Алгоритм та його властивості. Блок-схема та псевдокод як способи запису алгоритмів.

Алгор́итм — послідовність, система, набір систематизованих правил виконання обчислювального процесу, що обов'язково приводить до розв'язання певного класу задач після скінченного числа операцій.[1] При написанні комп'ютерних програм алгоритм описує логічну послідовність операцій. Для візуального зображення алгоритмів часто використовують блок-схеми.

Властивості алгоритмів

1)Скінченність – алгоритм має завжди завершуватись після виконання скінченної кількості кроків. Процедуру, яка має решту характеристик алгоритму, без, можливо, скінченності, називають методом обчислень.

2)Дискретність – процес, що визначається алгоритмом, можна розчленувати (розділити) на окремі елементарні етапи (кроки), кожен з яких називається кроком алгоритмічного процесу чи алгоритму.

3)Визначеність – кожен крок алгоритму має бути точно визначений. Дії, які необхідно здійснити, повинні бути чітко та недвозначно визначені для кожного можливого випадку.

4) Вхідні дані – алгоритм має деяку кількість (можливо, нульову) вхідних даних, тобто, величин, заданих до початку його роботи або значення яких визначають під час роботи алгоритму.

5) Вихідні дані – алгоритм має одне або декілька вихідних даних, тобто, величин, що мають досить визначений зв'язок із вхідними даними.

6) Ефективність – алгоритм вважають ефективним, якщо всі його оператори досить прості для того, аби їх можна було точно виконати за скінченний проміжок часу з допомогою олівця та аркушу паперу.

7) Масовість – властивість алгоритму, яка полягає в тому, що алгоритм повинен забезпечувати розв`язання будь-якої задачі з класу однотипних задач за будь-якими вхідними даними, що належать до області застосування алгоритму.

Блок-схема — представлення задачі для її аналізу або розв'язування за допомогою спеціальних символів (геометричних образів), які позначають такі елементи, як операції, потік, дані тощо. Блок вхідних та вихідних даних прийнято позначати паралелограмом, блок обчислень (обробки) даних — прямокутником, блок прийняття рішень — ромбом, еліпсом — початок та кінець алгоритму. Схема машини, приладу, апарата, пристрою, в якій основні вузли (блоки), що утворюють її, зображено прямокутниками та іншими фігурами, а зв'язок між ними показано лініями зі стрілками. У автоматиці функціональна схема, або блок-схема САР, складається з функціональних блоків, які являють собою конструктивно відособлені частини (елементи або пристрої) автоматичних систем, які виконують певні функції. Функціональні блоки на схемі позначають прямокутниками, всередині яких надписують їх найменування відповідно до функцій, що виконуються. Зв'язки між функціональними блоками (внутрішні впливи) позначаються лініями зі стрілками, які вказують напрям впливів. Функціональні схеми можуть виконуватися в укрупненому і розгорненому вигляді. У першому випадку на схемі зображають найважливіші блоки системи і зв'язки між ними. У другому варіанті схема зображуються більш детально, що полегшує її читання та ілюструє принцип роботи.

Основні елементи схем алгоритму

1)Термінатор – елемент відображає вхід із зовнішнього середовища або вихід з неї (найчастіше застосування - початок і кінець програми). Всередині фігури записується відповідна дія.

2) Процес – виконання однієї або кількох операцій, обробка даних будь-якого виду (зміна значення даних, форми подання, розташування). Всередині фігури записують безпосередньо самі операції.

3)Рішення – показує рішення або функцію перемикального типу з одним входом і двома або більше альтернативними виходами, з яких тільки один може бути обраний після обчислення умов, визначених всередині цього елементу. Вхід в елемент позначається лінією, що входить зазвичай у верхню вершину елементу. Якщо виходів два чи три то зазвичай кожен вихід позначається лінією, що виходить з решти вершин (бічних і нижній). Якщо виходів більше трьох, то їх слід показувати однією лінією, що виходить з вершини (частіше нижній) елемента, яка потім розгалужується. Відповідні результати обчислень можуть записуватися поруч з лініями, що відображають ці шляхи.

4) Зумовлений процес – символ відображає виконання процесу, що складається з однієї або кількох операцій, що визначені в іншому місці програми (у підпрограмі, модулі). Всередині символу записується назва процесу і передані в нього дані.

5) Дані – перетвореному, придатну для обробки (введення) або відображення результатів обробки (вивід). Цей символ не визначає носія даних (для вказівки типу носія даних використовуються специфічні символи).

6) Межа циклу – символ складається з двох частин - відповідно, початок і кінець циклу - операції, що виконуються всередині циклу, розміщуються між ними. Умови циклу і збільшення записуються всередині символу початку або кінця циклу - в залежності від типу організації циклу. Часто для зображення на блок-схемі циклу замість цього символу використовують символ рішення, вказуючи в ньому умову, а одну з ліній виходу замикають вище в блок-схемі (перед операціями циклу).

7) З'єднувач – символ відображає вихід в частину схеми і вхід з іншої частини цієї схеми. Використовується для обриву лінії та продовження її в іншому місці (приклад: поділ блок-схеми, що не поміщається на листі). Відповідні сполучні символи повинні мати одне (при тому унікальне) позначення.

8) Коментар – використовується для детальнішої інформації про кроки, процесу або групи процесів. Опис поміщається з боку квадратної дужки і охоплюється нею по всій висоті. Пунктирна лінія йде до описуваного елементу, або групи елементів (при цьому група виділяється замкнутою пунктирною лінією). Також символ коментаря слід використовувати в тих випадках, коли обсяг тексту в будь-якому іншому символі (наприклад, символ процесу, символ даних та ін) перевищує його обсяг.

Псевдокод – компактний (найчастіше неформальний) мова опису алгоритмів, що використовує ключові слова імперативних мов програмування, але опускає несуттєві подробиці і специфічний синтаксис. Псевдокод зазвичай опускає деталі, несуттєві для розуміння алгоритму людиною. Такими несуттєвими деталями можуть бути опису змінних, системно-залежний код і підпрограми. Головна мета використання псевдокоду – забезпечити розуміння алгоритму людиною, зробити опис більш прийнятною, ніж вихідний код на мові програмування. Псевдокод широко використовується в підручниках і науково-технічних публікаціях, а також на початкових стадіях розробки комп'ютерних програм. Блок-схеми можна розглядати як графічну альтернативу псевдокод. На відміну від стандартизації синтаксису мов програмування, на синтаксис псевдокоду зазвичай не встановлюється стандартів, так як останній безпосередньо не компілюється у виконувану програму. Тому можна сказати, що зазвичай автор кожної публікації застосовує свій оригінальний псевдокод, однак щоб бути максимально зрозумілим читачам, автори публікацій містять псевдокод, як правило, запозичують потрібні їм конструкції з якої мови програмування. Найчастіше джерелом псевдокоду служать кілька мов, і таким чином псевдокод часто не містить специфічних ознак конкретної мови програмування. Крім того, математичні вираження часто включаються в псевдокод в тому вигляді, як їх прийнято записувати в математиці, а не в мовах програмування, а деякі фрагменти псевдокоду можуть бути фразами природної мови (російської, англійської). Однак при цьому конструкції деяких мов програмування частіше використовуються для псевдокоду. Так, наприклад, дуже часто використовується синтаксис, схожий на синтаксис мови Паскаль. Це пояснюється тим, що Паскаль створювався як мова, орієнтований на завдання навчання програмуванню, і тому синтаксис цієї мови особливо пристосований для сприйняття людиною. Часто використовуються і інші мови: Сі, Алгол, Фортран та інші. Їх використання можна пояснити як особистими симпатіями автора, так і поширеністю на момент написання публікації. У разі російськомовних публікацій в якості псевдокоду часто використовується переклад ключових слів мов програмування з англійської на російську. Такий підхід практикується, зокрема, в підручниках з інформатики. На практиці ж програміст може вибирати мову, яка максимально детально описує те, чого йому треба точно отримати від машини, щоб уникнути розбіжностей з замовником. У ряді випадків псевдокоду називають систему команд абстрактної машини, наприклад, P-код, псевдокод вигаданої машини MIX і т. д. На відміну від псевдокоду неформального характеру, такий псевдокод вже суворо формалізований, важче для розуміння людиною, але може бути трансльований в працюючу програму і запущений в програмі-емуляторі даної гіпотетичної машини.