Алгоритмизация и программирование

Любой алгоритм существует не сам по себе, а предназначен для определенного исполнителя (человека, робота, компьютера, языка программирования и т.д.).
Алгоритм
Алгоритм – последовательность чётко определенных действий, выполнение которых ведёт к решению задачи.
Свойством, характеризующим любого исполнителя, является то, что он умеет выполнять некоторые команды.

Алгоритм описывается в командах исполнителя, который будет его реализовывать.
Алгоритм
Совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнять, называется системой команд исполнителя.
Объекты, над которыми исполнитель может совершать действия, образуют так называемую среду исполнителя.
Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.

результативность – алгоритм должен выдавать результат своей работы;
Свойства алгоритма
массовость – алгоритм должен уметь решать не одну конкретную задачу, а целый класс однотипных задач;
определенность – алгоритм должен приводить к получению однозначного результата при заданных исходных данных;
дискретность – алгоритмом должен состоять из отдельных (дискретных) этапов;

Свойства алгоритма
последовательность – на каждом шаге выполнения алгоритма должно быть точно известно, какой шаг будет выполнен следующим;
понятность – каждая инструкция алгоритма должна быть понятна и однозначно истолкована исполнителем;
финитность (конечность) – алгоритм обязательно должен завершаться.

Способы описания алгоритмов
Словесное описание представляет структуру алгоритма на естественном языке.
Никаких правил составления словесного описания не существует. Запись алгоритма осуществляется в произвольной форме на естественном, например, русском языке. Этот способ описания строго не формализуем; допускает неоднозначность толкования при описании некоторых действий; страдает многословностью.

Способы описания алгоритмов
Алгоритм деления двух чисел:
Задать два числа, являющиеся делимым и делителем;
Проверить, равняется ли делитель нулю;
Если делитель не равен нулю, то найти частное, записать его в ответ;
Если делитель равен нулю, то в ответ записать "нет решения".

Способы описания алгоритмов
Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, частично формализованном языке, позволяющее выявить основные этапы решения задачи, перед точной его записью на языке программирования. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика.

Способы описания алгоритмов
Строгих синтаксических правил для записи псевдокода не существует. Это облегчает запись алгоритма при проектировании и позволяет описать алгоритм, используя любой набор команд. Однако в псевдокоде обычно используются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от псевдокода к записи алгоритма на языке программирования. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором используемых слов и конструкций.

Способы описания алгоритмов
Базовые управляющие структуры псевдокода

Способы описания алгоритмов

Способы описания алгоритмов
Блок-схема – описание структуры алгоритма с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения отдельных инструкций.
Этот способ имеет ряд преимуществ. Благодаря наглядности, он обеспечивает «читаемость» алгоритма и явно отображает порядок: выполнения отдельных команд. В блок-схеме каждой формальной конструкции соответствует определенная геометрическая фигура или связанная линиями совокупность фигур.

Способы описания алгоритмов
Символ отображает ввод/вывод данных, носитель данных не определен.
В ГОСТ определено множество символов ввода/вывода, например вывод на магнитные ленты, дисплеи и т.п. Если источник данных не принципиален, обычно используется данный символ.

Способы описания алгоритмов
Символ отображает данные, вводимые вручную во время обработки с устройств любого типа (клавиатура, переключатели, кнопки, световое перо, полоски со штриховым кодом).

Способы описания алгоритмов
Символ отображает функцию обработки данных любого вида (выполнение определенной операции или группы операций, приводящее к изменению значения, формы или размещения информации или к определению, по которому из нескольких направлений потока следует двигаться).
В данном блоке обычно размещают одно или несколько операций присваивания, не требующих вызова внешних функций.

Способы описания алгоритмов
Символ отображает предопределенный процесс, состоящий из одной или нескольких операций или шагов программы, которые определены в другом месте (в подпрограмме, модуле).

Способы описания алгоритмов
Символ отображает модификацию команды или группы команд с целью воздействия на некоторую последующую функцию (установка переключателя, модификация индексного регистра или инициализация программы).
Используется обычно для задания циклов со счетчиком.

Способы описания алгоритмов
Символ отображает решение или функцию переключательного типа, имеющую один вход и ряд альтернативных выходов, только один из которых может быть активизирован после вычисления условий, определенных внутри этого символа.

Способы описания алгоритмов
Символ, состоящий из двух частей, отображает начало и конец цикла. Обе части символа имеют один и тот же идентификатор. Условия для инициализации, приращения,
завершения и т. д. помещаются внутри символа в начале или в конце в зависимости от расположения операции, проверяющей условие.
Используется для описания циклов с пред- и постусловием.

Способы описания алгоритмов
Символ отображает выход во внешнюю среду и вход из внешней среды (начало или конец схемы программы, внешнее использование и источник или пункт назначения данных).

Способы описания алгоритмов
Разрыв линий потока

Способы описания алгоритмов
Символ используют для добавления описательных комментариев или пояснительных записей в целях объяснения или примечаний. Пунктирные линии в символе комментария связаны с соответствующим символом или могут обводить группу символов.

Основные принципы составления блок-схем
При передаче управления в схеме «снизу-вверх» или «справа-налево» линии обязательно помечают стрелками.
Каждый блок должен иметь определённое количество входов и выходов.
Не допускается передача управления «в никуда», т. е. «источник» передачи управления и «получатель» должны быть четко обозначены.
Блоки необходимо размещать таким образом, чтобы линии передачи управления не пересекались.

Способы описания алгоритмов

Способы описания алгоритмов
Программа – описание структуры алгоритма на алгоритмическом языке программирования.
На практике исполнителями алгоритмов выступают компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на «понятном» ему языке, такой формализованный язык называют языком программирования.

Основные алгоритмические конструкции
линейные (последовательные),
разветвляющиеся,
циклические
рекурсивные.

Программа на языке высокого уровня называется исходным текстом и хранится в текстовом файле.
Основные понятия программирования
Программа – набор команд на языке, понятном исполнителю, реализующий некоторый алгоритм.
Исполняемый код – программа записанная в машинных кодах исполняемая процессором (файлы, содержащие исполняемый код имеют расширение .exe).

Этапы разработки программы
постановка задачи;
проектирование программы;
построение модели;
разработка алгоритма;
написание программы;
отладка программы;
тестирование программы;
документирование.

Отладка программы
Отладка программы - это процесс обнаружения и исправления ошибок. Программные ошибки можно разделить на два класса: синтаксические и алгоритмические (логические). Синтаксические ошибки выявляются в процессе компилирования программы - это наиболее простые с точки зрения исправления ошибки. Для обнаружения логических ошибок требуется этап тестирования программы.

Трансляция программы
Трансляция программы – преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в программу на другом языке
Транслятор – программа или техническое средство, выполняющее трансляцию программы.
Компиляция – преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в коды на машинно-ориентированном языке, которые принимаются и исполняются непосредственно процессором..

Трансляция программы
Интерпретация – процесс непосредственного покомандного выполнения программы, «на лету».

Функциональная: вычисление результатов функций от исходных данных и результатов других функций, без хранения состояния программы.
Парадигмы программирования
Структурная: программа представляет собой структуру, построенную из трёх типов базовых конструкций.
Логическая: программирование основанное на автоматическом доказательстве теорем (логического вывода информации на основе заданных фактов и правил вывода).

Процедурная: программирование основано на концепции вызова процедуры. Процедуры, алгоритмические блоки содержащие последовательность шагов. В ходе выполнения программы любая процедура может быть вызвана из любой точки, включая саму данную процедуру.
Парадигмы программирования

Парадигмы программирования
Объектно-ориентированная: разработка совокупности объектов, указывающих друг другу что делать. Объект содержит как данные так и процедуры их обработки (методы).
Аспектно-ориентированная: основана на идее разделения кода по функциональности.