Представление алгоритма в виде блок-схемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

Факультет МСФ

Кафедра ТБ

Контрольная работа

по основам программирования

Представление алгоритма в виде блок-схемы

Руководитель:

Шарапова Е.В.

Студент: ТБз-119

Гришин В.А.

Муром 2019

Введение

Блок-схема -- это графическое отображение процесса, которое четко показывает нам, как протекает процесс. Блок-схема показывает систематическую последовательность этапов выполнения работы и то, какие группы вовлечены в процесс.

Для чего используют блок-схемы?

- документировать и описывать текущий процесс;

- разрабатывать модификации к текущему процессу или исследовать то, где могут возникнуть проблемы;

- разрабатывать совершенно новый процесс;

- определять как, когда и где, измерять текущий процесс, чтобы убедиться, соответствует ли он устойчивым требованиям.

Блок-схема - распространенный тип схем, описывающих алгоритмы или процессы, в которых отдельные шаги изображаются в виде блоков различной формы, соединенных между собой линиями. Графические символы, их размеры, а также правила построения блок-схем определены государственными стандартами.

1. Понятие алгоритма

Решение задачи при помощи ЭВМ начинается с составления алгоритма. Что же такое алгоритм?

Происхождение термина «алгоритм» связывают с именем великого математика Мухаммеда аль-Хорезми (763-850 гг.), который разработал правила выполнения четырех арифметических действий.

Согласно ГОСТ 19781-74:

Алгоритм - это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату.

То есть алгоритм - это четкое указание исполнителю алгоритма выполнить определенную последовательность действий для решения поставленной задачи и получения результата.

Разработать алгоритм означает разбить задачу на определенную последовательность шагов. От разработчика алгоритма требуется знание особенностей и правил составления алгоритмов.

Основные особенности алгоритмов:

Наличие ввода исходных данных.

Наличие вывода результата выполнения алгоритма, поскольку цель выполнения алгоритма - получение результата, имеющего вполне определенное отношение к исходным данным.

Алгоритм должен иметь дискретную структуру, т.е. алгоритм представляется в виде последовательности шагов, и выполнение каждого очередного шага начинается после завершения предыдущего.

Однозначность - каждый шаг алгоритма должен быть четко определен и не должен допускать произвольной трактовки исполнителем.

Конечность - исполнение алгоритма должно закончиться за конечное число шагов.

Корректность - алгоритм должен задавать правильное решение задачи.

Массовость (общность) - алгоритм разрабатывается для решения некоторого класса задач, различающихся исходными данными.

Эффективность - алгоритм должен выполняться за разумное конечное время. При этом выбирается наиболее простой и короткий способ решения задачи при соблюдении, естественно, всех ограничений и требований к алгоритму.

2. Способы записи алгоритмов

Разработанный алгоритм может быть представлен несколькими способами:

на естественном языке (словесная запись алгоритма);

в виде блок-схем (графическая форма);

на языке программирования.

Словесная запись алгоритма. Словесная форма используется обычно для описания алгоритмов, предназначенных исполнителю - человеку. Команды записываются на обычном языке и выполняются по порядку. В командах могут использоваться формулы, специальные обозначения, но каждая команда должна быть понятна исполнителю. Естественный порядок команд может быть нарушен (если требуется, например, переход к предыдущей команде или требуется обойти очередную команду при каком-то условии), в этом случае команды можно нумеровать и указывать команду, к которой требуется перейти. Например, перейти к п.3 или повторить с п.4.

Графическая форма. Алгоритмы представляются в виде блок-схем. Существуют специальные стандарты для построения блок-схем, где определяются графические изображения блоков. Команды алгоритмов записываются внутри блоков на обычном языке или с использованием математических формул. Блоки соединяются по определенным правилам линиями связи, которые показывают порядок выполнения команд.

На языке программирования. Если алгоритм разработан для решения задачи на ЭВМ, то для того, чтобы он мог выполниться исполнителем - ЭВМ, его необходимо записать на языке, понятном этому исполнителю. Для этого разработано множество языков программирования для решения задач разных классов. Запись алгоритма на языке программирования называется программой.

3. Представление алгоритмов в виде блок-схем

Блок-схемой будем называть такое графическое представление алгоритма, когда отдельные действия (или команды) представляются в виде геометрических фигур - блоков. Внутри блоков указывается информация о действиях, подлежащих выполнению. Связь между блоками изображают с помощью линий, называемых линиями связи, обозначающих передачу управления.

Существует Государственный стандарт, определяющий правила создания блок-схем. Конфигурация блоков, а также порядок графического оформления блок-схем регламентированы ГОСТ 19.701-90 "Схемы алгоритмов и программ". В табл. 1 приведены обозначения некоторых элементов, которых будет вполне достаточно для изображения алгоритмов при выполнении студенческих работ.

