Этапы решения задач на ЭВМ

Процесс решения задач на компьютере - это совместная деятельность человека и ЭВМ. Этот процесс можно представить в виде нескольких последовательных этапов. На долю человека приходятся этапы, связанные с творческой деятельностью — постановкой, алгоритмизацией, программированием задач и анализом результатов, а на долю компьютера — этапы обработки информации в соответствии с разработанным алгоритмом.

Рассмотрим эти этапы на следующем примере: пусть требуется вычислить сумму двух целых чисел и вывести на экран результат.

Первый этап - постановка задачи. На этом этапе участвует человек, хорошо представляющий предметную область задачи. Он должен четко определить цель задачи, дать словесное описание содержания задачи и предложить общий подход к ее решению. Для задачи вычисления суммы двух целых чисел человек, знающий, как складываются числа, может описать задачу следующим образом: ввести два целых числа, сложить их и вывести сумму в качестве результата решения задачи.

Второй этап - математическое или информационное моделирование. Цель этого этапа - создать такую математическую модель решаемой задачи, которая может быть реализована в компьютере. Существует целый ряд задач, где математическая постановка сводится к простому перечислению формул и логических условий. Для вышеописанной задачи данный этап сведется к следующему: введенные в компьютер числа запомним в памяти под именами А и В, затем вычислим значение суммы этих чисел по формуле А+В, и результат запомним в памяти под именем Summa.

Третий этап - алгоритмизация задачи. На основе математического описания необходимо разработать алгоритм решения.

Алгоритмом называется точное предписание, определяющее последовательность действий исполнителя, направленных на решение поставленной задачи. В роли исполнителей алгоритмов могут выступать люди, роботы, компьютеры.

Используются различные способы записи алгоритмов. Широко распространен словесный способ записи: это записи рецептов приготовления различных блюд в кулинарной книге, инструкции по использованию технических устройств, правила правописания и многие другие. Наглядно представляется алгоритм языком блок-схем.

Четвертый этап — программирование. Программой называется план действий, подлежащих выполнению некоторым исполнителем, в качестве которого может выступать компьютер. Составление программы обеспечивает возможность выполнения алгоритма и соответственно поставленной задачи исполнителем-компьютером. Во многих задачах при программировании на алгоритмическом языке часто пользуются заменой блока алгоритма на один или несколько операторов, введением новых блоков, заменой одних блоков другими.

Пятый этап - ввод программы и исходных данных в ЭВМ. Программа и исходные данные вводятся в ЭВМ с клавиатуры с помощью редактора текстов, и для постоянного хранения осуществляется их запись на гибкий или жесткий магнитный диск.

Шестой этап - тестирование и отладка программы. На этом этапе происходят исполнение алгоритма с помощью ЭВМ, поиск и исключение ошибок. При этом программисту приходится выполнять работу по проверке работы программы, поиску и исключению ошибок, и поэтому для сложных программ этот этап часто требует гораздо больше времени и сил, чем написание первоначального текста программы. Отладка программы - сложный и нестандартный процесс. Исходный план отладки заключается в том, чтобы оттестировать программу на контрольных примерах.

Контрольные примеры стремятся выбрать так, чтобы при работе с ними программа прошла все основные пути блок-схемы алгоритма, поскольку на каждом из путей могут быть свои ошибки, а детализация плана зависит от того, как поведет себя программа на этих примерах: на одном она может зациклиться (т. е. бесконечно повторять одно и то же действие); на другом - дать явно неверный или бессмысленный результат и т. д. Сложные программы отлаживают отдельными фрагментами.

Седьмой этап - исполнение отлаженной программы и анализ результатов. На этом этапе программист запускает программу и задает исходные данные, требуемые по условию задачи.

Полученные в результате решения выходные данные анализируются постановщиком задачи, и на основании этого анализа вырабатываются соответствующие решения, рекомендации, выводы. Например, если при решении задачи на компьютере результат сложения двух чисел 2 и 3 будет 4, то следует сделать вывод о том, что надо изменить алгоритм и программу.

Возможно, что по итогам анализа результатов потребуются пересмотр самого подхода к решению задачи и возврат к первому этапу для повторного выполнения всех этапов с учетом приобретенного опыта. Таким образом, в процессе создания программы некоторые этапы будут повторяться до тех пор, пока мы получим алгоритм и программу, удовлетворяющие показанным выше свойствам.

Понятие алгоритма

Алгоритм – это точное и понятное указание исполнителю совершить конечную последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или на решение поставленной задачи.

Исполнитель – человек или автомат, который умеет выполнять определенный конечный набор действий.

Алгоритм может быть записан словесно, графически в виде блок-схемы или при помощи программы на одном из языков программирования.

Программа – это алгоритм, записанный на языке программирования.

Для создания алгоритма (программы) необходимо знать:

· полный набор исходных данных задачи (начальное состояние объекта);

· цель создания алгоритма (конечное состояние объекта);

· систему команд исполнителя (то есть набор команд, которые исполнитель понимает и может выполнить).

Любой алгоритм обладает следующими свойствами:

1. Дискретность. Выполнение алгоритма разбивается на последовательность элементарных действий – шагов. Каждое действие должно быть закончено исполнителем прежде, чем он перейдет к выполнению следующего действия. Произвести каждое отдельное действие исполнителю предписывает специальное указание в записи алгоритма, называемое командой.

2. Точность. Запись алгоритма должна быть такой, чтобы, выполнив очередную команду, исполнитель точно знал, какую команду надо выполнять следующей.

3. Понятность. Каждый алгоритм строится в расчете на конкретного исполнителя, который должен быть в состоянии выполнить каждую команду алгоритма в строгом соответствии с ее назначением.

4. Результативность. При точном исполнении всех предписаний алгоритма процесс должен завершиться за конечное число шагов, и при этом должен быть получен какой-либо ответ на поставленную задачу. В качестве одного из возможных решений может быть установление того факта, что задача не имеет решения

5. Массовость. Помощью одного и того же алгоритма можно решать однотипные задачи и делать это неоднократно. Свойство массовости значительно увеличивает практическую ценность алгоритмов.

Каждый алгоритм предполагает наличие некоторых исходных данных.

Разработка алгоритма решения задачи называется алгоритмизацией. В процессе алгоритмизации задача сводится к построению последовательности шагов, расположенных в определенном порядке.

Между алгоритмами и программами нет четкого разграничения. Программой обычно называют алгоритм решения задачи, рассчитанный на исполнение его компьютером и записанный с помощью предложений используемого языка программирования.

Алгоритмической структурой называется стандартный способ соединения отдельных шагов алгоритма для выполнения типичной последовательности действий.

Вспомогательный алгоритм(подпрограмма, процедура) представляет собой модуль, к которому можно многократно обращаться из основного алгоритма. Использование вспомогательных алгоритмов может существенно уменьшить размер алгоритма и упростить его разработку.