Презентация "Основы алгоритмизации. Типы алгоритмов. Основные элементы языка программирования" скачать бесплатно


Презентация "Основы алгоритмизации. Типы алгоритмов. Основные элементы языка программирования"


Подписи к слайдам:
Математические основы информатики. Основы алгоритмизации

Основы алгоритмизации. Типы алгоритмов. Основные элементы языка программирования.

  • Лекция №2 по курсу «Информатика»

Понятие и свойства алгоритма

  • Алгоритм – это набор точных предписаний, последовательное выполнение которых однозначно приводит задачу к решению за конечное число шагов.
  • Алгоритм обладает следующими свойствами:

Детерминированность(определенность,точность) – четкость и ясность всех предписаний: исполнителю алгоритма должно быть точно известно, какая команда алгоритма выполняется следующей («Уходя, гасите свет»)

  • Детерминированность(определенность,точность) – четкость и ясность всех предписаний: исполнителю алгоритма должно быть точно известно, какая команда алгоритма выполняется следующей («Уходя, гасите свет»)
  • Результативность – способность алгоритма приводить к решению задачи за конечное число шагов
  • дискретность – предписание представляет собой последовательность четко выраженных отдельных команд, причем, выполнив одну команду, исполнитель выполняет другую команду, промежуточных состояний нет
  • массовость (универсальность) – применимость алгоритма к решению задач определенного класса, чем шире этот класс, тем ценнее алгоритм

Существуют следующие способы записи алгоритмов:

  • Существуют следующие способы записи алгоритмов:
  • словесно-формульная запись
  • графическая запись (схема алгоритма, иначе, графическая схема алгоритма, блок-схема)
  • запись на конкретном языке программи-рования

Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

  • Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.
  • Пример.
  • Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел (алгоритм Евклида).

Алгоритм может быть следующим:

  • Алгоритм может быть следующим:
  • задать два числа
  • если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;
  • определить большее из чисел;
  • заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;
  • повторить алгоритм с шага 2.

Графическая схема алгоритма состоит из отдельных блоков, связанных линиями потоков

    • Графическая схема алгоритма состоит из отдельных блоков, связанных линиями потоков
  • Каждый блок описывает конкретный шаг алгоритма
  • Схемы алгоритмов должны соответствовать действующим стандартам на оформление схем алгоритмов, программ, данных и систем
  • [ГОСТ 19.701-90].
  • Ниже приводятся некоторые символы, определенные в стандарте и рекомендуемые к использованию в графических схемах алгоритмов.

Процесс

  • Процесс
  • Символ отображает функцию обработки данных любого вида.
  • Предопределенный процесс
  • Символ отображает предопределенный процесс, состоящий из одной или нескольких операций или шагов программы, которые определены в другом месте (в подпрограмме, модуле).

Данные

  • Данные
  • Символ отображает данные, носитель данных не определен.
  • Решение
  • Символ отображает решение или функцию переключательного типа, имеющую один вход и ряд альтернативных выходов, один и из которых может быть активизирован после вычисления условий, определенных внутри этого символа.

Линия

  • Линия
  • Символ отображает поток данных или управления
  • Соединитель
  • Символ отображает выход в часть схемы и вход из другой части этой схемы и используется для обрыва линии и продолжения ее в другом месте. Соответствующие символы соединители должны содержать одно и то же уникальное обозначение.

Терминатор

  • Терминатор
  • Символ отображает начало или конец схемы программы, внешнее использование и источник или пункт назначения данных.
  • Комментарий

Текст, описывающий функцию символа, следует располагать внутри данного символа.

