоке вводятся количество циклов n и любые целые числа х,
y.
В
блок-схеме появился новый блок 3, в котором переменная i считает
количество циклов, после каждого цикла увеличиваясь на единицу, пока счётчик не
будет равен i=n. При i=n будет выполнен последний
цикл.
В
третьем блоке указывается диапазон изменения счётчика цикла (от i =1 до i=n).
В
четвёртом блоке изменяются значения переменных: z, x.
В
пятом блоке выводится результат. Четвёртый и пятый блоки повторяются в каждом
цикле.
Рис.4 . Циклический алгоритм со счётчиком
циклов
Этот
тип циклических алгоритмов предпочтителен, если дано количеством циклов.
Если количество циклов неизвестно, то
блок-схемы циклических алгоритмов могут быть представлены в виде рисунков 5, 6.
Пример:
Вычислить у=у-x
пока y>x,
если y=30,
x=4.
Подсчитать количество выполненных циклов, конечное значение переменной у.
В цикле вывести значение переменной у, количество выполненных
циклов. Составить блок-схему решения задачи.
Решение:
В примере количество циклов неизвестно. Соответственно выбирается алгоритм
циклов второго типа. Алгоритм этой задачи приводится на рис. 5.
Условие
проверяется на входе в цикл. В теле цикла выполняется два блока:
1)
у=у-х; i=i+1;
2)
вывод значений переменных i,
y.
Цикл
выполняется до тех пор, пока выполняется условие y>x. При условии
равенства этих переменных у=х или y<x цикл заканчивается.
Алгоритм,
представленный на рис.5, называется циклический алгоритм с предусловием,
так как условие проверяется в начале цикла или на входе в цикл.
Рис.5. Блок-схема
циклического алгоритма с предусловием
Во втором блоке вводятся y=30,
x=4.
В
третьем блоке проверяется условие y>x
на входе в цикл. Если условие выполняется, то переход к блоку 4, иначе на блок
6.
В
четвёртом блоке вычисляется значение переменной у, подсчитывается
количество выполненных циклов i=i+1.
В
пятом блоке выводится результат:
·
значение переменной у,
·
количество выполненных циклов i.
Пример:
Составить блок-схему примера (рисунок 5), проверяя условие выхода из цикла.
В этом примере условие задачи не меняется, и результат выведется тот же, но
блок-схема будет другой.
Решение:
В этом случае проверяется условие на выход из цикла: y<=x. При
этом условии цикл не выполняется. Условие в блок-схеме следует перенести в
конец цикла, после вывода на печать. Цикл выполняется до тех пор, пока
выполняется условие y>x.
Алгоритм,
если условие перенести в конец цикла, называется алгоритмом цикла с
постусловием. Алгоритм этой задачи приводится на рис. 6.
Во
втором блоке вводятся y=30,
x=4.
В
третьем блоке вычисляется значение переменной у, подсчитывается
количество выполненных циклов i=i+1.
В
четвёртом блоке выводится результат:
·
значение переменной у,
·
количество выполненных циклов i.
В
пятом блоке проверяется условие y<=x
на выход из цикла. Если условие выполняется, то переход к блоку 6, иначе на
блок 3 и цикл повторяется.
Рис.6 . Алгоритм цикла с
постусловием
Индивидуальные задания к работе:
1.
Найти
результат работы алгоритма:
Входные данные по вариантам
№ |
A |
B |
C |
D |
1 |
0 |
-1 |
-2 |
-3 |
2 |
1 |
0 |
-1 |
-2 |
3 |
2 |
1 |
0 |
-1 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
9 |
-3 |
7 |
6 |
5 |
10 |
-4 |
-3 |
7 |
6 |
11 |
-5 |
-4 |
-3 |
7 |
12 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
13 |
-7 |
-6 |
-5 |
-4 |
14 |
9 |
-7 |
-6 |
-5 |
15 |
8 |
7 |
-7 |
-6 |
16 |
5 |
5 |
8 |
-7 |
17 |
5 |
2 |
4 |
5 |
2. При
заданном Х условие выполнется? Написать результат вычисления и ответ попадаем в
условие или нет.
Входные данные по вариантам
№ |
X1 |
X1 |
1 |
55 |
12 |
2 |
85 |
13 |
3 |
24 |
17 |
4 |
65 |
15 |
5 |
17 |
54 |
6 |
15 |
67 |
7 |
26 |
3 |
8 |
27 |
21 |
9 |
92 |
34 |
10 |
12 |
23 |
11 |
45 |
22 |
12 |
66 |
45 |
13 |
71 |
46 |
14 |
13 |
76 |
15 |
45 |
67 |
16 |
53 |
35 |
17 |
52 |
23 |
3. Написать
результат выполнения алгоритма с указанными входными данными
Входные данные по вариантам
№ |
S |
1 |
1,5 |
2 |
1,8 |
3 |
2,4 |
4 |
1,6 |
5 |
1,7 |
6 |
1,3 |
7 |
2,6 |
8 |
2,37 |
9 |
1,92 |
10 |
1,12 |
11 |
1,45 |
12 |
2,66 |
13 |
2,71 |
14 |
2,13 |
15 |
1,45 |
16 |
2,53 |
17 |
1,52 |
4. Написать
результат выполнения алгоритма с указанными входными данными
Входные данные по вариантам
№ |
X |
1 |
-1 |
2 |
0 |
3 |
1 |
4 |
2 |
5 |
3 |
6 |
4 |
7 |
5 |
8 |
6 |
9 |
7 |
10 |
-3 |
11 |
-4 |
12 |
-5 |
13 |
-6 |
14 |
-7 |
15 |
7 |
16 |
5 |
17 |
2 |
5. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.
