Представление алгоритма на естественном языке
Описание алгоритмов на естественном языке.
Если речь идёт о составлении алгоритмов для процессора ЭВМ (электронно-вычислительной машины), исполнителем является процессор. Упрощённая модель процессора содержит устройство считывания данных, стёк (специальную оперативную память небольшого объёма, предназначенную для временного хранения данных) и арифметическое устройство, которое может выполнять арифметические действия.
Предположим, что программа, составленная для такого процессора, содержит числовые данные и символы арифметических действий над этими данными. Вот пример такой программы, предназначенной для вычисления сумм двух чисел 2 и 3:
Проследим выполнение этой программы. Первая операция — считывание в стёк значения 2. Затем в стёк считывается второе значение (3). Первое значение при этом сдвигается во вторую ячейку памяти. Третий шаг выполнения программы – вычисление суммы двух считанных значений (они называются операндами). Результат этой операции – значение 5 – записывается в первую ячейку стёка.
Был рассмотрен пример простейшей программы. Она является записью алгоритма решения некоторого класса задач – задач вычисления суммы двух чисел. Обозначим эти числа a и b. Тогда алгоритм можно записать следующим образом:
3. Выполнить суммирование c := a + b.
Это пример записи алгоритма на естественном языке, то есть на языке человеческого общения. Видно, что формулировка алгоритма не зависит от конкретных значений переменныхa и b, поэтому его можно применять для решения достаточно большого числа сходных задач, вместе составляющих целый класс задач суммирования. Алгоритм описывает действия не над конкретными значениями, а над абстрактными объектами.
Основными объектами программирования являются переменные. Переменные в программе отличаются от переменных, используемых в записи математических формул. Несмотря на сходство терминов, правила использования переменных в программах для компьютера отличаются от правил работы с математическими переменными. Это различие необходимо уяснить. В программировании переменную можно трактовать как одну или несколько ячеек оперативной памяти компьютера, которым присвоено определённое имя. Содержимое этих ячеек может меняться, но имя переменной остаётся неизменным. В математике значение переменной в рамках определённой задачи неизменно, но меняется в других задачах из данного класса. Именно поэтому конструкция
воспринимается программистом совершенно естественно, а уравнение
математик сочтёт неверным. В первом случае имеется в виду вычисление суммы содержимого ячейки а и числовой константы 1 и занесение полученного результата в ту же ячейку а. Второй случай равносилен неверному тождеству 0 = 1.
Оставим алгоритм решения следующей задачи. Пусть заданы два значения x и y. Необходимо сравнить эти значения и напечатать имя большей переменной. Для этой задачи достаточно сравнить оба значения и в зависимости от результата сравнения вывести на печать символ «х» и символ «у»:
1. Ввести значение x.
2. Ввести значение y.
3. Если xy, то напечатать «у», иначе напечатать «х».
В этом алгоритме используются алгоритмические структуры — линейная последовательность операций и ветвление (шаг 3, условный оператор). Последняя структура называется так потому, что после передачи в неё управления выполнение алгоритма может пойти по одному из двух возможных ветвлений. То, какая ветвь будет выбрана, зависит от выполнения условия. Линейная последовательность в данном примере состоит из блоков ввода/вывода данных.
Для записи алгоритмов использовался естественный язык. Иногда используют полуформальный язык с ограниченным словарём (часто на основе английского языка), промежуточный между естественным языком и языком программирования. Такой язык называетсяпсевдокодом. Запись алгоритма на псевдокоде называется структурным планом. Псевдокод удобен тем, что позволяет программисту сосредоточиться на формулировке алгоритма, не задумываясь над синтаксическими особенностями конкретного языка программирования.
Статьи к прочтению:
Формальное исполнение алгоритма, за- писанного на естественном языке
Похожие статьи:
Для разработки структуры программы удобнее пользоваться записью алгоритма в виде блок-схемы (в англоязычной литературе используется термин flow-chart)….
А) алгоритм, записанный на языке программирования
Этапы создания программ Языки программирования Технологии программирования Что такое алгоритм? 1) точное предписание, определяющее вычислительный…
Урок 15
§ 2.2. Способы записи алгоритмов
Ключевые слова:
• словесное описание
• построчная запись
• блок-схема
• школьный алгоритмический язык
Существуют различные способы записи алгоритмов. Основными среди них являются:
• словесные;
• графические;
• на алгоритмических языках.
Теоретические исследования нашего соотечественника Андрея Андреевича Маркова (младшего) (1903-1979), выполненные в середине прошлого века, показали, что в общем случае алгоритмы должны содержать предписания двух видов:
1) предписания, направленные на непосредственное преобразование информации (функциональные операторы);
2) предписания, определяющие дальнейшее направление действий (логические операторы).
