Результативность (конечность)

При точном исполнении алгоритма процесс должен быть закончен за конечное число шагов и при этом должно быть получено решение задачи либо сообщение об его отсутствии.

 

 

 

Пример словесного алгоритма: кулинарный рецепт.

Аналитический алгоритм в виде математической формулы.

Блок-схема представляет из себя набор геометрических фигур, называемых блоками, внутри которых записываются действия алгоритма.

Блоки соединяются между собой с помощью стрелок, которые указывают порядок выполнения команд.

Любой алгоритм должен иметь только одно начало и один конец.

 

Блоки ввода и вывода информации:

 

 

В блок обработки информации записываются команды, которые завершаются выходом в одном направлении.

	Х = У + 120

 

 

Логический блок: внутри может написано любое логическое выражение.

 

 

Типы алгоритмов:

Линейный (следование)

Это такой алгоритм,

в котором все команды

выполняются строго

последовательно друг за другом.

2. Разветвляющийся (развилка)

Это такой алгоритм, в котором содержится команда ветвления.

Команда ветвления – это составная команда, в которой та или иная серия команд выполняется после проверки условия.

Команда ветвления имеет полную (1) или сокращенную форму (2)

Циклический

Это такой алгоритм, в котором содержится команда повторения.

Команда повторения – это составная команда, в которой тело цикла выполняется несколько раз.

ТРИ ТИПА КОМАНД ПОВТОРЕНИЯ: ЦИКЛ «ДЛЯ», ЦИКЛ «ПОКА», ЦИКЛ «ДО»

Отличие – способ проверки окончания цикла.

Цикл «ПОКА»

Цикл «ДЛЯ»

Цикл «ДО»

Этапы решения задач на ЭВМ

Каждый из нас имеет определенное представление о машинном решении задач. Но задачи бывают разные, и реализация их решения с помощью компьютеров иногда представляется делом непростым. При этом значительные усилия тратятся на подготовку задачи к ее решению на машине (так называемая домашинная подготовка). И чем сложнее задача, тем более трудоемкой становятся и домашинная подготовка, и машинная реализация решения задачи. Действительно, если требуется перемножить числа или вычислить какое-либо значение тригонометрической функции, то достаточно нажать на несколько клавиш микрокалькулятора, чтобы получить достаточно быстро результат. С такой задачей легко справиться, когда имеется персональный компьютер, позволяющий работать в режиме микрокалькулятора. А вот с решением задачи вычисления корней квадратного уравнения или задачи поиска наибольшего числа среди заданных и т. п. связаны определенные трудности. В общем, случае выделяют несколько этапов в подготовке и решении задач на ЭВМ:

1. постановка задачи;

2. математическое описание задачи;

3. выбор и обоснование метода решения;

4. алгоритмизация вычислительного процесса;

5. составление программы;

6. отладка программы;

7. решение задачи на ЭВМ и анализ результатов.

В задачах различного класса некоторые этапы могут отсутствовать, например, в задачах разработки системного программного обеспечения отсутствует математическое описание. Перечисленные этапы связаны друг с другом. Например, анализ результатов может показать необходимость внесения изменений в программу; алгоритм или даже в постановку задачи. Для уменьшения числа подобных изменений необходимо на каждом этапе по возможности учитывать требования, предъявляемые последующими этапами. В некоторых случаях связь между различными этапами, например, между постановкой задачи и выбором метода решения, между составлением алгоритма и программированием, может быть настолько тесной, что разделение их становится затруднительным.

Постановка задачи. На данном этапе формулируется цель решения задачи и подробно описывается ее содержание. Анализируются характер и сущность всех величин, используемых в задаче, и определяются условия, при которых она решается. Корректность постановки задачи является важным моментом, так как от нее в значительной степени зависят другие этапы.

Математическое описание задачи. Настоящий этап характеризуется математической формализацией задачи, при которой существующие соотношения между величинами, определяющими результат, выражаются посредством математических формул. Так формируется математическая модель явления с определенной точностью, допущениями и ограничениями. При этом в зависимости от специфики решаемой задачи могут быть использованы различные разделы математики и других дисциплин. |

Математическая модель должна удовлетворять по крайней мере двум требованиям: реалистичности и реализуемости. Под реалистичностью понимается правильное отражение моделью наиболее существенных черт исследуемого явления.

Реализуемость достигается разумной абстракцией, отвлечением от второстепенных деталей, чтобы свести задачу к проблеме с известным решением. Условием реализуемости является возможность практического выполнения необходимых вычислений за отведенное время при доступных затратах требуемых ресурсов.

Выбор и обоснование метода решения. Модель решения задачи с учетом ее особенностей должна быть доведена до решения при помощи конкретных методов решения. Само по себе математическое описание задачи в большинстве случаев трудно перевести на язык машины. Выбор и использование метода решения задачи позволяет привести решение задачи к конкретным машинным операциям. При обосновании выбора метода необходимо учитывать различные факторы и условия, в том числе точность вычислений, время решения задачи на ЭВМ, требуемый объем памяти и другие.

Одну и ту же задачу можно решить различными методами, при этом в рамках каждого метода можно составить различные алгоритмы.

4.Алгоритмизация вычислительного процесса. На данном этапе составляется алгоритм решения задачи согласно действиям, задаваемым выбранным методом решения. Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, и устанавливается последовательность выполнения блоков. Разрабатывается блок-схема алгоритма.

5.Составление программы. При составлении программы алгоритм решения задачи переводится на конкретный язык программирования. Для программирования обычно используются языки высокого уровня, поэтому составленная программа требует перевода ее на машинный язык ЭВМ. После такого перевода выполняется уже соответствующая машинная программа.

6.Отладка программы. Отладка заключается в поиске и устранении синтаксических и логических ошибок в программе.

В ходе синтаксического контроля программы транслятором выявляются конструкции и сочетания символов, недопустимые с точки зрения правил их построения или написания, принятых в данном языке. Сообщения об ошибках ЭВМ выдает программисту, при этом вид и форма выдачи подобных сообщений зависят от вида языка и версии используемого транслятора.

После устранения синтаксических ошибок проверяется логика работы программы в процессе ее выполнения с конкретными исходными данными. Для этого используются специальные методы, например, в программе выбираются контрольные точки, для которых вручную рассчитываются промежуточные результаты. Эти результаты сверяются со значениями, получаемыми ЭВМ в данных точках при выполнении отлаживаемой программы. Кроме того, для поиска ошибок могут быть использованы отладчики, выполняющие специальные действия на этапе отладки, например, удаление, замена или вставка отдельных операторов или целых фрагментов программы, вывод или изменение значений заданных переменных.

7. Решение задачи на ЭВМ и анализ результатов. После отладки программы ее можно использовать для решения прикладной задачи. При этом обычно выполняется многократное решение задачи на ЭВМ для различных наборов исходных данных. Получаемые результаты интерпретируются и анализируются специалистом или пользователем, поставившим задачу.

Разработанная программа длительного использования устанавливается на ЭВМ, как правило, в виде готовой к выполнению машинной программы. К программе прилагается документация, включая инструкцию для пользователя.

Чаще всего при установке программы на диск для ее последующего использования помимо файлов с исполняемым кодом устанавливаются различные вспомогательные программы (утилиты, справочники, настройщики и т. д.), а также необходимые для работы программ разного рода файлы с текстовой, графической, звуковой и другой информацией.

 

­­­­­­­ Контрольные вопросы:

1. Определение алгоритма. Примеры алгоритмов.

2. Свойства алгоритмом.

3. Способы задания алгоритмов.

4. Характеристика этапов решения задач с помощью ЭВМ.

 

 

Компьютер как исполнитель команд. Программный принцип работы компьютера. Примеры компьютерных моделей различных процессов.

Модель - это объект, который рассматривается вместо другого объекта с какой-то целью.

ПРИМЕРЫ МОДЕЛЕЙ:

o имитация (повторение) реального объекта в уменьшенном масштабе:

§ глобус (модель земного шара);

§ плюшевый мишка (модель живого медведя);

§ кукла (модель живого человека);

§ игрушечные машинки (модели реальных автомобилей).

o реальные объекты:

§ ладонь человека (модель самолета);

§ животные в медицинских исследованиях;

§ радиотехническая схема (модель сердца человека);

§ бассейн (модель космоса).

Необходимость создания моделей:

1. Для сохранения жизни и здоровья человека

2. Уменьшение затрат материальных средств

3. Для понимания сущности изучаемого объекта

4. Для того, чтобы научиться управлять объектом

5. Прогнозирование последствий

6. Для отдыха

7. Для решения прикладных задач

Моделирование -процесс создания и использования моделей.

Адекватность - степень совпадения свойств модели и моделируемого объекта.

 

Модель также может быть НЕ АДЕКВАТНОЙ. Это значит, что модель не соответствует тому объекту, который она заменяет.

 

 

Модель называется предметной, если эта модель является объемным предметом.

Примеры: глобус; скелет человека; детские игрушки.

Модель называется образно-знаковой, если эта модель является описанием моделируемого объекта в виде образов и знаков.

Примеры: фотография; учебник географии; картина; компьютерная игра; описание человека в художественном произведении.

Мысленная модель - это мысленный образ моделируемого объекта в памяти человека.

Примеры:

образ любимого человека в памяти; образ комнаты в памяти человека, живущего в ней.

Документальная модель - это описание или изображение моделируемого объекта на бумаге, картоне или другом плоском носителе.

Примеры:

фотография; картина; карта; описание главного героя в художественном произведении.

Компьютерная модель - это описание или изображение моделируемого объекта в памяти компьютера.

Примеры:

компьютерные игры; компьютерный исполнитель «Чертежник», «Робот».

 

Если модель учитывает изменение свойств моделируемого объекта от времени, то модель называется динамической, в противном случае статической.

Примеры:

динамические: заводные игрушки;

статические: глобус; мягкие игрушки; учебники.

 

 

 

Модель называется масштабной, если она получена путем увеличения или уменьшения внешних размеров моделируемого объекта и немасштабной, если внешние размеры модели не отражают внешних размеров моделируемого объекта.

Примеры:

Масштабные: глобус;макет скелета;чертеж;карта.

Немасштабные: кукла;детский рисунок.

	Если модель относится к какой-либо отрасли знаний, то её называют соответственно. Если модель не относится ни к какой отрасли знаний, то ее называют простейшей. Примеры: простейшие (игрушки); математическая (уравнение нахождения скорости поезда, времени, пути); географическая (глобус, карта, план); химическая (модель атома кислорода, углерода, формула химической реакции); и т.д.

 

Информационная модель объекта – это его описание.

Метод описания может разным: словесным, математическим, графическим.

Построению информационной модели предшествует системный анализ, задача которого: выделить существенные части и свойства объекта, связи между ними.

Информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут быть совершенно разными.

 

Основные типы информационных моделей

 

Форма информационной модели зависит от цели ее создания. Если важным требованием к модели является ее наглядность, то обычно выбирают графическую форму. Например, карта местности, чертеж, электрическая схема, график изменения температуры.

Табличная форма придает лаконичность и наглядность данным, структурным данным, позволяет увидеть закономерности в характере данных. Нередко табличная форма представления информации применяется наряду с графической. Большинство табличных процессоров дают возможность совмещать таблицы с диаграммами и графиками. Умение представлять данные в табличной форме - очень полезный навык. Практически на всех дисциплинах используются таблицы.

Основным принципом информационного моделирования является системный подход. Система – любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующих как единое целое.. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере, - система данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения – программная система. Важной характеристикой системы является ее структура. Структура – определенный порядок объединения элементов, составляющих систему. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Граф – информация о составе и структуре системы, представленная в графической форме. Элементы системы обозначаются овалами и называются вершинами графа; связи изображаются линиями, соединяющими вершины. Несимметричное отношение изображается направленной линией (дугой); симметричное – ненаправленной линией (ребром).

Граф, в котором все связи изображены дугами, называются ориентированным графом.

Граф, в котором нет петель, т.е. связанных по замкнутой линии вершин, называется деревом. Дерево имеет единственную выделенную вершину, которая называется корнем. От корня идут ветки. Конечные вершины ветвей называются листьями.

Системы, информационные модели которых представлены в виде дерева, называются иерархическими системами.

Современным подходом к информационному моделированию является объектно-ориентированный подход.

Объект – часть окружающей действительности. Информационная модель объекта включает в себя описание его характерных свойств и поведения (действий).

Множество объектов с одинаковым набором свойств и действий образуют класс. В иерархиях классов действует отношение наследования между нижними и верхними классами.

Объектно-информационная модель включает в себя описание иерархии классов и отдельных объектов с конкретными значениями свойств.

Контрольные вопросы:

1. Определение модели.

2. Виды моделей, их характеристика, примеры.

3. Информационные модели.