Фигуры алгоритма. Основные элементы блок-схемы

Разработка блок-схемы алгоритма решения задачи

Цель работы : изучение графического способа описания алгоритма решения задачи.

Задачи работы :

ознакомиться с основными способами представления алгоритмов;

освоить графический способ описания алгоритмов.

1.1. Порядок выполнения работы

Изучите теоретические сведения по теме данного раздела (п. 1.2)

Ознакомьтесь с постановкой задачи (п. 1.3). Вариант задания соответствует вашему номеру в списке группы.

Разработайте блок-схему алгоритма решения поставленной задачи.

Ответьте на контрольные вопросы.

Подготовьте отчет о выполнении практической работы, который должен содержать:

титульный лист;

цель практической работы;

постановку задачи;

блок-схему алгоритма решения поставленной задачи;

ответы на контрольные вопросы;

выводы по практической работе.

1.2. Общие сведения

Одним из наиболее трудоемких этапов решения задачи на ЭВМ является разработка алгоритма.

Под алгоритмом понимается точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату.

Основными характерными свойствами алгоритма являются:

детерминированность (определенность) – при заданных исходных данных обеспечивается однозначность искомого результата;

массовость – пригодность для задач данного типа при исходных данных, принадлежащих заданному подмножеству;

результативность – реализуемый вычислительный процесс выполняется за конечное число этапов с выдачей осмысленного результата;

дискретность – возможность разбиения алгоритма на отдельные этапы, выполнение которых не вызывает сомнений.

Выделяют следующие типы вычислительных процессов :

Линейный вычислительный процесс.

Для получения результата необходимо выполнить некоторые операции в определенной последовательности.

Разветвленный вычислительный процесс.

Конкретная последовательность операций зависит от значений одного или нескольких параметров. Например, если дискриминант квадратного уравнения не отрицателен, то уравнение имеет два корня, а если отрицателен, то действительных корней нет.

Циклический вычислительный процесс

Для получения результата некоторую последовательность действий необходимо выполнить несколько раз. Например, для того, чтобы получить таблицу значений функции на заданном интервале изменения аргумента с заданным шагом, необходимо соответствующее количество раз определить следующее значение аргумента и посчитать для него значение функции.

В свою очередь, существуют также несколько типов циклического вычислительного процесса , а именно:

Счетные циклы (циклы с заданным количеством повторений) – ­­ это циклические процессы, для которых количество повторений известно.

Итерационные циклы – это циклические процессы, завершающиеся по достижении или нарушении некоторых условий.

Поисковые циклы – это циклические процессы, из которых возможны два варианта выхода:

Выход по завершению процесса;

Досрочный выход по какому-либо дополнительному условию.

По типу вычислительного процесса, реализуемого алгоритмом, различают:

Алгоритмы линейной структуры;

Алгоритмы разветвленной структуры;

Алгоритмы циклической структуры.

Алгоритмы решения практических задач обычно имеют комбинированную структуру, то есть включают в себя все три типа вычислительных процессов.

К изобразительным средствам описания алгоритмов относятся следующие основные способы их представления:

Словесный (записи на естественном языке);

Структурно-стилизованный (записи на алгоритмическом языке и псевдокод);

Графический (изображение схем и графических символов);

Программный (тексты на языках программирования).

Словесный способ описания алгоритма представляет собой описание последовательных пронумерованных этапов обработки данных и задается в произвольном изложении на естественном языке.

Пример 1.1.

Алгоритм сложения двух чисел (a и b).

Спросить, чему равно число a.

Спросить, чему равно число b.

Сложить a и b, результат присвоить с.

Сообщить результат с.

Достоинством данного способа является простота описания, а к недостаткам можно отнести то, что такой подход многословен и не имеет строгой формализации, поэтому допускает неоднозначность толкования отдельных предписаний, в силу чего словесный способ представления алгоритма не имеет широкого распространения.

Для строгого задания различных структур данных и алгоритмов их обработки требуется иметь такую систему формальных обозначений и правил, чтобы смысл всякого используемого предписания трактовался точно и однозначно. Соответствующие системы правил называются языками описаний . К ним относятся алгоритмические языки (псевдокоды), блок-схемы и языки программирования.

Структурно-стилизованный способ описания алгоритма основан на записи алгоритмов в формализованном представлении предписаний, задаваемых путем использования ограниченного набора типовых синтаксических конструкций, называемых часто псевдокодами.

Достоинством псевдокодов является близость к языкам программирования, а недостатками, в свою очередь, являются сложность освоения и невозможность непосредственного ввода алгоритма для решения на ЭВМ, т.е. необходимость перевода на язык программирования.

Графический способ описания алгоритма предполагает, что для описания структуры алгоритма используется совокупность графических изображений (блоков), соединяемых линиями передачи управления. Такое изображение называется методом блок-схем .

Блок-схема алгоритма – это графическое представление хода решения задачи. Блок-схема состоит из блоков, соединенных линиями, а блоки изображаются в виде геометрических фигур, называемых символами. Внутри символов записываются указания о выполняемых блоком функциях – формулы, текст, логические выражения. Вид символов и правила выполнения блок-схем стандартизированы – ГОСТ 19.701-90 содержит перечень символов, их наименования, отображаемые функции, формы и размеры, а также правила выполнения схем. При разработке алгоритма каждое действие обозначают соответствующим блоком, показывая их последовательность линиями со стрелками на конце. Названия, обозначения и назначение элементов блок-схем приводится на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Основные блоки

Следует упомянуть некоторые основные правила выполнения блок-схем, которыми надлежит руководствоваться при графическом описании алгоритмов. Начало алгоритмов отмечается символом "Терминатор", из которого выходит одна линия. В нем записывается слово "Пуск" ("Начало"). Конец алгоритма отмечается этим же символом, в котором записывается слово "Останов" ("Конец"). В этом случае данный символ не имеет ни одной выходной линии, а на него может замыкаться одна или более линий. Символ “Процесс” может иметь одну или несколько входных линий и только одну выходную. Внутри символа может быть записано несколько предписаний – в этом случае они выполняются в порядке записи. Представление отдельных операций достаточно свободно. Для обозначения вычислений можно использовать математические выражения, для пересылки данных – стрелки, для других действий – пояснения на естественном языке, например, А: = Х + 4; i: = i + 1, ––> B.