Именно эти операторы положены в основу большинства способов записи алгоритмов.
2.2.1. Словесные способы записи алгоритма
Словесное описание. Самой простой является запись алгоритма в виде набора высказываний на обычном разговорном языке. Словесное описание имеет минимум ограничений и является наименее формализованным. Однако все разговорные языки обладают неоднозначностью, поэтому могут возникнуть различные толкования текста алгоритма, заданного таким образом. Алгоритм в словесной форме может оказаться очень объёмным и трудным для восприятия.
Пример 1. Словесное описание алгоритма нахождения наибольшего общего делителя (НОД) пары натуральных чисел (алгоритм Евклида).
Чтобы найти НОД двух чисел, составьте таблицу из двух столбцов и назовите столбцы X и У. Запишите первое из заданных чисел в столбец X, а второе — в столбец У. Если данные числа не равны, замените большее из них на результат вычитания из большего числа меньшего. Повторяйте такие замены до тех пор, пока числа не окажутся равными, после чего число из столбца X считайте искомым результатом.
Построчная запись. Это запись на естественном языке, но с соблюдением некоторых дополнительных правил:
• каждое предписание записывается с новой строки;
• предписания (шаги) алгоритма нумеруются;
• исполнение алгоритма происходит в порядке возрастания номеров шагов, начиная с первого (если не встречается никаких специальных указаний).
Кроме слов естественного языка предписания могут содержать математические выражения и формулы.
Пример 2. Построчная запись алгоритма Евклида.
1. Обозначить первое из заданных чисел X, второе обозначить Y.
2. Если X = Y, то перейти к п. 8.
3. Если X > Y, то перейти к п. 4, иначе перейти к п. 6.
8. Считать X искомым результатом.
Построчная запись алгоритма позволяет избежать ряда неопределённостей; её восприятие не требует дополнительных знаний.
Вместе с тем использование построчной записи требует от человека большого внимания.
2.2.2. Блок-схемы
Наилучшей наглядностью обладают графические способы записи алгоритмов; самый распространённый среди них — блок-схема.
Блок-схема представляет собой графический документ, дающий представление о порядке работы алгоритма. Здесь предписания изображаются с помощью различных геометрических фигур, а последовательность выполнения шагов указывается с помощью линий, соединяющих эти фигуры. Направления линий связи слева направо и сверху вниз считаются стандартными, соответствующие им линии связи можно изображать без стрелок. Линии связи справа налево и снизу вверх изображаются со стрелками.
Рассмотрим некоторые условные обозначения, применяемые в блок-схемах.
Выполнение алгоритма всегда начинается с блока начала и оканчивается при переходе на блок конца (рис. 2.2, а). Из начального блока выходит одна линия связи; в конечный блок входит одна линия связи.
Внутри блока данных (рис. 2.2, б) перечисляются величины, значения которых должны быть введены (исходные данные) или выведены (результаты) в данном месте схемы. В блок данных входит одна линия связи, и из блока исходит одна линия связи.
В блоке обработки данных (рис. 2.2, в) содержится описание тех действий, которые должны быть выполнены при переходе на этот блок (выполнение определённой операции или группы операций, приводящее к изменению значения, формы или размещения информации). В блок обработки данных входит одна линия связи, и из блока исходит одна линия связи.
Проверка условия изображается с помощью блока принятия решения, внутри которого записывается это условие (рис. 2.2, г). В блок принятия решения входит одна линия, а выходят две линии, около которых записываются результаты проверки условия.
Комментарии (рис. 2.2, д) используются для добавления пояснительных записей, делающих блок-схему более понятной.
Рис. 2.2. Обозначения на блок-схемах
Пример 3. Запись алгоритма Евклида с помощью блок-схемы (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Запись алгоритма Евклида с помощью блок-схемы
Создание детальной блок-схемы сложного алгоритма — трудоёмкая задача. Кроме того, блок-схема, не умещающаяся на одном стандартном листе, теряет своё основное преимущество — наглядность. При разработке сложных алгоритмов блок-схемы удобно использовать в качестве средства для наглядного представления решения задачи в общем виде.
2.2.3. Алгоритмические языки
Алгоритмические языки — формальные языки, предназначенные для записи алгоритмов. Каждый из них характеризуется:
• алфавитом — набором используемых символов;
• синтаксисом — системой правил, по которым из символов алфавита образуются правильные конструкции языка;
• семантикой — системой правил, строго определяющей смысл и способ употребления конструкций языка.