№ |
Задача |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
|
8 |
|
9 |
|
10 |
|
11 |
|
12 |
|
13 |
|
14 |
|
15 |
|
16 |
|
17 |
|
6. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.
№ |
Задача |
1 |
Дано двузначное число. |
2 |
Дано двузначное число. |
3 |
Дано двузначное число. |
4 |
Дано двузначное число. |
5 |
Дано двузначное число. |
6 |
Дано трехзначное число. |
7 |
Дано трехзначное число. |
8 |
Дано трехзначное число. |
9 |
Дано трехзначное число. |
10 |
Дано трехзначное число. |
11 |
Дано трехзначное число. |
12 |
Дано трехзначное число. |
13 |
Дано трехзначное число. |
14 |
Дано трехзначное число. |
15 |
Дано трехзначное число, |
16 |
Дано натуральное число |
17 |
Дано натуральное число |
7. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.
№ |
Задача |
1 |
Определить максимальное |
2 |
Известны два |
3 |
Известны две скорости: |
4 |
Даны радиус круга и |
5 |
Даны объемы и массы |
6 |
Известны сопротивления |
7 |
Даны вещественные числа |
8 |
Известны площади круга |
9 |
Известны площади круга |
10 |
Известны площади круга |
11 |
Известны площади круга |
12 |
Дано двузначное число. |
13 |
Дано двузначное число. |
14 |
Дано двузначное число. |
15 |
Дано двузначное число. Определить: |
16 |
Дано трехзначное число. |
17 |
Дано трехзначное число. |
8. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.
№ |
Задача |
1 |
Одна штука некоторого |
2 |
Напечатать таблицу |
3 |
Напечатать таблицу |
4 |
Напечатать таблицу |
5 |
Считая, что Земля — |
6 |
. Напечатать таблицу |
7 |
Напечатать таблицу |
8 |
Напечатать |
9 |
Напечатать таблицу |
10 |
Вывести |
11 |
. Вывести |
12 |
Вывести |
13 |
Вывести «столбиком» |
14 |
Напечатать таблицу |
15 |
Составить программу |
16 |
Напечатать таблицу |
17 |
Напечатать таблицу |
9. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.
№ |
Задача |
1 |
Даны числа а1, а2, |
2 |
Известна масса каждого |
3 |
. Известны оценки |
4 |
В ведомости указана |
5 |
Известна масса каждого |
6 |
Известно сопротивление |
7 |
Известно сопротивление |
8 |
Известны оценки по |
9 |
Известны оценки ученика |
10 |
Известны оценки по |
11 |
Известна масса каждого |
12 |
Известны оценки двух |
13 |
Известны результаты |
14 |
Известен возраст (в |
15 |
Известно количество |
16 |
Известен рост каждого |
17 |
Известны оценки по |
10. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.
№ |
Задача |
1 |
Дано натуральное число. |
2 |
Дано натуральное число. |
3 |
Дано натуральное число. |
4 |
Дано натуральное число. |
5 |
Дано натуральное число |
6 |
Дано натуральное число. |
7 |
Дано натуральное число. |
8 |
Дано натуральное число. |
9 |
Дано натуральное число. |
10 |
Дано натуральное число. |
11 |
Дано натуральное число. |
12 |
Дано натуральное число. |
13 |
Дано натуральное число. |
14 |
Дано натуральное число. |
15 |
Дано натуральное |
16 |
Дано натуральное число. |
17 |
Дано натуральное число. |
Примеры составления блок-схемы алгоритма
Пример 1.
Составить схему алгоритма вычисления
значения :
Для
начала для построения блок –схемы
алгоритма опишем последовательность
действий, необходимых для решения данной
задачи:
-
начало
-
ввод
чисел a,b -
вычисление
х -
вычисление
z -
вывод
результата -
конец
Исходя из этого
составляем блок-схему алгоритма согласно
ГОСТ, используя соответствующие блоки.
Пример
2. Составить
схему алгоритма вычисления значения:
x=a+b
при a>b,
x=a*b,
при a<=b.
Пример 3. Составить схему алгоритма вычисления значения:
Для начала для
построения блок –схемы алгоритма опишем
последовательность действий, необходимых
для решения данной задачи:
Исходя из этого
составляем блок-схему алгоритма согласно
ГОСТ, используя соответствующие блоки.
Порядок выполнения работы
-
Изучить
теоретические сведения по теме
”Построение блок-схем алгоритмов”. -
Получить
у преподавателя индивидуальное задание
и нарисовать блок-схему алгоритма
согласно заданному варианту. -
Ответить
на контрольные вопросы. -
Сформулировать
выводы.
Контрольные вопросы
-
Основные
этапы решения задач на компьютере. -
Свойства алгоритма.