Линии потока должны быть параллельны сторонам листа. Основные направления линий потока – сверху вниз и слева направо – стрелкой не обозначаются. В других случаях на конце линии потока ставится стрелка, а в месте слияния линий ставится точка. Если блок-схема не умещается на одном листе, используют соединители. При переходе на другой лист или получении управления с другого листа в комментарии указывается номер листа, например "с листа 3" "на лист 1".

Для записи алгоритма любой сложности достаточно трех базовых структур :

следование - обозначает последовательное выполнение действий (рис. 1.2, а);

ветвление - соответствует выбору одного из двух вариантов действий (рис. 1.2, б);

цикл-пока - определяет повторение действий, пока не будет нарушено условие, выполнение которого проверяется в начале цикла (рис. 1.2, в).

Рисунок 1.2 – Базовые алгоритмические структуры

Кроме этого, при описании алгоритмов используются дополнительные алгоритмические структуры , производные от базовых, каждая из которых может быть реализована через базовые структуры:

выбор - выбор одного варианта из нескольких в зависимости от значения некоторой величины (рис. 1.3, а, б);

цикл-до - повторение некоторых действий до выполнения заданного условия, проверка которого осуществляется после выполнения действий в цикле (рис. 1.3, в, г);

цикл с заданным числом повторений (счетный цикл ) – повторение некоторых действий указанное число раз (рис. 1.3, д, е).

Рисунок 1.3 – Реализация дополнительных алгоритмических структур

через базовые структуры

Рассмотрим примеры графического описания алгоритмов различных типов: линейного, разветвляющегося, циклического и комбинированного (рис. 1.4 – 1.7).

Пример 1.2. Линейный алгоритм.

Алгоритм вычисления значения выражения K=3b+6а (рис. 1.4) .

Рисунок 1.4 – Пример блок-схемы линейного алгоритма

Пример 1.3. Разветвляющийся алгоритм.

Алгоритм, определяющий, пройдет ли график функции y=3x+4 через точку с координатами x1,y1 (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 – Пример блок-схемы разветвляющегося алгоритма

Пример 1.4. Циклический алгоритм.

Алгоритм, определяющий факториал натурального числа n (рис. 1.6):

n ! = 1*2*3*….*(n -1)* n

5!=1*2*3*4*5=120

Рисунок 1.6 – Пример блок-схемы циклического алгоритма

Пример 1.5. Комбинированный алгоритм.

Необходимо определить наибольший общий делитель двух натуральных чисел А и В.

Для решения поставленной задачи используем алгоритм Евклида, который заключается в последовательной замене большего из чисел на разность большего и меньшего, пока числа не станут равны. Рассмотрим данный алгоритм на двух примерах.

Пример (а): А=225, В=125. Применяя алгоритм Евклида, получаем для А и В наибольший общий делитель, равный 25.

Пример (б): А=13, В=4. В этом случае наибольший общий делитель А и В равен 1.

Блок-схема алгоритма Евклида для нахождения наибольшего общего делителя двух натуральных чисел показана на рис. 1.7.

Рисунок 1.7 – Пример блок-схемы комбинированного алгоритма

Блок-схема алгоритма детально отображает все особенности разработанного алгоритма, но иногда такой высокий уровень детализации не позволяет выделить суть алгоритма. В этих случаях для описания алгоритма используют псевдокод . Псевдокод базируется на тех же основных структурах, что и структурные схемы алгоритма (табл. 1.1).

Пример 1.6. Описание алгоритма Евклида на псевдокоде .

Алгоритм Евклида:

Ввести А,В

цикл-пока А ≠ В

если А > В

то А:= А - В

иначе В:= В - А

все - если

все-цикл

Вывести А

Конец алгоритма.

Таблица 1.1 – Пример псевдокода для записи базовых алгоритмических структур

1.3. Задачи для составления блок-схем алгоритмов

Дано целое число m>1.

Получить наименьшее целое k, при котором 4 k >m.

Вычислить произведение

Дано целое число n.

Получить наименьшее число вида 2 r , превосходящее n (r - натуральное).

Даны целые числа n, k (n  k  0).

Вычислить.

Дано натуральное число n и действительное число a.

Вычислить произведение .

Дано натуральное число n.

Вычислить сумму .

Даны действительное число х и натуральное число n.

Вычислить, не используя операцию возведения в степень.

Дано натуральное число n.

Вычислить сумму:

Даны действительные числа x и a, натуральное n.

Вычислить:

Вычислить:

Даны натуральные числа n, m. Получить сумму m последних цифр числа n.

Пусть n- натуральное число. Вычислить сумму.

Дано натуральное число n.

Вычислить сумму:

Контрольные вопросы

Дайте определение алгоритма.

Перечислите основные свойства алгоритмов и раскройте их сущность.

Как подразделяются алгоритмы по типу реализуемого вычислительного процесса?

Какие способы описания алгоритмов вам известны?

Что понимается под графическим способом описания алгоритмов? В чем состоит преимущество данного способа перед словесным описанием алгоритма?

Курсовая работа >> Информатика

Весов ребер оставного дерева. 2.4 Блок -схема Рисунок 7 – Блок -схема алгоритма решения задачи 2.5 Обоснование выбора языка программирования Турбо... , интегрированную среду, намного ускоряющую процесс разработки программ. Этот программный продукт прошел...

1. Алгоритмы и основы программирования

   Практическая работа >> Информатика, программирование

   Составление программ решения различных задач на электронных вычислительных машинах; наука, занимающаяся разработкой методов... . Блок -схема данного линейного алгоритма показана на рисунке 4. Пример 1. Вычислить при x=2,3 В общем случае, алгоритм решения ...

2. Построение блок схем алгоритмов . Алгоритмические языки высокого уровня

   Реферат >> Информатика

   Подход к решению поставленных задач . Задачи реализованы на трех различных языках программирования. Блок -схемы алгоритмов , листинги программ... время. Алгоритм решения задачи получается более эффективным, если ис­пользовать метод пошаговой разработки , суть...

3. Системное и программное обеспечение

   Реферат >> Информатика

   ... : Разработка блок схемы алгоритма решения задачи по контролю знаний слушателей ФПК. ОписаниеФФффуввыа блоков схемы алгоритма решения задачи . Блок 1 ... – ввести имя (обозначение) задачи , ввести...

