Методика решения задачи на эвм. Этапы решения задачи.

Решение задачи на ЭВМ сложный и трудоемкий процесс. Любая задача начинается с постановки задачи. На основе словесной формулировки задачи выбираются переменные, подлежащие определению, записываются ограничения, связи между переменными, в совокупности образующие математическую модель решаемой проблемы. Анализируется метод решения. На этом этапе необходимо принять очень важное решение - использовать ли имеющееся готовое программное обеспечение или разрабатывать собственную программу. Дешевле и быстрее использовать имеющиеся в наличие готовые разработки. Обновление программного обеспечения - задача программистов. В этом случае традиционно выделяются следующие основные этапы решения задачи на ЭВМ:

1) постановка задачи, разработка математической модели;
2) выбор метода численного решения;
3) разработка алгоритма и структуры данных;
4) проектирование программы;
5) производство окончательного программного продукта;
6) решение задачи на ЭВМ.
Постановка задачи - точное описание исходных данных, условий задачи и целей ее решения. На этом этапе многие из условий задачи, заданные в форме различных словесных описаний, необходимо выразить на точном (формальном) языке математики. Часто задача программирования задается в математической формулировке, поэтому необходимость в выполнении этапов 1 и 2 отпадает. Для решения достаточно сложных задач этап формализации может потребовать значительных усилий и времени. Среди опытных программистов распространено мнение, что выполнить этап формализации - это значит сделать половину всей работы по созданию программы.
Выбор метода решения тесно связан с постановкой задачи. На первом этапе задача сводится к математической модели, для которой известен метод решения. Метод численного решения сводит решение задачи к последовательности арифметических и логических операций. Однако возможно, что для полученной модели известны несколько методов решения и тогда предстоит выбрать лучший. Можно усовершенствовать существующий или разработать новый метод решения формализованной задачи. Эта работа по своему характеру является научно-исследовательской и может потребовать значительных усилий. Разработкой и изучением таких методов занимается раздел математики, называемый численным анализом.

При выборе метода надо учитывать требования, предъявляемые постановкой задачи, и возможности его реализации на конкретной ЭВМ: точность решения, быстроту получения результата, требуемые затраты оперативной памяти для хранения исходных и промежуточных данных и результатов.
Алгоритм устанавливает последовательность точно определенных действий, приводящих к решению задачи. При этом последовательность действий может задаваться посредством словесного или графического описаний. Если выбранный для решения задачи численный метод реализован в виде стандартной библиотечной подпрограммы, то алгоритм обычно сводится к описанию и вводу исходных данных, вызову стандартной подпрограммы и выводу результатов на экран или на печать. Более характерен случай, когда стандартные подпрограммы решают лишь какую-то часть задачи. Здесь эффективным подходом является разделение сложной исходной задачи на некоторые подзадачи, реализующиеся отдельными модулями. Определяется общая структура алгоритма, взаимодействие между отдельными модулями, детализируется логика. Этот этап тесно связан со следующим этапом – проектирования программы.
Проектирование программы включает в себя несколько подзадач. Во-первых, необходимо выбрать язык программирования. Во - вторых, определить кто будет использовать разработанное программное обеспечение и каким должен быть интерфейс (средство общения с пользователем). В - третьих, решить все вопросы по организации данных. В - четвертых, кодирование, т. е. описание алгоритмов с помощью инструкций выбранного языка программирования. Если задача, для которой разрабатывается алгоритм, сложная, то не следует сразу пытаться разрешить все проблемы. Сложившийся в настоящее время подход к разработке сложных программ состоит в последовательном использовании принципов проектирования сверху вниз, модульного и структурного программирования.
Окончательный программный продукт получается после отладки и испытания программы. При программировании и вводе данных с клавиатуры могут быть допущены ошибки. Их обнаружение, локализацию и устранение выполняют на этапе отладки и испытания (тестирования) программы. Причем, могут быть допущены логические ошибки и на этапе постановки задачи, и на этапе алгоритмизации. В этом случае необходимо вернуться к предыдущим этапам. Дорабатывать и улучшать программу можно в течение всего жизненного цикла программного продукта.
Решение задачи на ЭВМ - выполнение всех предусмотренных программой вычислений и вывод результатов расчета на экран дисплея или на печать.
Этапы решения задач на ЭВМ

Основные этапы решения задач на ЭВМ:

1.Постановка задачи

2.Определение методов решения

3.Составление алгоритмов

4.Написание программ для ЭВМ

5.Отладка программ на ЭВМ

6.Получение результатов на ЭВМ

1.Постановка задач

Постановка задач - точное и четкое определение требуемых результатов и исходных условий в задачах.

Результаты - правильные, если они отвечают требованиям поставленных задач.

Результаты - неправильные, если они противоречат поставленным требованиям.

Задачи могут быть частными (конкретными) и обобщенными (массовыми).

2.Определение методов решения

Метод решения - это общий способ решения некоторого класса задач.

Способ решения - правильный, если он дает правильные результаты.

Способ решения - неправильный, если он дает неправильные результаты.

Способ - последовательность действий, ведущая к получению результатов.

Метод решения - правильный, если он дает правильные результаты для любых исходных данных поставленной задачи.

3.Составление алгоритмов

Алгоритмизация - это составление алгоритмов для решения задач на ЭВМ.Исходным для решения задач на ЭВМ является точная постановка задач с четким выделение требуемого и исходного.

Алгоритм - результативный, если его выполнение приводит к получению результатов.

Алгоритм - правильный, если он дает правильные результаты для любых допустимых исходных данных.

Алгоритм содержит ошибки, если для он дает неправильные результаты либо не дает результатов вообще для некоторых допустимых исходных данных.

4.5.Написание и отладка программ на ЭВМ

Программирование - написание программ для ЭВМ может производится тремя способами:

написание программы исходя из условий задачи. (традиционный способ)

кодирование программ по детальным алгоритмам решения задач на ЭВМ

совестная разработка алгоритмов и программ (структурное проектирование)

Программа содержит ошибки, если ее выполнение на ЭВМ приводит к получению сбоев, отказов или получению не правильных результатов.

Ошибки в алгоритмах программах - одна из самых серьезных проблем в информатике и профессиональном программировании.

Отладка программ - поиск и исправление ошибок в программах на ЭВМ. Поскольку число ошибок неизвестно, то неизвестна и продолжительность отладки программ на ЭВМ.

Отсутствие ошибок в программах проверяется их тестированием на ЭВМ. Тестирование может выявить ошибки, но не может гарантировать отсутствие ошибок в программах. (Дейкстра)

Тестирование программ на ЭВМ

Тестирование программ - это процесс проверки программ на ЭВМ с помощью тестов. Тесты - это наборы тестовых исходных данных с перечнем правильных результатам.

6. Получение неправильных результатов, сбоев или отказов говорит о наличии ошибок в программах. Тестирование может показать наличие ошибок в программах на ЭВМ

Набор тестов - структурно полный, если на этом наборе тестов выполняется каждая альтернатива, каждая последовательность и каждый цикл один или несколько раз.

Тестирование не может гарантировать отсутствие ошибок в программах.Гарантии отсутствия ошибок может дать только исчерпывающий анализ правильности алгоритмов и программ.

Анализ и доказательства правильности алгоритмов и программ можно и нужно проводить после структурно полного тестирования программ на ЭВМ.