  • Текст, описывающий функцию символа, следует располагать внутри данного символа.
  • Если текст не помещается внутри символа, следует использовать символ комментария.
  • При необходимости блоки в схеме можно нумеровать (например, чтобы иметь возможность ссылаться на тот или иной символ) слева вверху в разъеме символа. Например,
  • 3

Правила выполнения соединений:

  • Правила выполнения соединений:
  • Стандартное направление линий потока – слева направо и сверху вниз
  • Если направление потока отличается от стандартного, это направление указывается стрелками
  • В схемах следует избегать пересечения линий
  • Линии в схемах должны подходить к символу либо слева, либо сверху, а выходить либо справа, либо снизу.
  • Вход в блок и выход из блока следует размещать по центру символа

Типы алгоритмов

  • Теорема Дейкстра. Алгоритм любой сложности можно реализовать, используя только три конструкции: следования (линейные), выбора (ветвления) и повторения (циклические).
  • действие
  • действие
  • действие
  • Линейный - алгоритм, в котором все указанные действия выполняются один раз в том порядке, в котором они записаны.
  • В схеме линейный алгоритм представляется в виде типовой структуры следование:
  • Эдсгер Вибе Дейкстра

  • Начало
  • Конец
  • Действие 1
  • Действие n

  • Например, алгоритм посадки дерева:
  • Выкопать в земле ямку;
  • Опустить в ямку саженец;
  • Засыпать ямку с саженцем землей;
  • Полить саженец водой.

  • начало
  • Выкопать в земле ямку
  • Опустить в ямку саженец
  • Засыпать ямку с саженцем землей
  • Полить саженец водой
  • конец

В схеме разветвляющийся алгоритм представляется в виде типовых структур

  • В схеме разветвляющийся алгоритм представляется в виде типовых структур
  • Ветвление и выбор
    • Разветвляющийся - алгоритм, в котором некоторые действия выполняются один раз или не выполняются в зависимости от заданного условия.

Ветвление и выбор

  • Ветвление и выбор
  • условие
  • действие
  • Действие 1
  • Действие 2
  • условие
  • действие1
  • действие2
  • действие3
  • ключ
  • Полная форма
  • Неполная форма

  • Если друг на день рожденья Пригласил тебя к себе, То оставь подарок дома –  Пригодится самому…
  • Если пригласил друг
  • Нет
  • Да
  • Оставь дома подарок

  • Подъехал Иван Царевич к камню
  • Направо пойдешь?
  • Нет
  • Да
  • Голову сложишь
  • Коня потеряешь

  • Жена отправляет программиста в магазин. 
  • Купи батон колбасы и если будут яйца купи десяток. 
  • Яйца есть
  • Купить 1 батон
  • колбасы
  • Купить 10
  • нет
  • да
  • Программист - продавцу.  - У вас яйца есть?  - Есть!  - ОК. Мне 10 батонов колбасы.

В схеме циклический алгоритм представляется в виде типовой структуры цикл:

  • В схеме циклический алгоритм представляется в виде типовой структуры цикл:
  • Циклический - алгоритм, в котором некоторая последовательность действий может выполняться несколько раз в зависимости от заданного условия.

  • Начало
  • Встретить девушку
  • Примерить ей туфельку
  • Подошла?
  • Золушка найдена!
  • Конец
  • Распрощаться с девушкой
  • Нет
  • Да
  • Алгоритм поиска Золушки:

  • Итак, алгоритмы делятся на
  • линейные
  • разветвляющиеся
  • циклические
  • ( можно также выделить в отдельный тип смешанные).

  • Алгоритмы могут классифицироваться и по другому направлению.
  •   Комбинаторные алгоритмы:
  • Общие комбинаторные алгоритмы (например, генерация случайных чисел )
  • Алгоритмы на графах
  • Алгоритмы поиска
  • Алгоритмы сортировки
  • Алгоритмы слияния
  • Алгоритмы работы со строками

  • Алгоритмы сжатия данных
  • Криптографические алгоритмы
  • Цифровая обработка сигналов
  • И т.д.
  • Теоретико-числовые алгоритмы

Основные элементы языка программирования Delphi ( в версиях 1-6 – Object Pascal)

  • Паскаль был создан … 
  • Object Pascal — результат развития языка Турбо Паскаль, который, в свою очередь, развился из языка Паскаль. 