В жизни нам часто приходится встречаться с различными ситуациями, в которых мы совершаем одни и те же определенные действия. Для того, чтобы вовремя проснуться, нам нужно не забыть включить будильник. Для того, чтобы утолить свой голод, нам необходимо выполнить одни и те же действия по приготовлению вкусной пищи. Для того, чтобы выполнить знакомую нам работу, мы тоже часто делаем одно и то же.

Такое поведение можно называть по-разному, смотря в каком контексте оно рассматривается. Если рассмотреть с позиции эффективности деятельности, то эти действия можно назвать привычками или навыками. Если рассматривать с точки зрения отображения процесса, то описание последовательности действий, строгое исполнение которых приводит к решению поставленных задач за определенное количество шагов, называют алгоритмом действий.

Как создаются алгоритмы действий?

Мы постоянно сталкиваемся с этим в обычной жизни. Какие действия мы совершаем, чтобы пополнить счет своего мобильного телефона? Каждый из нас — разные. Так как способов пополнения счета несколько, следовательно мы все по-разному это делаем. Результат, правда всегда один получается — появление средств на телефоне.

Или еще пример: чтобы скопировать картинку или текст, нажимаем правой кнопкой мыши на картинку, затем выбираем «Копировать», помещаем в нужное место, нажимаем правой кнопкой » Вставить», и результат достигнут.

Все это — определенная последовательность действий, в результате которых различными средствами решается поставленная задача. Но пока это только наши знания, которые перерастают в навыки и умения, а если этот процесс описать, то мы сможем наглядно увидеть алгоритм наших действий, и передать его другим людям. На словах не все и не всегда понятно бывает.

Опишите последовательность действий — это запоминается

Создать алгоритм действий можно, описав или изобразив его последовательность. Знают ли все, что надо сделать, чтобы посадить дерево? Возможно, основные шаги понятны всем, но вот когда деревце поливать, перед посадкой или после, помнит не каждый. Созданный алгоритм позволит все действия выполнить в правильной последовательности.

Чтобы описать последовательность действий посложнее, придется постараться и подробно их все записать. Пример можно взять с всевозможных правил и инструкций — там очень четко прописываются по шагам действия, которые нам надо сделать. Но бывают ситуации, в которых за определенным действие следует не один шаг, а несколько, в зависимости от предыдущего результата. В таком случае, предположительные действия тоже записывают, чтобы человек мог легко сориентироваться в разных ситуациях, и знал, что нужно предпринять.

Алгоритм действий в графике — это блок-схема

Если изобразить алгоритмы действий в графическом варианте, с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения действия, то мы получим блок-схему. Блок-схема намного превосходит правила, инструкции, и записанные по порядку алгоритмы действий, по своей наглядности и читаемости.

Представьте, что вам нужно чему-то научить другого человека. Вы отлично знаете все действия в определенной последовательности. Ваша задача — показать, как это нужно делать и передать свои знания так, чтобы другой человек их запомнил и знал так же, как и вы. Устная передача знаний допускает импровизации и некоторый произвол. Самым лучшим способом будет блок-схема, в которой объясняется последовательность и возможные варианты действий. В качестве примера — веселое руководство по изучению блог-схем:

Лучшим условием для получения результата будет повторяемость действий. Это однозначно влияет на скорость достижения результата в будущем. Чем чаще вам придется повторять одни и те же действия, тем быстрее вы научитесь выполнять последовательность действий, а значит в каждый последующий раз, вам потребуется меньше времени на выполнение.

Блок-схемы применяются в продажах

В продажах такое обучение с помощью разработки алгоритмов и изображения их в виде блок-схем имеет большое распространение. Чаще всего их используют в телефонных сценариях разговоров в call-центрах и для «холодных» звонков. Корпоративная культура набирает обороты, поэтому многие компании уже не позволяют сотрудникам нести «отсебятину», даже талантливую, а предлагают действовать им по заранее разработанному сценарию, представляя «лицо фирмы» на различных этапах. Эффект появляется буквально после нескольких дней действий «по бумажке». Со временем, многое из описанных алгоритмов запоминается сотрудником, и в дальнейшем он свободно может общаться, не опасаясь того, в какую сторону может уйти разговор.

Алгоритмы действий и блог-схемы разрабатываются не только в продажах. Большое распространение они имеют в обучении и практике врачей, программистов, «компьютерщиков», у многих технических специальностей.

Стоит попробовать научиться действовать по подобным блок-схемам. Ведь впервые встречаясь с непонятным поначалу обилием действий и задач, думаешь о том, как тебе не хватает разработанной блок-схемы. После долгих мучений не выдерживаешь, и начинаешь разрабатывать и создавать самостоятельно. Эффективные люди не любят простоев в делах. А блок-схемы значительно упрощают жизнь и позволяют разобраться в решении сложных задач.

Сервисы для разработки блок-схем

В интернете есть сервисы, которые могут помочь вам создавать такие блок-схемы. Один из них — Сacoo . С его помощью вам легко удастся превращать ваши алгоритмы в различные диаграммы, блок-схемы и графики. Вы увидите, что это очень приятное и радостное занятие — преобразовывать то, что вам известно, в науку для других людей.

— хорошее настроение вам обеспечено. На первоначальном этапе можно воспользоваться возможностями бесплатной учетной записи, а в будущем за доступ нужно будет платить. Естественно, что бесплатный доступ имеет ограничения по сравнению с платными. Но для изучения и первых шагов, функционала вполне достаточно.

Разработав алгоритмы действий и преобразовав их в блок-схемы с помощью Cacoo, вы сможете надолго создать хорошее настроение не только себе, но и другим людям, постигающим азы.

Создавайте игровые блок-схемы для своих детей

Подводя итог вышесказанному отмечу, что теперь вы сможете использовать алгоритмы действий и блок-схемы в различных жизненных ситуациях. Даже ваши дети с огромным удовольствием станут выполнять не самые интересные обязанности, следуя понятным подсказкам. Если будут идеи, где и как можно применять алгоритм действий , поделитесь в комментариях, уважаемые читатели. Очень хотелось бы узнать про ваши алгоритмы.

Моя блок-схема

Вот какая блок-схема у меня получилась в первый раз. Для того, чтобы увеличить изображение, нажмите на него. После перехода на Cacoo, под записью «просмотр фигуры», нажимайте на картинку. Она откроется в большом окне. Удачи!