4. Правила составления блок-схем

Каждая блок-схема должна иметь блок «Начало» и один блок «Конец».

«Начало» должно быть соединено с блоком «Конец» линиями потока по каждой из имеющихся на блок-схеме ветвей.

В блок-схеме не должно быть блоков, кроме блока «Конец», из которых не выходит линия потока, равно как и блоков, из которых управление передается «в никуда».

Блоки должны быть пронумерованы. Нумерация блоков осуществляется сверху вниз и слева направо, номер блока ставится вверху слева, в разрыве его начертания.

Блоки связываются между собой линиями потока, определяющими последовательность выполнения блоков. Линии потоков должны идти параллельно границам листа. Если линии идут справа налево или снизу вверх, то стрелки в конце линии обязательны, в противном случае их можно не ставить.

По отношению к блокам линии могут быть входящими и выходящими. Одна и та же линия потока является выходящей для одного блока и входящей для другого.

От блока «Начало» в отличие от всех остальных блоков линия потока только выходит, так как этот блок - первый в блок-схеме.

Блок «Конец» имеет только вход, так как это последний блок в блок-схеме.

Для простоты чтения желательно, чтобы линия потока входила в блок «Процесс» сверху, а выходила снизу.

Чтобы не загромождать блок-схему сложными пересекающимися линиями, линии потока можно разрывать. При этом в месте разрыва ставятся соединители, внутри которых указываются номера соединяемых блоков. В блок-схеме не должно быть разрывов, не помеченных соединителями.

Чтобы не загромождать блок, можно информацию о данных, об обозначениях переменных и т.п. размещать в комментариях к блоку.

Таблица 1

5. Типы алгоритмов

Тип алгоритма определяется характером решаемой в соответствии с его командами задачи. Различают три типа алгоритмов: линейные, разветвляющиеся, циклические.

Линейный алгоритм состоит из упорядоченной последовательности действий, не зависящей от значений исходных данных, при этом каждая команда выполняется только один раз строго после той команды, которая ей предшествует.

Таким, например, является алгоритм вычисления по простейшим безальтернативным формулам, не имеющий ограничений на значения входящих в эти формулы переменных. Как правило, линейные процессы являются составной частью более сложного алгоритма.

Разветвляющимися называются алгоритмы, в которых в зависимости от значения какого-то выражения или от выполнения некоторого логического условия дальнейшие действия могут производиться по одному из нескольких направлений.

Каждое из возможных направлений дальнейших действий называется ветвью.

В блок-схемах разветвление реализуется специальным блоком «Решение». Этот блок предусматривает возможность двух выходов. В самом блоке «Решение» записывается логическое условие, от выполнения которого зависят дальнейшие действия.

Различают несколько видов разветвляющихся алгоритмов.

1. «Обход» - такое разветвление, когда одна из ветвей не содержит ни одного оператора, т.е. как бы обходит несколько действий другой ветви.

2. «Разветвление» - такой тип разветвления, когда в каждой из ветвей содержится некоторый набор действий.

3. «Множественный выбор» - особый тип разветвления, когда каждая из нескольких ветвей содержит некоторый набор действий. Выбор направления зависит от значения некоторого выражения.

Циклические алгоритмы применяются в тех случаях, когда требуется реализовать многократно повторяющиеся однотипные вычисления. Цикл - это последовательность действий, которая может выполняться многократно, т.е. более одного раза.

Различают:

циклы с известным числом повторений (или со счетчиком);

циклы с неизвестным числом повторений (циклы с предусловием и циклы с постусловием).

В любом цикле должна быть переменная, которая управляет выходом из цикла, т.е. определяет число повторений цикла.

Последовательность действий, которая должна выполняться на каждом шаге цикла (т.е. при каждом повторении цикла), называется телом цикла или рабочей частью цикла.

6. Циклы со счетчиком

В циклах такого типа известно число повторений цикла, т.е. оно является фиксированным числом. В этом случае переменная, которая считает количество повторений (шагов) цикла, называется счетчиком цикла (или параметром цикла, или управляющей переменной цикла).

Блок-схема циклического алгоритма в этом случае выглядит так:

Такая блок-схема хорошо иллюстрирует работу цикла со счетчиком. Перед выполнением первого шага цикла счетчику цикла должно быть присвоено начальное значение - любое число в зависимости от алгоритма. Если величина счетчика цикла не превышает конечное значение, то далее будет выполняться группа действий, составляющих тело цикла. После выполнения тела цикла счетчик цикла изменяется на определенную величину - шаг изменения счетчика цикла h. Если полученное значение счетчика цикла не превысит конечное значение, то цикл продолжится до тех пор, пока счетчик цикла не станет больше конечного значения - тогда управление передается действию, следующему за циклом.