Типы вычислительных процессов. -
Блок схемы. Понятие
и правила построения. -
Примеры построения
блок-схем алгоритмов.
Задание
№1: Разработайте
алгоритм и представьте его в графическом
виде (блок-схемы) для следующих задач:
Задание 1.1
Вычислить значение выражения при
заданных исходных данных.
Указание.
Для упрощения выражений введите
промежуточные переменные.
Сравнить полученное
значение с указанным правильным
результатом.
1.
При
x = 14.26;
y = – 1.22;
z = 3.5ответs
= 0.749155.
2.
При
x = –4.5; y = 0.75;
z = –0.845ответs
= –3.23765.
3.
При
x = 3.74;
y=–0.825; z = 0.16ответs
= 1.05534.
4.
При
x = 0.4;
y = –0.875; z = –0.475ответ
s = 1.98727.
5.
При
x = –15.246; y = 4.642;
z = 21 ответ
s = –182.038.
6.
При
x = 16.55;
y = –2.75; z = 0.15
ответ s
= –40.6307.
7.
При
x = 0.1722; y = 6.33; z = 3.25ответ
s = –205.306.
8.
При
x = –2.235;
y = 2.23; z = 15.221
ответ s
= 39.3741.
9.
При
x = 1.825;
y = 18.225; z = –3.298ответ
s = 1.21308.
10.
При
x = 3.981;
y = –1.625;
z = 0.512
ответ s
= 1.26185.
11.
При
x = 6.251; y = 0.827; z = 25.001
ответ
s = 0.712122.
12.
При
x
= 3.251; y
= 0.325; z
= 0.466
ответ s
= 4.23655.
13.
.
При
x
= 17.421; y
= 10.365;
z
= 0.828
ответ s
= 0.330564.
14.
.
При
x
= 12.3;
y
= 15.4; z
= 0.252
ответ s
= 82.8256.
15.
.
При
x
= 2.444; y
= 0.869;
z
= –0.13
ответ s
= –0.498707.
Задание
1.2 Вычислить
значение выражения при заданных исходных
данных. Предусмотреть вывод информации
о выбранной ветви вычислений.
1. |
|
2. |
|
3. |
|
4. |
|
5. |
|
6. |
|
7. |
|
8. |
|
9. |
|
10. |
|
11. |
|
12. |
|
13. |
|
14. |
|
15. |
|
Задание
1.3 Вывести
на экран таблицу значений функции Y(x)
и ее разложения в ряд S(x)
для x,
изменяющегося от a
до b
с шагом h
= (b –
a)/10,
табл. 1.
Таблица 1.
№ |
a |
b |
S(x) |
n |
Y(x) |
1 |
0.1 |
1 |
|
160 |
|
2 |
0.1 |
1 |
|
100 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
3 |
0.1 |
1 |
|
120 |
|
4 |
0.1 |
1 |
|
80 |
|
5 |
0.1 |
1 |
|
140 |
|
6 |
0.1 |
1 |
|
80 |
|
7 |
0.1 |
1 |
|
120 |
|
8 |
0.1 |
1 |
|
100 |
|
9 |
0.1 |
1 |
|
140 |
|
10 |
0.1 |
0.5 |
|
150 |
|
11 |
0.1 |
1 |
|
100 |
|
12 |
0.1 |
1 |
|
80 |
|
13 |
–2 |
–0.1 |
|
160 |
|
14 |
0.2 |
0.8 |
|
120 |
|
15 |
0.1 |
0.8 |
|
180 |
|
Задание
№2:
Решите представленные ниже задачи,
указав номер задачи и полученный ответ.
Задача
2.1
Определите
результаты работы блок-схемы алгоритма
при
Задача
2.2
Какие
значения примут t и k в
результате работы фрагмента блок-схемы
алгоритма?
Задача
2.3.
Определите
значения
элементов
массива А2,
А4,
А6,
А8
при N=8
в результате работы фрагмента алгоритма
Как обозначается функция в блок схеме
Содержание
- Справочник
- Правила оформления блок-схем
- Назначение блоков
- Содержание
- Основные элементы схем алгоритма [ править | править код ]
- Действие [ править | править код ]
- Данные (ввод/вывод) [ править | править код ]
- Предопределенный процесс (функция) [ править | править код ]
- Вопрос (условие или решение) [ править | править код ]
- Ограничитель [ править | править код ]
- Цикл [ править | править код ]
- Пример блок-схемы расчета факториала с использованием цикла [ править | править код ]
- Пример вложенных циклов [ править | править код ]
- Соединитель [ править | править код ]
- Разделение алгоритма на две части с использованием соединителей [ править | править код ]
- Комментарий [ править | править код ]
- Параллельные действия [ править | править код ]
- Представление алгоритмов в виде графов [ править | править код ]
- Критика [ править | править код ]
Справочник
Правила оформления блок-схем
Блок-схема является графическим представлением алгоритма решения задачи. Блок-схема никак не связана с каким-либо языком программирования. Таким образом все выражения в блоках блок-схемы записываются по правилам обычной математики.
В блок-схемах нельзя использовать элементы языка программирования.