Исключительно важно использовать язык блок-схем при разработке алгоритма решения задачи. Решение одной и той же задачи может быть реализовано с помощью различных алгоритмов, отличающихся друг от друга как по времени счета и объему вычислений, так и по своей сложности. Запись этих алгоритмов с помощью блок-схем позволяет сравнивать их, выбирать наилучший алгоритм, упрощать, находить и устранять ошибки.

Отказ от языка блок-схем при разработке алгоритма и разработка алгоритма сразу на языке программирования приводит к значительным потерям времени, к выбору неоптимального алгоритма. Поэтому необходимо изначально разработать алгоритм решения задачи на языке блок-схем, после чего алгоритм перевести на язык программирования.

При разработке алгоритма сложной задачи используется метод пошаговой детализации. На первом шаге продумывается общая структура алгоритма без детальной проработки отдельных его частей. Блоки, требующие детализации, обводятся пунктирной линией и на последующих шагах разработки алгоритма продумываются и детализируются.

В процессе разработки алгоритма решения задачи можно выделить следующие этапы:

• Этап 1 . Математическое описание решения задачи.
• Этап 2 . Определение входных и выходных данных.
• Этап 3 . Разработка алгоритма решения задачи.

Базовые алгоритмические конструкции

В теории программирования доказано, что для записи любого, сколь угодно сложного алгоритма достаточно трех базовых структур :

• следование (линейный алгоритм);
• ветвление (разветвляющийся алгоритм);
• цикл-пока (циклический алгоритм).

Линейные алгоритмы

Линейный алгоритм образуется из последовательности действий, следующих одно за другим. Например, для определения площади прямоугольника необходимо сначала задать длину первой стороны, затем задать длину второй стороны, а уже затем по формуле вычислить его площадь.

Пример

ЗАДАЧА. Разработать алгоритм вычисления гипотенузы прямоугольного треугольника по известным значениям длин его катетов a и b.

На примере данной задачи рассмотрим все три этапа разработки алгоритма решения задачи:

Математическим решением задачи является известная формула:

,

где с-длина гипотенузы, a, b – длины катетов.

Входными данными являются значения катетов a и b. Выходными данными является длина гипотенузы – c.

Разветвляющиеся алгоритмы

содержит условие, в зависимости от которого выполняется та или иная последовательность действий.

Пример

ЗАДАЧА. Разработать алгоритм вычисления наибольшего числа из двух чисел x и y.

Этап 1. Математическое описание решения задачи.

Из курса математики известно, если x > y, то наибольшее число x, если x < y, то наибольшее число y, если x = y, то число x равно числу y.

Этап 2. Определение входных и выходных данных.

Входными данными являются значения чисел x и y. Выходным данными являются:

• наибольшее число
• любое из чисел, если числа равны

Для решения задачи нам необходимо знать значения x и y.

Этап 3. Разработка алгоритма решения задачи.

В схеме алгоритма решения задачи цифрами указаны номера элементов алгоритма, которые соответствуют номерам шагов словесного описания алгоритма

В рассматриваемом алгоритме (рис.3) имеются три ветви решения задачи:

• первая: это элементы 1, 2, 3, 4, 8.
• вторая: это элементы 1, 2, 3, 5, 6, 8
• третья: это элементы 1, 2, 3, 5, 7, 8.

Выбор ветви определяется значениями x и y в элементах 3 и 5, которые являются условиями, определяющими порядок выполнения элементов алгоритма. Если условие (равенство), записанное внутри символа «решение», выполняется при введенных значениях x и y, то следующими выполняется элементы 4 и 8. Это следует из того, что они соединены линией с надписью «да» и направление (последовательность) вычислений обозначена стрелочкой.

Если условие в элементе 3 не выполняется, то следующим выполняется элемент 5. Он соединен с элементом 3 линией с надписью «нет». Если условие, записанное в элементе 5, выполняется, то выполняется элементы 6 и 8, в противном случае выполняются элементы 7 и 8.

Циклические алгоритмы

– определяет повторение некоторой части действий (операций), пока не будет нарушено условие, выполнение которого проверяется в начале цикла. Совокупность операций, выполняемых многократно, называется телом цикла.

Алгоритмы, отдельные действия в которых многократно повторяются, называются циклическими алгоритмами, Совокупность действий, связанную с повторениями, называют циклом .

При разработке алгоритма циклической структуры выделяют следующие понятия:

• параметр цикла – величина, с изменением значения которой связано многократное выполнение цикла;
• начальное и конечное значения параметров цикла;
• шаг цикла – значение, на которое изменяется параметр цикла при каждом повторении.

Цикл организован по определенным правилам. Циклический алгоритм состоит из подготовки цикла, тела цикла и условия продолжения цикла.

В подготовку цикла входят действия, связанные с заданием исходных значений для параметров цикла:

• начальные значения цикла;
• конечные значения цикла;
• шаг цикла.

В тело цикла входят:

• многократно повторяющиеся действия для вычисления искомых величин;
• подготовка следующего значения параметра цикла;
• подготовка других значений, необходимых для повторного выполнения действий в теле цикла.

В условии продолжения цикла определяется допустимость выполнения повторяющихся действий. Если параметр цикла равен или превысил конечное значение цикла, то выполнение цикла должно быть прекращено.

Пример

ЗАДАЧА . Разработать алгоритм вычисления суммы натуральных чисел от 1 до 100.

Этап 1. Математическое описание решения задачи .

Обозначим сумму натуральных чисел через S. Тогда формула вычисления суммы натуральных чисел от 1 до 100 может быть записана так:

где Xi – натуральное число X c номером i, который изменяется от 1 до n, n=100 – количество натуральных чисел.

Этап 2. Определение входных и выходных данных.

Входными данными являются натуральные числа: 1, 2, 3, 4, 5, …, 98, 99, 100.

Выходные данные – значение суммы членов последовательности натуральных чисел.

Параметр цикла – величина, определяющая количество повторений цикла. В нашем случае i – номер натурального числа.

Подготовка цикла заключается в задании начального и конечного значений параметра цикла.

• начальное значение параметра цикла равно 1,
• конечное значение параметра цикла равно n,
• шаг цикла равен 1.

Для корректного суммирования необходимо предварительно задать начальное значение суммы, равное 0.

Тело цикла. В теле цикла будет выполняться накопление значения суммы чисел, а также вычисляться следующее значение параметра цикла по формулам:

Условие продолжения цикла: цикл должен повторяться до тех пор, пока не будет добавлен последний член последовательности натуральных чисел, т.е. пока параметр цикла будет меньше или равен конечному значению параметра цикла.