В дальнейшем мы будем использовать в блок-схемах для изображения цикла со счетчиком блок «Подготовка». В блоке «Подготовка» записывается счетчик цикла (I), далее последовательно указываются начальное значение (Iн), конечное значение (Iк) счетчика цикла и шаг его изменения (h). Если шаг изменения h равен 1, его можно не записывать. Желательно, чтобы линия потока входила в блок сверху, линия потока к телу цикла выходила снизу, слева (или справа) входила линия потока перехода к следующему шагу цикла, а справа (или слева) выходила линия потока - выход из цикла.

При использовании цикла со счетчиком необходимо соблюдать некоторые требования:

в теле цикла нельзя принудительно изменять значение счетчика цикла;

не разрешается передавать управление оператору тела цикла извне, т.е. вход в цикл допускается только через начало цикла.

7. Циклы с предусловием

Циклы с предусловием чаще всего используют тогда, когда неизвестно число повторений цикла. Циклы с предусловием - это такие циклы, в которых до начала выполнения тела цикла проверяется условие выполнения следующего шага цикла. Если значение этого условия истинно (т.е. условие выполняется), то выполняется тело цикла. В теле цикла должно изменяться значение по крайней мере одной переменной, которая влияет на значение условия (иначе произойдет «зацикливание»). Далее опять проверяется условие выполнения цикла, и если значение условия ложно, то осуществляется выход из цикла.

Можно использовать и еще один вариант этого цикла, когда проверяется не истинность значения условия, а ложность. В этом случае выход из цикла происходит, когда значение условия цикла становится истинным. Тот или иной вариант цикла используется в зависимости от того, какое условие в данном алгоритме программисту удобнее использовать.

Особенность этого типа цикла в том, что тело цикла может не выполниться ни разу, если условие первоначально ложно в первом варианте (или истинно во втором).

На блок-схеме такой цикл реализуется следующей конструкцией:

8. Циклы с постусловием

Этот тип цикла также используется при неизвестном заранее количестве повторений цикла, но в отличие от цикла с предусловием здесь условие на выход из цикла проверяется после того, как выполнились операторы тела цикла, поэтому хотя бы один раз тело цикла будет обязательно выполнено.

На блок-схеме этот тип цикла изображается следующим образом:

Циклы, которые содержат внутри себя (в теле цикла) один или несколько других циклов, называются сложными или вложенными циклами.

При этом циклы, охватывающие другие циклы, называются внешними, а циклы, входящие во внешние, - внутренними циклами.

На каждом шаге внешнего цикла внутренний цикл «прокручивается» полностью.

Заключение

графический алгоритм блок символ

Подробные блок-схемы уже устарели: они только мешают, и в лучшем случае пригодны для обучения новичков, еще не умеющих алгоритмически мыслить.

В свое время предложенные Голдстайном и Нейманом маленькие квадратики на блок-схемах вместе со своим содержанием выступали в качестве языков высокого уровня, объединяя абсолютно непонятные операторы машинного языка в группы, имеющие определенный смысл. Как давно уже указал Айверсон, в систематическом языке высокого уровня такая группировка уже осуществлена, так что каждый квадратик просто соответствует оператору. Тогда сами квадратики превращаются в случайное и ненужное упражнение по рисованию, и от них можно отказаться. Но теперь не остается ничего, кроме стрелок. Стрелки, соединяющие оператор со следующим за ним, не нужны. Остаются только операторы перехода. Но если следовать хорошей практике, а использовать блочные структуры для минимизации числа операторов перехода, то останется совсем немного стрелок, вот они-то очень сильно облегчают понимание. Эти стрелки можно перенести прямо ни распечатку программы и совсем избавиться от блок-схемы.

В действительности блок-схемы гораздо больше превозносятся, чем используются на практике. Опытный программист редко чертит блок-схемы, прежде чем написать программу. Когда стандарты организации требуют блок-схем, то почти неизменно они рисуются после. Многие программистские организации с гордостью пользуются специальными программами для построения блок-схем, т.е. редакторами.

Список использованной литературы

1. Информатика: Учебник / Под ред. Н.В. Макаровой. -- М.: Финансы и статистика, 2008. - С. 768.

2. Информатика. Базовый курс. Учебник для Вузов / Под ред. С.В. Симоновича. -- СПб.: Питер, 2007. - С. 235.

3. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Практическая информатика: Учебное пособие. -- М.: АСТпресс, 2009. - С. 317.

4. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. -- М.: Инфра-М, 2001. - С. 378.

5. Шафрин Ю.А. Основы компьютерной технологии. - М.: АБВ, 2007. -- С. 656.

Размещено на Allbest.ru