- в качестве оператора присваивания в блок-схемах используется двухсимвольный знак «:=»
- в качестве оператора логического сравнения на равенство в блок-схемах используется одинарный символ знак «=»
- в качестве оператора логического сравнения «больше или равно» («меньше или равно») в блок-схемах используется одинарный символ » ≥ » ( » ≤ » )
- в качестве логических операторов используются слова AND , OR
- индексы у элементов массива указываются также, как в математических выражениях: aij .
- математические выражения записываются согласно всем правилам математики. Особенно это касается выражений с дробями, то есть формула должна записываться следующим образом
, а не x1=(-b-sqrt(b*b-4*a*c))/(2*a).
Назначение блоков
Наименование | Обозначение | Функция |
---|---|---|
Терминатор | Элемент отображает выход во внешнюю среду и вход из внешней среды (наиболее частое применение − начало и конец программы). Внутри фигуры записывается соответствующее действие. | |
Процесс | Выполнение одной или нескольких операций, обработка данных любого вида (изменение значения данных, формы представления, расположения). Внутри фигуры записывают непосредственно сами операции, например, операцию: a := 10 b + c |
Для вычисления суммы ряда в программе необходимо выполнить следующие действия:
- Описать переменные, которые будут использоваться для хранения текущего значения суммы, текущего значения счетчика элементов цикла, а также общего количества суммируемых элементов.
Примечание: это действие необходимо только для определения количества переменных, которые потребуются алгоритму и потому в блок-схеме эти действия никак не учитываются. - Получить у пользователя число элементов ряда, которые следует просуммировать, то есть ввести данные в программу.
- Обнулить переменную, которая будет хранить сумму ряда.
- Инициализировать счетчик цикла начальным значением.
- Рассчитать значение элемента ряда с номером, равным текущему значению счетчика и прибавить получившееся значение к значению переменной-суммы.
- увеличить значение счетчика на единицу.
- Если значение счетчика меньше количества суммируемых элементов, которое задано пользователем, то перейти к выполнению пункта 5.
- Вывести значение суммы.
Это текстовая запись алгоритма. Теперь реализуем ее в виде графической схемы (блок-схемы).
Если вы не занете при помощи чего создавать блок-схемы, то рекомендуем ознакомиться со следующей статьей:
6 сервисов для работы с блок-схемами
Блок-схема алгоритма подпрограммы изображается аналогично блок-схемам программ: в ней присутствуют блоки «Начало» и «Конец», между которыми заключена вся исполняемая часть подпрограммы.
Вызов подпрограммы в основной программе изображается на блок-схеме в виде блока «Предопределенный процесс»:
1.3 Пример составления алгоритма и программы на языке Pascal для обработки одномерных массивов с использованием подпрограмм.
Задание: Даны два массива вещественных чисел A(20) и F(30). Найти средние арифметические значения положительных элементов в каждом массиве и вывести на экран отношение этих значений.
Для объявления массивов A и F опишем в разделе Type тип массива из 30 вещественных чисел. Для обозначения количества элементов массива A введем переменную Na, количества элементов массива F – переменную Nf, средних арифметических значений положительных элементов массивов – переменные SrA и SrF.
Для каждого массива необходимо повторить одни и те же операции:
- ввод элементов массива,
- поиск среднего значения среди положительных элементов,
- вывод элементов массива.
Поэтому, для выполнения этих действий удобно организовать подпрограммы. Для решения данной задачи создадим три подпрограммы: процедуру ввода элементов массива, процедуру вывода элементов массива на экран, функцию поиска среднего значения среди положительных элементов массива.
Процедуру ввода элементов массива назовем EnterMassiv, в списке формальных параметров укажем следующие переменные: массив X и количество элементов в массиве Nx. При этом в списке формальных параметров массив должен быть указан со служебным словом var, поскольку значения элементов массива изменяются в процедуре и возвращаются в основную программу. Внутри процедуры формирование элементов массива выполним с помощью генератора случайных чисел random.
Процедуру вывода элементов массива назовем PrintMassiv, и будем в нее передавать те же переменные: массив X и количество элементов в массиве Nx. При этом в списке формальных параметров перед массивом служебное слово var можно не указывать, поскольку значения элементов массива в процедуре не изменяются, а только выводятся на экран.
Функцию поиска среднего значения среди положительных элементов массива назовем MiddlePositive, и будем в нее также передавать массив X и количество элементов в массиве Nx. Поскольку среднее арифметическое является вещественным числом, тип функции должен быть real. Внутри функции будем использовать локальную переменную K для подсчета количества положительных элементов массива, переменную M для расчета суммы всех положительных элементов массива и их среднего значения.
1.3.1 Блок-схема алгоритма решения данной задачи выглядит следующим образом:
Блок схема подпрограммы EnterMassiv
Блок схема подпрограммы PrintMassiv
Блок схема подпрограммы MiddlePositive
Блок-схема основной программы
1.3.2 Текст программы на языке Pascal выглядит следующим образом:
Схе́ма — графическое представление определения, анализа или метода решения задачи, в котором используются символы для отображения данных, потока, оборудования и т. д. [1]
Блок-схема — распространенный тип схем (графических моделей), описывающих алгоритмы или процессы, в которых отдельные шаги изображаются в виде блоков различной формы, соединенных между собой линиями, указывающими направление последовательности. Правила выполнения регламентируются ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения» [1] . Стандарт в частности регулирует способы построения схем и внешний вид их элементов.