Этап 3. Разработка алгоритма решения задачи.

Введем обозначения: S – сумма последовательности, i – значение натурального числа.

Начальное значение цикла i=1, конечное значение цикла i =100, шаг цикла 1.

Блок-схема представляет собой графическое отображение какого-либо процесса, четко показывающего систематическую последовательность всех этапов выполнения поставленной задачи, а также все группы, которые вовлечены в данный процесс. Такая схема является системой графических символов (блоков) и линий переходов (стрелок) между ними. Каждый из таких блоков соответствует определенному шагу алгоритма. Внутри такого символа дается описание данного действия.

Для чего применяют блок-схемы?

Упомянутые системы призваны выполнять следующие функции:

Разрабатывать новый процесс;

Описывать и документировать текущий алгоритм;

Разрабатывать модификации к данному процессу либо исследовать звенья с вероятным возникновением ошибок и сбоев;

Определять, когда, где и как можно менять текущий алгоритм, с целью проверки устойчивости всей системы.

Разработка последовательности операций

Любая блок-схема строится на основе алгоритма действий, описывающего работу устройства или программы. Поэтому сначала строится сама система. "Алгоритмом" называют описание последовательности операций для решения поставленной задачи. По сути, это правила выполнения необходимых процессов Прежде чем приступить к построению алгоритма, требуется четко определить задачу: что необходимо получить в результате, какая исходная информация нужна, а какая уже имеется, есть ли ограничения для ее получения. После этого составляется список действий, которые необходимо осуществить для получения требуемого результата.

Типы алгоритмов

На практике чаще всего применяют следующие виды блок-схем:

Графическая, то есть в основе находятся геометрические символы;

Словесная: составляется с помощью обычных слов того или иного языка;

Псевдокоды: представляют собой полуформализованное описание на которое включает в себя элементы языка программирования и фразы литературного, а также общепринятые математические символы;

Программная: для записи используются исключительно языки программирования.

Блок-схема устройства: описание

Графическое представление последовательности действий включает в себя изображение алгоритма, описывающего связи функциональных блоков данной схемы, которые соответствуют выполнению одного либо нескольких действий. Блок-схема массива состоит из отдельных элементов, размеры и правила построения которых определены государственным стандартом. Для каждого типа действия (ввода данных, вычисления значений выражений, проверки условий, управления повторением действий, окончания обработки и др.) предусмотрена отдельная представленная в виде блока. Эти символы соединяются линиями, определяющими очередность действий.

Основные элементы, употребляемые при составлении блок-схем

Полный список графических символов, используемых для описания алгоритма, состоит из 42 элементов. Его весь мы приводить не будем, а рассмотрим только основное.

Элементы блок-схемы:

1. Процесс означает вычислительное действие либо последовательность таких действий, изменяющих значения, размещения данных или форму представления. Для наглядности схемы такие элементы можно объединить в один блок. Данный символ имеет вид прямоугольника, внутри которого записываются комментарии, сопровождающие выполнение операции (либо группы операций).

2. Решение. Данный блок применяется для обозначения перехода управления по определенному условию. В каждом таком элементе указывается вопрос, сравнение или условие, которые его определяет. Другими словами, решение - это выбор направления для выполнения программы или алгоритма в зависимости от некоего переменного условия. Графический вид данного элемента - это ромб. Упомянутый символ может использоваться в качестве изображения следующих унифицированных структур: выбор, развилка полная и неполная, цикл «до» и «пока».

3. Модификация. Этот блок означает начало цикла. Он применяется для организации циклической конструкции. Внутри такого элемента записывают параметр круга действий, указывают его начальные значения, граничное условие, а также шаг изменения параметра для последующего повторения. Другими словами, модификация - это выполнение меняющихся команд или их групп, операций, изменяющих программу. Графическое изображение этого символа представляет собой шестиугольник.

4. Предопределенный процесс означает вычисление по заданной или стандартной программе. Его используют для указания обращения к вспомогательному алгоритму, который существует автономно в виде отдельных самостоятельных модулей, а также для обращения к библиотечным подпрограммам. Графически вид этого символа представлен прямоугольником с двумя вертикальными полями по краям. Этот элемент служит для указаний обращений к функциям, процедурам, программным модулям.

5. Ввод-вывод данных в общем виде.

6. Пуск и остановка. Этот элемент означает начало и конец алгоритма, а также вход в программу и выход из неё. Графически данный символ напоминает прямоугольник, у которого вместо боковых прямых - дуги.

7. Документ означает вывод результатов работы на печать. Графически такой элемент напоминает прямоугольник, только вместо нижней прямой начертана полуволна.

8. Ручной ввод означает пуск данных в процесс обработки оператором с помощью устройства, которое сопряжено с компьютером (клавиатура). Графический символ ручного ввода представляет собой четырехугольник, у которого боковые линии параллельны, нижняя перпендикулярна им, а верхняя косая.

9. Дисплей означает ввод или вывод информации в случае, когда устройство непосредственно подключено к процессору. В тот момент, когда начинают воспроизводиться данные, оператор может вносить изменения во время их обработки. Графически данный элемент представляет фигуру, у которой нижняя и верхняя линии параллельны, правая - это дуга, а левая состоит из двух прямых в виде стрелки.

10. Линии потока - это стрелки, которые указывают последовательность связей. Ни одна блок-схема структуры не может обходиться без данного элемента. Существуют определенные правила начертания этих символов. Перечислим их:

Данные элементы должны быть параллельными линиям внешнего периметра или границам страницы, на которой изображена эта блок-схема;

Направление линии сверху вниз или слева направо считается основным, стрелками оно не обозначается, остальные случаи указания направлений обозначены ими;

Изменение направления данного элемента производится только под углом 90 о.

11. Соединитель. Данный элемент предназначен для указания связи на прерванных линиях потока. Эти символы используются в том случае, если блок-схема программы строится из нескольких частей. Тогда линия потока от одной части должна закончиться «соединителем», а новой части - начаться с данного символа. Внутри такого элемента ставится один и тот же порядковый номер. Графическое изображение «соединителя» - это круг.

12. Межстраничный соединитель. Назначение этого элемента аналогично предыдущему, только используется он для соединения блок-схем, размещенных на разных страницах. Изображение такого элемента представлено пятиугольником в виде домика.

13. Комментарий - это связь между различными элементами блок-схемы с пояснениями. Упомянутый элемент позволяет включать в себя формулы и прочую информацию.

Построение блок-схем

Графическое построение алгоритма - это часть документации к устройству или программе, которая всегда имеется в избытке. Однако в большинстве случаев программное обеспечение вообще не нуждается в блок-схеме. Лишь единицам требуется построение алгоритма, занимающего несколько листов, остальным же достаточно символичной схемы. Простая блок-схема показывает структуру ветвления программ только в одном аспекте. Однако даже такая структура четко видна только при условии, что алгоритм помещается на одном листе. В обратном случае, когда блок-схема расположена на нескольких страницах, связанных межстраничными переходами, весьма сложно получить о ней верное представление. Если она размещается на одном листе, то для большой программы данное изображение алгоритма превращается в ее общий план с перечнем главных блоков и этапов. Конечно же, такой график не следует стандартам построения схем, но он и не нуждается в них, так как этот процесс полностью индивидуален. Правила, касающиеся типа символов, стрелок и порядка нумерации, необходимы только для разбора подробных блок-схем.

Массивы и построение алгоритмов

Массив представляет собой совокупность однотипной информации, которая хранится в последовательных кластерах памяти и имеет общее имя. Такие ячейки называются "элементами системы". Все кластеры нумеруются по порядку. Такой номер называется "индексом элемента массива". Как составить блок-схему для подобной системы? Рассмотрим пример создания алгоритма для элементарного типа. Простейшая система имеет условно вид строки. Зададим имя для данного массива - «А». Будем считать, что наша система состоит из восьми ячеек (от 1 до 8). Каждый из упомянутых кластеров содержит случайное число, которое называется "элементом массива". Для обращения в конкретной ячейке необходимо указывать имя в (). Рассмотрим пример, в котором блок-схема массива предназначена для заполнения системы случайными числами с последующим выводом информации на экран. Что представляет собой такой алгоритм? Это элементарная система. По сути, она не имеет практического применения, однако удобна для учебного процесса. Рассматриваемая блок-схема (пример построения описан ниже) содержит всего семь основных элементов, соединенных линиями переходов.

Описание последовательности выполнения задачи

1. Первым элементом схемы будет символ «Начало».

2. Вторым блоком - «Процесс», внутри которого вписываем «инициализация random».

3. Следующий элемент - «Модификация», в блоке вписываем значение ячеек массива.

4. Далее, согласно заданной функции, происходит переадресация на следующий блок «процесса», в котором задается обращение к конкретным кластерам системы с указанием ограничения случайных чисел в диапазоне от нуля до ста. После проведения данной операции происходит возврат к третьему блоку, а через него - далее на пятый.

5. В этом блоке «Модификации», согласно вписанной функции, происходит переадресация на следующий элемент.

6. «Вывод» производит отображение информации о новом содержимом массива на мониторе с последующим направлением на предыдущий блок. Далее - на последний элемент.

7. «Конец» работы алгоритма.

На базе такой блок-схемы составляется программа, которая обеспечит работу представленного алгоритма.

«Редактор блок-схем»

Если вы задаетесь вопросом о том, как составить блок-схему, то знайте, что существуют специальные программы, которые предназначены для создания, а также редактирования таких систем. Удобством графического отображения алгоритма является то, что пользователь не привязан к синтаксису конкретного языка программирования. Построенная блок-схема одинаково подходит для всех языков (например, С, Паскаль, Бейсик и другие). Кроме того, редактор может использоваться для построения диаграмм и проверки работоспособности схем. Такая программа является специализированным софтом. Она предоставляет разнообразный набор инструментов, необходимых для построения блок-схем, что делает ее более удобной, по сравнению с обычными Дополнительные опции позволяют оптимизировать процесс составления системы с дальнейшим ее преобразованием в функции и процедуры языка программирования. Кроме того, редактор блок-схем предлагает набор шаблонов, способных существенно ускорить работу начинающего пользователя. Ведь известно, что при построении алгоритма часто применяются повторяющиеся структуры, например разнообразные варианты циклов, альтернативы (полные и неполные), множественные ветвления и прочее. Редактор позволяет выделять часто используемые в блок-схемах элементы и добавлять их в создаваемую схему. Это избавляет от прорисовки их каждый раз заново. Кроме того, с помощью редактора можно импортировать функции и процедуры, реализованные на любом известном языке программирования. Данная опция полезна для разбора структуры алгоритма, который написан на малознакомом языке. Системные требования рассматриваемой программы довольно скромные, что позволяет использовать ее на любом

Заключение

Подводя итог, следу отметить, что подробные схемы построения алгоритмов уже устарели. В качестве описания процесса они никому не интересны. В лучшем случае блок-схемы пригодны для проведения обучения новичков, которые не умеют алгоритмически мыслить. Предложенные в свое время элементы со своим содержанием являлись языком высокого уровня, они объединяли операторов языка машины в отдельные группы. На данный момент каждый графический элемент соответствует конкретному оператору. Значит, сам символ превратился в случайное, а главное - бесполезное занятие по рисованию, от которого легко можно отказаться. Сегодня стали лишними даже линии переходов, так как каждый оператор уже определен. В действительности графическое построение алгоритмов больше превозносится, чем применяется на практике. Программист с большим опытом работы, прежде чем написать программу, редко чертит блок-схему. Когда стандарт организации требует графический алгоритм, то рисуют его уже после окончания работ.

В этой статье будут рассмотрены примеры блок-схем, которые могут встретиться вам в учебниках по информатике и другой литературе. Блок-схема представляет собой алгоритм, по которому решается какая-либо задача, поставленная перед разработчиком. Сначала нужно ответить на вопрос, что такое алгоритм, как он представляется графически, а самое главное - как его решить, зная определенные параметры. Нужно сразу отметить, что алгоритмы бывают нескольких видов.

Что такое алгоритм?

Это слово ввел в обиход математик Мухаммед аль-Хорезми, который жил в период 763-850 года. Именно он является человеком, который создал правила выполнения арифметических действий (а их всего четыре). А вот ГОСТ от 1974 года, который гласит, что:

Алгоритм - это точное предписание, которое определяет вычислительный процесс. Причем имеется несколько переменных с заданными значениями, которые приводят расчеты к искомому результату.