Класс алгоритмических языков очень широк. При изучении курса информатики в школах используются различные версии школьного (учебного) алгоритмического языка.
Школьный алгоритмический язык. Для записи алгоритмов на школьном алгоритмическом языке используется некоторое ограниченное множество слов, смысл и способ употребления которых заданы раз и навсегда. Это так называемые служебные слова: алг (алгоритм), дано, надо, нач (начало), кон (конец), арг (аргумент), рез (результат) и др. При записи алгоритмов в книгах служебные слова выделяются жирным шрифтом, в тетради и на доске — подчёркиванием.
В общем виде программу на школьном алгоритмическом языке можно представить так:
Пример 4. Алгоритм, позволяющий из полного сосуда ёмкостью 12 л отлить половину, пользуясь двумя пустыми сосудами ёмкостью 8 и 5 л.
алг переливания
наполнить сосуд ёмкостью 8 л из сосуда ёмкостью 12 л
наполнить сосуд ёмкостью 5 л из сосуда ёмкостью 8 л
вылить всё из сосуда ёмкостью 5 л в сосуд ёмкостью 12 л
вылить всё из сосуда ёмкостью 8 л в сосуд ёмкостью 5 л
наполнить сосуд ёмкостью 8 л из сосуда ёмкостью 12 л
долить из сосуда ёмкостью 8 л в сосуд ёмкостью 5 л
вылить всё из сосуда ёмкостью 5 л в сосуд ёмкостью 12 л
По ссылке http://www.niisi.ru/kumir/ вы можете скачать систему КуМир (Комплект учебных Миров) или скачать архив программы с сайта, в которой используется школьный алгоритмический язык, со встроенными исполнителями Робот, Чертёжник, Водолей и др. Кумир работает в операционных системах Windows и Linux.
Далее, говоря об алгоритмическом языке, мы будем иметь в виду именно школьный алгоритмический язык.
САМОЕ ГЛАВНОЕ
Существуют различные способы записи алгоритмов: словесное описание, построчная запись, блок-схемы, школьный алгоритмический язык и др. Каждый из этих способов обладает своими достоинствами и недостатками.
Вопросы и задания
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Что вы можете сказать о формах представления информации в презентации и в учебнике? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?
2. Каковы основные способы записи алгоритмов?
3. Чем вызвано существование многих способов записи алгоритмов?
4. Дайте словесное описание алгоритма сложения двух обыкновенных дробей а/b и c/d.
5. Представьте в виде построчной записи алгоритм решения следующей задачи: «Имеются четыре арбуза различной массы. Как, пользуясь чашечными весами без гирь, путём не более пяти взвешиваний расположить их по возрастанию веса?».
6. Представьте с помощью блок-схемы алгоритм решения следующей задачи: «Из трёх монет одинакового достоинства одна фальшивая (более лёгкая). Как её найти с помощью одного взвешивания на чашечных весах без гирь?».
7. Запишите на алгоритмическом языке алгоритм построения окружности заданного радиуса r, проходящей через заданные точки А и В.
8. В среде КуМир запишите и выполните алгоритм переливаний (пример 4) для исполнителя Водолей.
9. Подготовьте краткую биографическую справку о Маркове А. А. (младшем).
Электронное приложение к уроку
 |  |  |
| Презентации, плакаты, текстовые файлы | Вернуться к материалам урока | Ресурсы ЭОР |
Cкачать материалы урока
Формы представления алгоритмов
Алгоритмизация и программирование
Слово «алгоритм» является производным от имени среднеазиатского ученого ал-Хорезми, уроженца Хивы, жившего в IX в. н. э. На основании его трудов в средние века были сформулированы основные правила арифметики. В латинском переводе все правила начинались со слов «ал-Хорезми сказал», что потом транспонировалось в «алгоритм гласит».
Алгоритмы можно разделить на следующие виды:
Примеры алгоритмов: инструкция по использованию междугороднего телефонного автомата; правила пользования банкоматом; решение систем уравнений методом Гаусса
На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:
· словесная (записи на естественном языке);
· графическая (изображения из графических символов);
· псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);
· программная (тексты на языках программирования).
Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке. Например. Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел.
Алгоритм может быть следующим:
1. задать два числа;
2. если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;
3. определить большее из чисел;
4. заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;
5. повторить алгоритм с шага 2.
Описанный алгоритм применим к любым натуральным числам и должен приво-дить к решению поставленной задачи. Убедитесь в этом самостоятельно, опре-делив с помощью этого алгоритма наибольший общий делитель чисел 125 и 75.