  • Внимание, вопрос:
  • Кто был автором языка программирования Pascal?
  • Блез Паскаль
  • Билл Гейтс
  • Слава КПСС
  • Никлаус Вирт
  • Леди Ада Лавлейс
  • Леди Гага

  • Язык Паскаль был создан Никлаусом Виртом в 1968-69 годах.
  • Назван в честь выдающегося французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля, который создал первую в мире механическую машину, складывающую два числа.

  • Имя «Дельфи» (Delphi) возникло как тестовое имя для отдельного полусамостоятельного проекта Borland - визуальной среды разработки для Windows, написанной на языке программирования Borland Object Pascal. Это имя родилось в середине 1993.
  • Было принято решение сделать средства для соединения и работы с базами данных центральной частью нового Pascal-продукта.
  • Есть такая СУБД – Oracle Database. У разработчиков возникла ассоциация «Дельфийский оракул» . И было предложено название Delphi.
  • Дельфы — древнегреческий город (латинское написание — Delphi).
  • Оракул - предсказатель будущего, а также человек, все суждения которого признаются непреложной истиной, откровением.

  • Почему 10 декабря названо Днем программиста ?
  • Августа Ада Лавлейс – первый программист - родилась 10 декабря 1815 года. Она была единственной дочерью великого английского поэта Джорджа Гордона Байрона (1788 — 1824) и Аннабеллы Байрон, урождённой Милбэнк (1792 — 1860). 

  • Алфавит языка.
  • Алфавит – совокупность допустимых символов:
  • буквы – буквы латинского алфавита, а также знак подчеркивания ( _ );
  • цифры 0..9;
  • шестнадцатеричные цифры;
  • разделители: исп-ся для отделения др. от друга идентификаторов, чисел, зарезервированных слов.
  • Можно исп-ть пробел, любой управляющий символ (коды 0.. 31), комментарий;

специальные символы:

  • специальные символы:
  • знаки пунктуации ({}, =,:=,’ и т.д.);
  • знаки операций (+, * и т.д. );
  • зарезервированные слова ( напр., begin, end и др.).
  • Идентификатор – имя любого объекта программы (переменной, константы, процедуры и др.).

Идентификатор может включать буквы латинского алфавита, цифры и символ подчеркивания.

  • Идентификатор может включать буквы латинского алфавита, цифры и символ подчеркивания.
  • Идентификатор не может начинаться с цифры.
  • Прописные и строчные буквы в идентификаторах не различаются.
  • Т.е. напр., Vasja1, VASJA1 и VaSjA1 – это один и тот же идентификатор

Структура программы в консольном приложении.

  • Структура программы в консольном приложении.
  • Консоль — это монитор и клавиатура, рассматриваемые как единое устройство. Консольное приложение — программа, предназначенная для работы в операционной системе MS-DOS (или в окне DOS), для которой устройством ввода является клавиатура, а устройством вывода — монитор, работающий в режиме отображения символьной информации (буквы, цифры и специальные знаки).
  • Консольные приложения удобны как иллюстрации при рассмотрении общих вопросов программирования, когда надо сосредоточиться на сути проблемы,

В программе могут быть следующие разделы:

  • В программе могут быть следующие разделы:
  • заголовок программы
  • раздел объявления используемых модулей
  • раздел объявления меток
  • раздел описаний
  • раздел объявления констант
  • раздел объявления типов
  • раздел объявления переменных
  • раздел объявления процедур и функций
  • тело программы или раздел операторов
  • ( обязательный раздел ).
  • раздел описаний

Заголовок состоит из зарезервированного слова Program и имени программы, завершается точкой с запятой. Имя программы может включать буквы, цифры и символ подчеркивания и не может начинаться с цифры.

  • Заголовок состоит из зарезервированного слова Program и имени программы, завершается точкой с запятой. Имя программы может включать буквы, цифры и символ подчеркивания и не может начинаться с цифры.
  • Порядок размещения разделов произвольный, но
  • ! в любом месте программы можно использовать лишь элементы , которые были определены ранее по тексту программы или являются стандартными элементами языка.

Тело программы начинается словом Begin и заканчивается словом End с точкой, которая является признаком конца программы.

  • Тело программы начинается словом Begin и заканчивается словом End с точкой, которая является признаком конца программы.
  • В любом месте программы могут располагаться комментарии. Комментарии заключаются в скобки {} или в скобки вида (* *) и могут занимать произвольное число строк. Они игнорируются компилятором и служат для пояснения текста программы.

  • Пример.
  • Программа, вычисляющая произведение двух чисел.
  • Program Primer; {Заголовок программы}
  • uses SysUtils, math; {раздел объявления используемых модулей}
  • {$Apptype console}
  • var {раздел объявления переменных}
  • x,y,p:real;
  • Write(′Введите два числа′); readln(x,y);
  • Begin {тело программы}
  • p:=x*y;
  • writeln(′ Произведение чисел равно ′,p)
  • End.

Под типом данных понимается множество допустимых значений этих данных, а также совокупность операций над ними.

  • Под типом данных понимается множество допустимых значений этих данных, а также совокупность операций над ними.
  • Типы данных.
  • Раздел объявления типов начинается зарезервированным словом type, после которого определяются вводимые типы.
  • Type
  • <имя типа1>=<определение типа1>;
  • <имя типа2>=<определение типа2>;
  • и т.д.

В Object Pascal можно выделить следующие типы данных:

  • В Object Pascal можно выделить следующие типы данных:
  • простые;
  • структурированные;
  • указатели;
  • процедурные типы;
  • объекты.

К простым типам относятся :

  • К простым типам относятся :
  • целые;
  • логический;
  • символьный;
  • перечисляемый;
  • тип-диапазон;
  • вещественные типы.

  • Тип
  • Диапазон значений
  • Размер в байтах
  • integer
  • -2147483648 ..
  • 2147483647
  • 4
  • byte
  • 0..255
  • 1
  • Целые

  • Тип
  • Диапазон значений
  • Размер в байтах
  • real
  • 5.0*10-324 ..1.7*10308
  • 8
  • double
  • 5.0*10-324 ..1.7*10308
  • 8
  • extended
  • 3.6*10-4951 ..1.7*104932
  • 10
  • Вещественные

Для размещения данных типа char требуется 1байт.

  • Для размещения данных типа char требуется 1байт.
  • Символьный тип.
  • Обозначается словом Char.
  • Значениями данных символьного типа могут являться любые символы из расширенного набора символов для ПЭВМ.
  • (Каждому символу приписывается целое число или код в диапазоне 0..255. Первая половина символов соответствует стандарту ASCII / American Standart Code for Information Interchange – американский стандартный код для обмена информацией/. Вторая половина символов с кодами 128..255 может меняться на ПЭВМ разных типов).

Тип Boolean представляет собой тип данных, любой элемент которого может принимать только два значения: True (истина) или False (ложь).

  • Тип Boolean представляет собой тип данных, любой элемент которого может принимать только два значения: True (истина) или False (ложь).
  • Логический тип.
  • Для размещения данных типа Boolean требуется 1 байт памяти

Существует 2 способа использования констант:

  • Существует 2 способа использования констант:
  • непосредственное использование значения константы;
  • использование идентификатора (имени) константы.
  • Задание констант именами осуществляется в разделе объявления констант, который начинается словом Const.
  • Константы.
  • Константами называются параметры программы, значения которых не меняются в процессе ее выполнения.

Const

  • Const
  • <имя константы1>=<значение 1>;
  • <имя константы2>=<значение 2>; и т.д.
  • Имя константы формируется согласно основному правилу формирования идентификаторов(см. выше).
  • Напр., Const Max=1345;
  • x_2=10.5;
  • 35r, f-47 , вася – недопустимые имена констант.

Константы могут быть целого, вещественного, символьного, логического и строкового типа.

  • Константы могут быть целого, вещественного, символьного, логического и строкового типа.
  • Целые. В изображении целых к. только знак и цифры. (-45, 509, +35)
  • Вещественные. В своем изображении могут содержать знак, цифры, десятичную точку, показатель степени - символ Е или е.
  • Сущ. две формы записи вещ. констант:
  • а) естественная 10.6 -0.001
  • б) экспоненциальная 0.107Е+02 -0.1е-02

Строковые и символьные константы.

  • Строковые и символьные константы.
  • Строка символов(или строковая константа) – это последовательность любого, в том числе и равного нулю, количества символов из стандартного набора символов ПЭВМ, расположенных на одной строке и заключенного в апострофы. Значимое кол-во символов 126.
  • Строка, состоящая из одного символа, называется символьной константой.
  • Напр. ' '
  • ' студент группы ТМ-11 '
  • ' f= '
  • ' h '

Переменные.

  • Переменные.
  • Переменные — элементы программы, значения которых могут изменяться в процессе ее выполнения.
  • Имя переменной придумывает программист.

Имя переменной формируется согласно основному правилу формирования идентификаторов (см. выше).

  • Имя переменной формируется согласно основному правилу формирования идентификаторов (см. выше).
  • Желательно, чтобы имя переменной несло смысловую нагрузку.
  • Все используемые в программе переменные должны быть определены с указанием их типов.

Раздел объявления переменных выглядит сл. образом:

  • Раздел объявления переменных выглядит сл. образом:
  • Var
  • <список переменных 1>:<тип 1>;
  • <список переменных 1>:<тип 1>; и т.д.
  • Напр.
  • var
  • x,summa:real;
  • priznak:boolean;
  • Переменные размещаются в оперативной памяти ЭВМ и имеют размер в соответствии с объявленным типом.

Операции.

  • Операции.
  • В Object Pascal сущ. след. операции:
  • арифметические, логические, операции со строками, операции отношения, операция с битами информации, адресная операция @.
  • Арифметические операции (АО) применимы только к величинам целых и вещественных типов.

Существуют следующие Арифметические операции (расположим их в порядке убывания приоритета):

  • Существуют следующие Арифметические операции (расположим их в порядке убывания приоритета):
  • / и *
  • div (целочисленное деление )
  • mod (остаток от деления целых чисел )
  • + и -

Стандартные функции.

  • Стандартные функции.
  • В языке П. существует ряд заранее разработанных подпрограмм-функций, которые можно использовать как готовые объекты.

  • Аргумент функции всегда заключается в круглые скобки !
  • Аргумент ф-й sin и cos указывается в радианах.

В Паскале нет операции возведения в степень. Поэтому, если степень простая, то можно поступать, исходя из определения степени. Напр.,

  • В Паскале нет операции возведения в степень. Поэтому, если степень простая, то можно поступать, исходя из определения степени. Напр.,
  • В более сложных случаях для x>0 можно воспользоваться формулой

Если к программе подключить модуль Math, добавив в нее строку программы

  • Если к программе подключить модуль Math, добавив в нее строку программы
  • Uses math;
  • можно использовать следующие функции из этого модуля:

Выражения.

  • Выражения.
  • Выражение – это синтаксическая единица языка, определяющая способ вычисления некоторого значения. Выражения формируются из констант, переменных, функций, знаков операций и круглых скобок.

  • Примеры арифметических выражений:
  • 3.5+sqrt(x*x-2) / (ln(x) * ln(x)-b)
  • ( 2 * sqr(cos(x))-2.5 ) / abs( sin(x*x*x*x) / cos(x*x*x*x)-1.2 ) +
  • exp(2.3 * ln(fi))

  • или при подключенном модуле Math
  • ( 2*sqr(cos(x))-2.5 )/abs( tan(x*x*x*x)-1.2 )+power(fi,2.3)