Содержание
Основные элементы схем алгоритма [ править | править код ]
При начертании элементов рекомендуется придерживаться строгих размеров, определяемых двумя значениями a и b. Значение a выбирается из ряда 15, 20, 25.. мм, b рассчитывается из соотношения 2a = 3b. Определение размеров несет рекомендательный характер, однако, стоит отметить, что при соблюдении выполнения размеров блок-схемы имеют более аккуратный вид.
Действие [ править | править код ]
Символ отображает функцию обработки данных любого вида (выполнение определенной операции или группы операций, приводящее к изменению значения, формы или размещения информации или к определению, по которому из нескольких направлений потока следует двигаться).
Данные (ввод/вывод) [ править | править код ]
Символ отображает данные, носитель данных не определен.
Преобразование данных в форму, пригодную для обработки (ввод) или отображения результатов обработки (вывод). Данный символ не определяет носителя данных (для указания типа носителя данных используются специфические символы).
Предопределенный процесс (функция) [ править | править код ]
Символ отображает предопределенный процесс, состоящий из одной или нескольких операций или шагов программы, которые определены в другом месте (в подпрограмме, модуле). Например, в программировании − вызов процедуры или функции.
Вопрос (условие или решение) [ править | править код ]
Символ отображает решение или функцию переключательного типа, имеющую один вход и ряд альтернативных выходов, один и только один из которых может быть активизирован после вычисления условий, определенных внутри этого символа. Соответствующие результаты вычисления могут быть записаны по соседству с линиями, отображающими эти пути.
Отображает решение или функцию переключательного типа с одним входом и двумя или более альтернативными выходами, из которых только один может быть выбран после вычисления условий, определенных внутри этого элемента. Вход в элемент обозначается линией, входящей обычно в верхнюю вершину элемента. Если выходов два или три, то обычно каждый выход обозначается линией, выходящей из оставшихся вершин (боковых и нижней). Если выходов больше трех, то их следует показывать одной линией, выходящей из вершины (чаще нижней) элемента, которая затем разветвляется. Соответствующие результаты вычислений могут записываться рядом с линиями, отображающими эти пути. Примеры решения: в общем случае − сравнение (три выхода: > , , = ); в программировании − условные операторы if (два выхода: true , false ) и case (множество выходов).
Ограничитель [ править | править код ]
Символ отображает вход из внешней среды и выход во внешнюю среду (начало или конец схемы программы, внешнее использование и источник или пункт назначения данных).
На практике имеют смысл следующие описания ограничителей: начало/конец, запуск/останов, перезапуск (подразумевает перезапуск данной блок-схемы), ошибка (подразумевает завершение алгоритма с ошибкой), исключение (подразумевает исполнение программного исключения)
Цикл [ править | править код ]
Символ, состоящий из двух частей, отображает начало и конец цикла. Обе части символа имеют один и тот же идентификатор. Условия для инициализации, приращения, завершения и т. д. помещаются внутри символа в начале или в конце в зависимости от расположения операции, проверяющей условие.
Пример блок-схемы расчета факториала с использованием цикла [ править | править код ]
Пример вложенных циклов [ править | править код ]
Соединитель [ править | править код ]
Символ отображает выход в часть схемы и вход из другой части этой схемы и используется для обрыва линии и продолжения ее в другом месте. Соответствующие символы-соединители должны содержать одно и то же уникальное обозначение.
Разделение алгоритма на две части с использованием соединителей [ править | править код ]
Комментарий [ править | править код ]
Символ используют для добавления описательных комментариев или пояснительных записей в целях объяснения или примечаний. Пунктирные линии в символе комментария связаны с соответствующим символом или могут обводить группу символов. Текст комментариев или примечаний должен быть помещен около ограничивающей фигуры.
Также символ комментария следует использовать в тех случаях, когда объём текста, помещаемого внутри некоего символа (например, символ процесса, символ данных и др.), превышает размер самого этого символа. Комментарии используют совместно с терминаторами для описания входных аргументов алгоритма при описании функций
Параллельные действия [ править | править код ]
Символ представляется двумя параллельными линиями, отображает синхронизацию двух или более параллельных операций. В случае входа нескольких операций в параллельные линии, выполнение алгоритма будет продолжено только в случае окончания всех входящих процессов.
Параллельные действия могут быть использованы для асинхронных процессов или для процессов, последовательность которых не важна. В представленном примере стоит обратить внимание, что созданные в одних параллельных линиях процессы не обязаны также параллельно заканчиваться.
Описание других элементов схем можно найти в соответствующих ГОСТ [1] . Среди элементов существуют:
- Запоминаемые данные
- Документ
- Ручной ввод
- Карта
- Дисплей
- Ручная операция
- Передача управления
- Альтернативная связь между двумя или более символами
- и др.
Представление алгоритмов в виде графов [ править | править код ]
Порядок выполнения действий задается путём соединения вершин дугами, что позволяет рассматривать блок-схемы не только как наглядную интерпретацию алгоритма, удобную для восприятия человеком, но и как взвешенный ориентированный граф (т. н. граф-схема алгоритма, ГСА). Подобное представление алгоритмов используется при построении систем логического управления, реализующих заданные управляющие алгоритмы, в задачах распараллеливания вычислений и т. д.
Критика [ править | править код ]
Распространённой и ошибочной практикой является попытка использования блок-схем для иллюстрации алгоритма на низком уровне (на уровне кода) — то есть, попытка вписывать в блоки схемы фрагменты кода на каком-либо искусственном языке. Такой подход применим только к программам, организованным согласно структурному подходу, и не может отразить, к примеру, алгоритм, который реализуется во взаимодействии абстракций при объектно-ориентированном подходе. Для целей описания алгоритмов, взаимодействия частей системы и иллюстрации многих других сопутствующих вещей существует нотация UML.
Практическая работа № 6.
Тема: Программная реализация циклического алгоритма.
Цель: Научиться программировать циклические алгоритмы.
Оборудование: ПК, система программирования Qbasic.
Ход работы
1. Изучить основные сведения по теме.
Основные сведения
При решении некоторых задач требуется выполнять одни и те же действия несколько раз. Такая последовательность команд называется циклом.
Организация цикла в программе:
FOR I=L TO K STEP H
тело цикла
NEXT I
I – счетчик цикла,
L – начальное значение счетчика,
К – конечное значение счетчика,
H – шаг (величина, прибавляемая к значению счетчика). Если шаг не указан, он считается равным 1.
Тело цикла – набор операторов, предназначенных для повторения.
2. Запишите в тетрадь примеры решения задач. Запустите программу qbasic2. Введите программы из примеров. Запустите на выполнение (RUN-Start или F5), запишите в тетрадь ответы. Сохраните программы на диске Х: под именем lr4pr1.bas, lr4pr2.bas и т.д.
Пример 1. Найти значения функции y=2x2-3x на отрезке [-5;5] с шагом 0,5
Блок схема: |
Программа: 10 REM znachenie funkcii 20 CLS 30 FOR x= -5 TO 5 STEP 0.5 40 LET y=2*x^2-3*x 50 PRINT “y(”; x; “)=”; y 60 NEXT x 70 END |
Пример 2. Найти сумму целых чисел от 1до 10.
Блок схема: |
Программа: 10 REM Summa ot 1 do 10 20 CLS 30 LET S=0 40 FOR x=1 TO 10 50 LET S=S+x 60 NEXT x 70 PRINT “Summa S=”; S 80 END |
3. Составить блок-схему и программу для решения задач по теме. Ввести программу в компьютер, отладить ее, получить результат.
ЗАДАЧИ
1.Найти сумму натуральных чисел до n.
Блок-схема: |
10 REM summa naturalnyh chisel 20 CLS 30 INPUT “vvedite N” ; N 40 LET S=0 50 FOR x=1 TO N STEP 1 60 LET S=S+x 70 NEXT x 80 PRINT “summa naturalnyh chisel S=” ; S 90 END Ответ: 1)N=9 summa naturalnyh chisel S=45 2)N= summa naturalnyh chisel S= 3)N= summa naturalnyh chisel S= |
2.Найти произведение натуральных чисел до n.
Блок-схема: |
10 REM proizvedenie naturalnyh chisel 20 CLS 30 INPUT “vvedite N” ; N 40 LET P=1 50 FOR x=1 TO N STEP 1 60 LET P=P*x 70 NEXT x 80 PRINT “proizvedenie naturalnyh chisel P=” ; P 90 END Ответ: 1)N= proizvedenie naturalnyh chisel P = 2)N= proizvedenie naturalnyh chisel P = 3)N= proizvedenie naturalnyh chisel P = |
3.Найти значение функции y=x3+3cosx в интервале от 0 до 5 с шагом 1.
4.Напечатать квадраты чисел от 1 до 10.
5.Посчитать произведение целых чисел от 3 до к.
6.Посчитать сумму чисел от 0 до р с шагом 0,5
7.Посчитать сумму чисел от 0 до n с шагом h.
8.Посчитать сумму 1+1/2+1/3+…+1/n.
9.Посчитать произведение 1*1/2*1/3*…*1/k.
10.Найти 2n, d – целое положительное число.
11.Дано натуральное число. Найти все его натуральные делители.
12. Запросить число, вывести таблицу умножения для него.
5.Работа над контрольными вопросами.
Контрольные вопросы
- Что такое цикл в программе?
- Перечислите операторы, используемые при написании циклических программ?
- Как на языке Qbasic организовать цикл?
- Каково назначение переменных I, L, K, H?
- Можно ли не указывать шаг цикла?
- Для чего предназначен оператор NEXT? Можно ли его не писать?
Презентация к уроку «Программная реализация циклического алгоритма.»
Расширения для Joomla
Схема — это абстракция какого-либо процесса или системы, наглядно отображающая наиболее значимые части. Схемы широко применяются с древних времен до настоящего времени — чертежи древних пирамид, карты земель, принципиальные электрические схемы. Очевидно, древние мореплаватели хотели обмениваться картами и поэтому выработали единую систему обозначений и правил их выполнения. Аналогичные соглашения выработаны для изображения схем-алгоритмов и закреплены ГОСТ и международными стандартами.