Словесный способ не имеет широкого распространения по следующим причинам:
· такие описания строго не формализуемы;
· страдают многословностью записей;
· допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний.
Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным.
При графическом представлении алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. Такое графическое представление называется схемой алгоритма или блок-схемой.
В блок-схеме каждому типу действий (вводу исходных данных, вычислению значений выражений, проверке условий, управлению повторением действий, окончанию обработки и т.п.) соответствует геометрическая фигура, представленная в виде блочного символа. Блочные символы соединяются линиями переходов, определяющими очередность выполнения действий.
| Название символа | Обозначение и пример заполнения | Пояснение |
| Процесс |  | Вычислительное действие или последовательность действий |
| Решение |  | Проверка условий |
| Модификация |  | Начало цикла |
| Предопределенный процесс |  | Вычисления по подпрограмме, стандартной подпрограмме |
| Ввод-вывод |  | Ввод-вывод в общем виде |
| Пуск-останов |  | Начало, конец алгоритма, вход и выход в подпрограмму |
| Документ |  | Вывод результатов на печать |
Блок «процесс» применяется для обозначения действия или последовательности действий, изменяющих значение, форму представления или размещения данных. Для улучшения наглядности схемы несколько отдельных блоков обработки можно объединять в один блок. Представление отдельных операций достаточно свободно.
Блок «решение» используется для обозначения переходов управления по условию. В каждом блоке «решение» должны быть указаны вопрос, условие или сравнение, которые он определяет.
Блок «модификация» используется для организации циклических конструкций. (Слово модификация означает видоизменение, преобразование). Внутри блока записывается параметр цикла, для которого указываются его начальное значение, граничное условие и шаг изменения значения параметра для каждого повторения.
Блок «предопределенный процесс» используется для указания обращений к вспомогательным алгоритмам, существующим автономно в виде некоторых самостоятельных модулей, и для обращений к библиотечным подпрограммам.
Псевдокод представляет собой систему обозначений и правил, предназначенную для единообразной записи алгоритмов. Он занимает промежуточное место между естественным и формальным языками. С одной стороны, он близок к обычному естественному языку, поэтому алгоритмы могут на нем записываться и читаться как обычный текст. С другой строны, в псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и математическая символика, что приближает запись алгоритма к общепринятой математической записи.
В псевдокоде не приняты строгие синтаксические правила для записи команд, присущие формальным языкам, что облегчает запись алгоритма на стадии его проектирования и дает возможность использовать более широкий набор команд, рассчитанный на абстрактного исполнителя. Однако в псевдокоде обычно имеются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от записи на псевдокоде к записи алгоритма на формальном языке. В частности, в псевдокоде, так же, как и в формальных языках, есть служебные слова, смысл которых определен раз и навсегда. Они выделяются в печатном тексте жирным шрифтом, а в рукописном тексте подчеркиваются. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором служебных слов и основных (базовых) конструкций.
Базовые алгоритмические структуры (типы алгоритмов)
Алгоритмы можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е. основных) элементов. Естественно, что при таком подходе к алгоритмам изучение основных принципов их конструирования должно начинаться с изучения этих базовых элементов. Для их описания будем использовать язык блок-схем. Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур: следование, ветвление, цикл.
Характерной особенностью базовых структур является наличие в них одного входа и одного выхода.
1. Базовая структура следование. Образуется из последовательности действий, следующих одно за другим:
2. Базовая структура ветвление. Обеспечивает в зависимости от результата проверки условия (да или нет) выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма будет продолжаться независимо от того, какой путь будет выбран.
Структура ветвление существует в четырех основных вариантах:
| 1. если-то |  |
| 2. если-то-иначе |  |
| 3. выбор |  |
| 4. выбор-иначе |  |
| Цикл типа пока. Предписывает выполнять тело цикла до тех пор, пока выполняется условие, записанное после слова пока. |  |
| Цикл типа для. Предписывает выполнять тело цикла для всех значений некоторой переменной (параметра цикла) в заданном диапазоне. |  |
3. Базовая структура цикл. Обеспечивает многократное выполнение некоторой совокупности действий, которая называется телом цикла. Основные разновидности циклов представлены в таблице:
Возможны случаи, когда внутри тела цикла необходимо повторять некоторую последовательность операторов, т. е. организовать цикл в цикле или вложенный цикл. Глубина вложения циклов (то есть количество вложенных друг в друга циклов) может быть различной.
При использовании такой структуры для экономии машинного времени необходимо выносить из внутреннего цикла во внешний все операторы, которые не зависят от параметра внутреннего цикла.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет