Материал: Основы алгоритмизации вычислительных процессов. методические указания по курсу «Информатика» для студентов I-го курса всех специальностей. Авдеев В.П., Венгерова Г.Т

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра математического моделирования и вычислительной техники

ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания по курсу «Информатика» для студентов I-го курса всех специальностей

Воронеж 2005

Рассматриваются практические примеры, используемые при построении алгоритмов различной структуры: линейных, разветвляющихся, циклических. Приводятся примеры, после подробного разбора которых предлагаются контрольные вопросы и упражнения для проверки усвоения студентами изучаемого материала. Методические указания предназначены для использования при изучении дисциплины «Информатика» студентами первого курса всех специальностей.

Ил. 36. Библиогр.: 5 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

3

Введение

Методические указания посвящены изучению основ алгоритмизации. Наверняка можно утверждать, что каждый, читающий эти строки, знаком с термином "алгоритм". Его применяют весьма широко, и не только в области вычислительной техники и программирования. Понятие алгоритма, относящееся к фундаментальным концепциям информатики, возникло задолго до появления ЭВМ и стало одним из основных понятий математики.

Разработка алгоритма - необходимый этап в процессе подготовки и решения задачи на ЭВМ, и в связи с этим алгоритмы представляют самостоятельную ценность как интеллектуальные ресурсы общества.

Цель методических указаний - помощь студентам в овладении умением конструировать алгоритмы, которые для наглядности представляются в виде блок-схем, повышение эффективности самостоятельной работы студентов по построению типовых структур алгоритмов.

Рассматриваются практические примеры, используемые при построении алгоритмов различной структуры: линейных, разветвляющихся, циклических. Приводятся примеры, после подробного разбора которых предлагаются контрольные вопросы и упражнения для проверки усвоения студентами изучаемого материала.

Предполагается при дальнейшем обучении использовать предложенные задания для решения на ЭВМ на конкретном алгоритмическом языке.

I. Основы алгоритмизации

Одним из важнейших этапов подготовки и реализации вычислительного процесса на ЭВМ является алгоритмизация решаемой задачи. Для пояснения термина "алгоритм" можно сказать, что это понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения поставленной цели. Вычислительный алгоритм можно определить как последовательность действий по переработке исходных данных в результаты. Другими словами, алгоритм - точное предписание, которое задает алгоритмический процесс, начинающийся с произвольных исходных данных (из некоторой совокупности возможных для данного алгоритма исходных данных) и направленный на получение полностью определенного этими исходными данными результата.

Алгоритмический процесс - процесс последовательного преобразования конструктивных объектов (слов, букв, чисел, предложений, графов, логических выражений и т. п.), происходящий дискретными шагами. Каждый шаг состоит в смене одного конструктивного объекта другим.

Если алгоритм представляет собой последовательность инструкций, которые могут быть выполнены на ЭВМ (непосредственно или после автоматической обработки - трансляции, состоящей в приведении алгоритма к исполнимому в ЭВМ виду), то такой алгоритм называется программой. Уст-

4

ройство ЭВМ, которое выполняет инструкции программы, называется центральным процессором (ЦП); с ним непосредственно связано одно из устройств ЭВМ, именуемое оперативной памятью (ОП). ЦП и ОП образуют вычислительный комплекс ЭВМ - вычислитель. ОП состоит из элементов - ячеек памяти, каждая из которых используется для запоминания числа или цифрового кода. Ячейка памяти имеет следующие свойства:

а) в ней значение может сохраняться до выключения ЭВМ; б) если в ячейку не заносилось значение, она имеет неопределенное со-

стояние, воспринимаемое как некоторое случайное значение; в) занесение в ячейку нового значения приводит к автоматическому сти-

ранию прежнего; г) хранимое в ячейке значение может многократно использоваться в вы-

числениях.

В теории алгоритмов изучаются алгоритмы, заданные в строгом формализованном виде. Алгоритм можно представить различными способами: с помощью графического или словесного описания, в виде таблицы, последовательностью формул, записью на алгоритмическом языке (языке программирования). На практике в программировании чаще всего используется наглядное задание алгоритмов в виде блок-схем. Алгоритм в этом случае представляется графически в виде последовательности блоков, выполняющих определенные функции. Блоки соединяются стрелками, показывающими связи между ними. Внутри блоков указывается информация, характеризующая выполняемые ими функции, которые записываются словесно или с помощью формул.

- блок пуск-останов. Определяет начало-конец прерывание процесса вычисления;

- блок ввода-вывода информации;

- блок вычислений;

- блок проверки выполнения условия (логический блок);

- начало-конец цикла (модификация);

- вычисление по подпрограмме, стандартной программе;

- печать результатов на бумаге;

Совокупность вычислительных процессов, используемых при решении математических, экономических, научно-технических и др. задач на ЭВМ, в общем виде может быть разделена на три группы: линейные, разветвляющиеся и циклические. Структура алгоритма находится в прямой зависимости от типа отображаемого вычислительного процесса.

Контрольные вопросы и упражнения

1.Дать определение алгоритма.

2.Дать определение алгоритмического процесса.

3.Дать определение программы.

4.Дать определение центрального процессора, оперативной памяти, вычислителя.

5.Назвать свойства ячейки памяти.

6.Перечислить изобразительные средства алгоритмов.

7.Дать определение блок-схемы.

8.Перечислить известные блоки и указать их назначение.

9.Перечислить типы вычислительных процессов.

II. Линейный вычислительный процесс

Линейным называется вычислительный процесс, в котором самостоятельные этапы вычислений выполняются последовательно один за другим (в естественном порядке).

На блок-схеме линейный вычислительный процесс представляется последовательностью блоков, которые размещаются сверху вниз в порядке их выполнения.

Пример 1. Составить блок-схему вычисления выражения

y = ( AX + B )2 . A2 + B 2

Необходимо наряду со значением y вывести значения числителя и знаменателя. На рис.2.1 приведена блок-схема вычисления требуемых значений данного выражения.