Алгоритм позволяет четко указать исполнителю выполнять строгую чтобы решить поставленную задачу и получить результат. Разработка алгоритма - это разбивание одной большой задачи на некую последовательность шагов. Причем разработчик алгоритма обязан знать все особенности и правила его составления.

Особенности алгоритма

Всего можно выделить восемь особенностей алгоритма (независимо от его вида):

1. Присутствует функция ввода изначальных данных.
2. Есть вывод некоего результата после завершения алгоритма. Нужно помнить, что алгоритм нужен для того, чтобы достичь определенной цели, а именно - получить результат, который имеет прямое отношение к исходным данным.
3. У алгоритма должна быть структура дискретного типа. Он должен представляться последовательными шагами. Причем каждый следующий шаг может начаться только после завершения предыдущего.
4. Алгоритм должен быть однозначным. Каждый шаг четко определяется и не допускает произвольной трактовки.
5. Алгоритм должен быть конечным - необходимо, чтобы он выполнялся за строго определенное количество шагов.
6. Алгоритм должен быть корректным - задавать исключительно верное решение поставленной задачи.
7. Общность (или массовость) - он должен работать с различными исходными данными.
8. Время, которое дается на решение алгоритма, должно быть минимальным. Это определяет эффективность решения поставленной задачи.

А теперь, зная, какие существуют блок-схемы алгоритмов, можно приступить к рассмотрению способов их записи. А их не очень много.

Словесная запись

Такая форма, как правило, применяется при описании порядка действий для человека: «Пойди туда, не знаю куда. Принеси то, не знаю что».

Конечно, это шуточная форма, но суть понятна. В качестве примера можно привести еще, например, привычную запись на стеклах автобусов:«При аварии выдернуть шнур, выдавить стекло».

Здесь четко ставится условие, при котором нужно выполнить два действия в строгой последовательности. Но это самые простые алгоритмы, существуют и более сложные. Иногда используются формулы, спецобозначения, но при обязательном условии - исполнитель должен все понимать.

Допускается изменять порядок действий, если необходимо вернуться, например, к предыдущей операции либо обойти какую-то команду при определенном условии. При этом команды желательно нумеровать и обязательно указывается команда, к которой происходит переход: «Закончив все манипуляции, повторяете пункты с 3 по 5».

Запись в графической форме

В этой записи участвуют элементы блок-схем. Все элементы стандартизированы, у каждой команды имеется определенная графическая запись. А конкретная команда должна записываться внутри каждого из блоков обычным языком или математическими формулами. Все блоки должны соединяться линиями - они показывают, какой именно порядок у выполняемых команд. Собственно, этот тип алгоритма более подходит для использования в программном коде, нежели словесный.

Запись на языках программирования

В том случае, если алгоритм необходим для того, чтобы задачу решала программа, установленная на ПК, то нужно его записывать специальным кодом. Для этого существует множество языков программирования. И алгоритм в этом случае называется программой.

Блок-схемы

Блок-схема - это представление алгоритма в графической форме. Все команды и действия представлены геометрическими фигурами (блоками). Внутри каждой фигуры вписывается вся информация о тех действиях, которые нужно выполнить. Связи изображены в виде обычных линий со стрелками (при необходимости).

Для оформления блок-схем алгоритмов имеется ГОСТ 19.701-90. Он описывает порядок и правила создания их в графической форме, а также основные методы решения. В этой статье приведены основные элементы блок-схем, которые используются при решении задач, например, по информатике. А теперь давайте рассмотрим правила построения.

Основные правила составления блок-схемы

Можно выделить такие особенности, которые должны быть у любой блок-схемы:

1. Обязательно должно присутствовать два блока - «Начало» и «Конец». Причем в единичном экземпляре.
2. От начального блока до конечного должны быть проведены линии связи.
3. Из всех блоков, кроме конечного, должны выходить линии потока.
4. Обязательно должна присутствовать нумерация всех блоков: сверху вниз, слева направо. Порядковый номер нужно проставлять в левом верхнем углу, делая разрыв начертания.
5. Все блоки должны быть связаны друг с другом линиями. Именно они должны определять последовательность, с которой выполняются действия. Если поток движется снизу вверх или справа налево (другими словами, в обратном порядке), то обязательно рисуются стрелки.
6. Линии делятся на выходящие и входящие. При этом нужно отметить, что одна линия является для одного блока выходящей, а для другого входящей.
7. От начального блока в схеме линия потока только выходит, так как он является самым первым.
8. А вот у конечного блока имеется только вход. Это наглядно показано на примерах блок-схем, которые имеются в статье.
9. Чтобы проще было читать блок-схемы, входящие линии изображаются сверху, а исходящие снизу.
10. Допускается наличие разрывов в линиях потока. Обязательно они помечаются специальными соединителями.
11. Для облегчения блок-схемы разрешается всю информацию прописывать в комментариях.

Графические элементы блок-схем для решения алгоритмов представлены в таблице:

Линейный тип алгоритмов

Это самый простой вид, который состоит из определенной последовательности действий, они не зависят от того, какие данные вписаны изначально. Есть несколько команд, которые выполняются однократно и только после того, как будет сделана предшествующая. Линейная блок-схема выглядит таким образом:

Причем связи могут идти как сверху вниз, так и слева направо. Используется такая блок-схема для записи алгоритмов вычислений по простым формулам, у которых не имеется ограничений на значения переменных, входящих в формулы для расчета. Линейный алгоритм - это составная часть сложных процессов вычисления.

Разветвляющиеся алгоритмы

Блок-схемы, построенные по таким алгоритмам, являются более сложными, нежели линейные. Но суть не меняется. Разветвляющийся алгоритм - это процесс, в котором дальнейшее действие зависит от того, как выполняется условие и какое получается решение. Каждое направление действия - это ветвь.

На схемах изображаются блоки, которые называются «Решение». У него имеется два выхода, а внутри прописывается логическое условие. Именно от того, как оно будет выполнено, зависит дальнейшее движение по схеме алгоритма. Можно разделить разветвляющиеся алгоритмы на три группы:

1. «Обход» - при этом одна из веток не имеет операторов. Другими словами, происходит обход нескольких действий другой ветки.
2. «Разветвление» - каждая ветка имеет определенный набор выполняемых действий.
3. «Множественный выбор» - это разветвление, в котором есть несколько веток и каждая содержит в себе определенный набор выполняемых действий. Причем есть одна особенность - выбор направления напрямую зависит от того, какие заданы значения выражений, входящих в алгоритм.

Это простые алгоритмы, которые решаются очень просто. Теперь давайте перейдем к более сложным.

Циклический алгоритм

Здесь все предельно понятно - циклическая блок-схема представляет алгоритм, в котором многократно повторяются однотипные вычисления. По определению, цикл - это определенная последовательность каких-либо действий, выполняемая многократно (более, чем один раз). И можно выделить несколько типов циклов:

1. У которых известно число повторений действий (их еще называют циклами со счетчиком).
2. У которых число повторений неизвестно - с постусловием и предусловием.

Независимо от того, какой тип цикла используется для решения алгоритма, у него обязательно должна присутствовать переменная, при помощи которой происходит выход. Именно она определяет количество повторений цикла. Рабочая часть (тело) цикла - это определенная последовательность действий, которая выполняется на каждом шаге. А теперь более детально рассмотрим все типы циклов, которые могут встретиться при составлении алгоритмов и решении задач по информатике.

Циклы со счетчиками

На рисунке изображена простая блок-схема, в которой имеется цикл со счетчиком. Такой тип алгоритмов показывает, что заранее известно количество повторений данного цикла. И это число фиксировано. При этом переменная, считающая число шагов (повторений), так и называется - счетчик. Иногда в учебниках можно встретить иные определения - параметр цикла, управляющая переменная.

Блок-схема очень наглядно иллюстрирует, как работает цикл со счетчиком. Прежде чем приступить к выполнению первого шага, нужно присвоить начальное значение счетчику - это может быть любое число, оно зависит от конкретного алгоритма. В том случае, когда конечное значение меньше величины счетчика, начнет выполняться определенная группа команд, которые составляют тело цикла.

После того, как тело будет выполнено, счетчик меняется на величину шага счетчика, обозначенную буквой h. В том случае, если значение, которое получится, будет меньше конечного, цикл будет продолжаться. И закончится он лишь в тогда, когда конечное значение будет меньше, чем счетчик цикла. Только в этом случае произойдет выполнение того действия, которое следует за циклом.

Обычно в обозначениях блок-схем используется блок, который называется «Подготовка». В нем прописывается счетчик, а затем указываются такие данные: начальное и конечное значения, шаг изменения. На блок-схеме это параметры I н, Ik и h, соответственно. В том случае, когда h=1, величину шага не записывают. В остальных случаях делать это обязательно. Необходимо придерживаться простого правила - линия потока должна входить сверху. А линия потока, которая выходит снизу (или справа, в зависимости от конкретного алгоритма), должна показывать переход к последующему оператору.

Теперь вы полностью изучили описание блок-схемы, изображенной на рисунке. Можно перейти к дальнейшему изучению. Когда используется цикл со счетчиком, требуется соблюдать определенные условия:

1. В теле не разрешается изменять (принудительно) значение счетчика.
2. Запрещено передавать управление извне оператору тела. Другими словами, войти в цикл можно только из его начала.

Циклы с предусловием

Этот тип циклов применяется в тех случаях, когда количество повторений заранее неизвестно. Цикл с предусловием - это тип алгоритма, в котором непосредственно перед началом выполнения тела осуществляется проверка условия, при котором допускается переход к следующему действию. Обратите внимание на то, как изображаются элементы блок-схемы.

В том случае, когда условие выполняется (утверждение истинно), происходит переход к началу тела цикла. Непосредственно в нем изменяется значение хотя бы одной переменной, влияющей на значение поставленного условия. Если не придерживаться этого правила, получим «зацикливание». В том случае, если после следующей проверки условия выполнения тела цикла оказывается, что оно ложное, то происходит выход.

В блок-схемах алгоритмов допускается осуществлять проверку не истинности, а ложности начального условия. При этом из цикла произойдет выход только в том случае, если значение условия окажется истинным. Оба варианта правильные, их использование зависит от того, какой конкретно удобнее использовать для решения той или иной задачи. Такой тип цикла имеет одну особенность - тело может не выполниться в случае, когда условие ложно или истинно (в зависимости от варианта, который применяется для решения алгоритма).

Ниже приведена блок-схема, которая описывает все эти действия:

Что такое цикл с постусловием?

Если внимательно присмотреться, то этот вид циклов чем-то похож на предыдущий. Самостоятельно построить блок-схему, описывающую этот цикл, мы сейчас и попробуем. Особенность заключается в том, что неизвестно заранее число повторений. А условие задается уже после того, как произошел выход из тела. Отсюда видно, что тело, независимо от решения, будет выполняться как минимум один раз. Для наглядности взгляните на блок-схему, описывающую выполнение условия и операторов:

Ничего сложного в построении алгоритмов с циклами нет, достаточно в них только один раз разобраться. А теперь перейдем к более сложным конструкциям.

Сложные циклы

Сложные - это такие конструкции, внутри которых есть один или больше простых циклов. Иногда их называют вложенными. При этом те конструкции, которые охватывают иные циклы, называют «внешними». А те, которые входят в конструкцию внешних - внутренними. При выполнении каждого шага внешнего цикла происходит полная прокрутка внутреннего, как представлено на рисунке:

Вот и все, вы рассмотрели основные особенности построения блок-схем для решения алгоритмов, знаете принципы и правила. Теперь можно рассмотреть конкретные примеры блок-схем из жизни. Например, в психологии такие конструкции используются для того, чтобы человек решил какой-то вопрос:

Или пример из биологии для решения поставленной задачи:

Решение задач с блок-схемами

А теперь рассмотрим примеры задач с блок-схемами, которые могут попасться в учебниках информатики. Например, задана блок-схема, по которой решается какой-то алгоритм:

При этом пользователь самостоятельно вводит значения переменных. Допустим, х=16, а у=2. Процесс выполнения такой:

1. Производится ввод значений х и у.
2. Выполняется операция преобразования: х=√16=4.
3. Выполняется условие: у=у 2 =4.
4. Производится вычисление: х=(х+1)=(4+1)=5.
5. Дальше вычисляется следующая переменная: у=(у+х)=(5+4)=9.
6. Выводится решение: у=9.

На этом примере блок-схемы по информатике хорошо видно, как происходит решение алгоритма. Нужно обратить внимание на то, что значения х и у задаются на начальном этапе и они могут быть любыми.