На территории Российской Федерации действует единая система программной документации (ЕСПД), частью которой является Государственный стандарт — ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных и систем» [1]. Не смотря на то, что описанные в стандарте обозначения могут использоваться для изображения схем ресурсов системы, схем взаимодействия программ и т.п., в настоящей статье описана лишь разработка схем алгоритмов программ.
Рассматриваемый ГОСТ практически полностью соответствует международному стандарту ISO 5807:1985.
Содержание:
- Элементы блок-схем алгоритмов
- Примеры блок-схем
- Нужны ли блок-схемы? Альтернативы
Элементы блок-схем алгоритмов
Блок-схема представляет собой совокупность символов, соответствующих этапам работы алгоритма и соединяющих их линий. Пунктирная линия используется для соединения символа с комментарием. Сплошная линия отражает зависимости по управлению между символами и может снабжаться стрелкой. Стрелку можно не указывать при направлении дуги слева направо и сверху вниз. Согласно п. 4.2.4, линии должны подходить к символу слева, либо сверху, а исходить снизу, либо справа.
Есть и другие типы линий, используемые, например, для изображения блок-схем параллельных алгоритмов, но в текущей статье они, как и ряд специфических символов, не рассматриваются. Рассмотрены лишь основные символы, которых всегда достаточно студентам.
Терминатором начинается и заканчивается любая функция. Тип возвращаемого значения и аргументов функции обычно указывается в комментариях к блоку терминатора. | |
В ГОСТ определено множество символов ввода/вывода, например вывод на магнитные ленты, дисплеи и т.п. Если источник данных не принципиален, обычно используется символ параллелограмма. Подробности ввода/вывода могут быть указаны в комментариях. | |
В блоке операций обычно размещают одно или несколько (ГОСТ не запрещает) операций присваивания, не требующих вызова внешних функций. | |
Блок в виде ромба имеет один вход и несколько подписанных выходов. В случае, если блок имеет 2 выхода (соответствует оператору ветвления), на них подписывается результат сравнения — «да/нет». Если из блока выходит большее число линий (оператор выбора), внутри него записывается имя переменной, а на выходящих дугах — значения этой переменной. | |
Вызов внешних процедур и функций помещается в прямоугольник с дополнительными вертикальными линиями. | |
Символы начала и конца цикла содержат имя и условие. Условие может отсутствовать в одном из символов пары. Расположение условия, определяет тип оператора, соответствующего символам на языке высокого уровня — оператор с предусловием (while) или постусловием (do … while). | |
Символ «подготовка данных» в произвольной форме (в ГОСТ нет ни пояснений, ни примеров), задает входные значения. Используется обычно для задания циклов со счетчиком. | |
В случае, если блок-схема не умещается на лист, используется символ соединителя, отражающий переход потока управления между листами. Символ может использоваться и на одном листе, если по каким-либо причинам тянуть линию не удобно. | |
Комментарий может быть соединен как с одним блоком, так и группой. Группа блоков выделяется на схеме пунктирной линией. |
Примеры блок-схем
В качестве примеров, построены блок-схемы очень простых алгоритмов сортировки, при этом акцент сделан на различные реализации циклов, т.к. у студенты делают наибольшее число ошибок именно в этой части.
Сортировка вставками
Массив в алгоритме сортировки вставками разделяется на отсортированную и еще не обработанную части. Изначально отсортированная часть состоит из одного элемента, и постепенно увеличивается.
На каждом шаге алгоритма выбирается первый элемент необработанной части массива и вставляется в отсортированную так, чтобы в ней сохранялся требуемый порядок следования элементов. Вставка может выполняться как в конец массива, так и в середину. При вставке в середину необходимо сдвинуть все элементы, расположенные «правее» позиции вставки на один элемент вправо. В алгоритме используется два цикла — в первом выбираются элементы необработанной части, а во втором осуществляется вставка.
В приведенной блок-схеме для организации цикла используется символ ветвления. В главном цикле (i < n) перебираются элементы необработанной части массива. Если все элементы обработаны — алгоритм завершает работу, в противном случае выполняется поиск позиции для вставки i-того элемента. Искомая позиция будет сохранена в переменной j в результате выполнения внутреннего цикла, осуществляющем сдвиг элементов до тех пор, пока не будет найден элемент, значение которого меньше i-того.
На блок-схеме показано каким образом может использоваться символ перехода — его можно использовать не только для соединения частей схем, размещенных на разных листах, но и для сокращения количества линий. В ряде случаев это позволяет избежать пересечения линий и упрощает восприятие алгоритма.
Сортировка пузырьком
Сортировка пузырьком, как и сортировка вставками, использует два цикла. Во вложенном цикле выполняется попарное сравнение элементов и, в случае нарушения порядка их следования, перестановка. В результате выполнения одной итерации внутреннего цикла, максимальный элемент гарантированно будет смещен в конец массива. Внешний цикл выполняется до тех пор, пока весь массив не будет отсортирован.
На блок-схеме показано использование символов начала и конца цикла. Условие внешнего цикла (А) проверяется в конце (с постусловием), он работает до тех пор, пока переменная hasSwapped имеет значение true. Внутренний цикл использует предусловие для перебора пар сравниваемых элементов. В случае, если элементы расположены в неправильном порядке, выполняется их перестановка посредством вызова внешней процедуры (swap). Для того, чтобы было понятно назначение внешней процедуры и порядок следования ее аргументов, необходимо писать комментарии. В случае, если функция возвращает значение, комментарий может быть написан к символу терминатору конца.
Сортировка выбором
В сортировке выбором массив разделяется на отсортированную и необработанную части. Изначально отсортированная часть пустая, но постепенно она увеличивается. Алгоритм производит поиск минимального элемента необработанной части и меняет его местами с первым элементом той же части, после чего считается, что первый элемент обработан (отсортированная часть увеличивается).
На блок-схеме приведен пример использования блока «подготовка», а также показано, что в ряде случаев можно описывать алгоритм более «укрупнённо» (не вдаваясь в детали). К сортировке выбором не имеют отношения детали реализации поиска индекса минимального элемента массива, поэтому они могут быть описаны символом вызова внешней процедуры. Если блок-схема алгоритма внешней процедуры отсутствует, не помешает написать к символу вызова комментарий, исключением могут быть функции с говорящими названиями типа swap, sort, … .
На блоге можно найти другие примеры блок-схем:
- блок-схема проверки правильности расстановки скобок арифметического выражения [2];
- блок-схемы алгоритмов быстрой сортировки и сортировки слиянием [3].
Часть студентов традиционно пытается рисовать блок-схемы в Microsoft Word, но это оказывается сложно и не удобно. Например, в MS Word нет стандартного блока для терминатора начала и конца алгоритма (прямоугольник со скругленными краями, а не овал). Наиболее удобными, на мой взгляд, являются утилиты MS Visio и yEd [5], обе они позволяют гораздо больше, чем строить блок-схемы (например рисовать диаграммы UML), но первая является платной и работает только под Windows, вторая бесплатная и кроссплатфомренная. Все блок-схемы в этой статье выполнены с использованием yEd.
Частные конторы никакие блок-схемы не используют, в книжках по алгоритмам [6] вместо них применяют словесное описание (псевдокод) как более краткую форму. Возможно блок-схемы применяют на государственных предприятиях, которые должны оформлять документацию согласно требованиям ЕСПД, но есть сомнения — даже для регистрации программы в Государственном реестре программ для ЭВМ никаких блок-схем не требуется.
Тем не менее, рисовать блок-схемы заставляют школьников (примеры из учебников ГОСТ не соответствуют) — выносят вопросы на государственные экзамены (ГИА и ЕГЭ), студентов — перед защитой диплом сдается на нормоконтроль, где проверяется соответствие схем стандартам.
Разработка блок-схем выполняется на этапах проектирования и документирования, согласно каскадной модели разработки ПО, которая сейчас почти не применяется, т.к. сопровождается большими рисками, связанными с ошибками на этапах проектирования.
Появляются подозрения, что система образования прогнила и отстала лет на 20, однако аналогичная проблема наблюдается и за рубежом. Международный стандарт ISO 5807:1985 мало чем отличается от ГОСТ 19.701-90, более нового стандарта за рубежом нет. Там же производится множество программ для выполнения этих самых схем — Dia, MS Visio, yEd, …, а значит списывать их не собираются. Вместо блок-схем иногда применяют диаграммы деятельности UML [6], однако удобнее они оказываются, разве что при изображении параллельных алгоритмов.
Периодически поднимается вопрос о том, что ни блок-схемы, ни UML не нужны, да и документация тоже не нужна. Об этом твердят программисты, придерживающиеся методологии экстремального программирования (XP) [7], ходя даже в их кругу нет единого мнения.
В ряде случаев, программирование невозможно без рисования блок-схем, т.к. это один процесс — существуют визуальные языки программирования, такие как ДРАКОН [8], кроме того, блок-схемы используются для верификации алгоритмов (формального доказательства их корректности) методом индуктивных утверждений Флойда [9].
В общем, единого мнения нет. Очевидно, есть области, в которых без чего-то типа блок-схем обойтись нельзя, но более гибкой альтернативы нет. Для формальной верификации необходимо рисовать подробные блок-схемы, но для проектирования и документирования такие схемы не нужны — я считаю разумным утверждение экстремальных программистов о том, что нужно рисовать лишь те схемы, которые помогают в работе и не требуют больших усилий для поддержания в актуальном состоянии [10].
Список использованных источников:
- ГОСТ 19.701–90 (ИСО 5807–85) «Единая система программной документации».
- Алгоритм. Свойства алгоритма https://pro-prof.com/archives/578
- Алгоритмы сортировки слиянием и быстрой сортировки https://pro-prof.com/archives/813
- yEd Graph Editor https://www.yworks.com/products/yed
- Книги: алгоритмы https://pro-prof.com/books-algorithms
- Рамбо Дж., Якобсон А., Буч Г. UML: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2002. -656 с.
- Кент Бек Экстремальное программирование: разработка через тестирование – СПб.: Питер – 2003
- Визуальный язык ДРАКОН https://drakon.su/
- Шилов Н.В. Верификация шаблонов алгоритмов для метода отката и метода ветвей и границ. Моделирование и анализ информационных систем, ISSN 1818 – 1015, т.18, №4, 2011
- Брукс Ф., Мифический человеко — месяц или как создаются программные системы. СПб. Символ Плюс, 1999 — 304 с. ил.