Как составить алгоритм в графическом виде

Что это такое? Блок-схема алгоритма отображает в графическом виде последовательность операций и переходные фазы. Каждому действию соответствует определенная фигура (ромб, квадрат, овал и т. д.), поэтому располагать их нужно в правильном порядке.

Как составить? В любой блок-схеме существуют обязательные элементы: начало, конец, линии связи. Также необходима нумерация для понимания направления чтения. Остальные действия зависят от того, какой именно алгоритм нужно описать.

Суть алгоритмов

Алгоритмом называют конечную последовательность конкретных действий, выполняя которые, исполнитель достигает определенной цели.

Итогом прохождения всех шагов должен быть изначально заданный результат (например, некие выходные данные). Для выполнения этого процесса по мере необходимости могут создаваться и использоваться промежуточные данные. Они выходными являться не будут и нужны исключительно для обеспечения всей работы.

Любой алгоритм нужно наделять определенными свойствами. Наиболее важную роль играют:

• Дискретность. Общая задача разделяется на отдельные, последовательно выполняемые шаги. Это, как правило, простейшие действия, порядок которых строго определен. Каждый шаг представляет собой инструкцию или команду, выполнение которой должно начинаться только тогда, когда выполнена предыдущая команда в этой последовательности.
• Конечность. Количество шагов должно быть конечным. Иными словами, результат необходимо получить по завершении строго определенного числа команд в алгоритме.
• Понятность. Все шаги необходимо формулировать так, чтобы исполнитель их полностью понимал. То есть алгоритм должен состоять только из команд, входящих в систему компетенций данного человека.

Скачать
файл

• Детерминированность. Каждую команду, а также порядок выполнения всех команд необходимо предварительно четко и однозначно определить. При этом на результат выполнения каждого шага не должна влиять никакая сторонняя информация. Необходимо выстроить команды так, чтобы конечная цель алгоритма обеспечивалась только формальным выполнением четких и последовательных инструкций. Исполнителю при этом не нужно вникать в смысл команд. Благодаря такому подходу итоговый результат будет всегда одинаковым и предсказуемым независимо от того, кто выполняет эту работу.
• Массовость. Один алгоритм призван решать сразу комплекс однотипных задач, определяемый заданным диапазоном входной информации.

Алгоритмы могут быть представлены в нескольких формах:

• Текстовая запись. Команды записываются обычным текстом на каком-либо языке. Порядок выполнения определяется нумерацией. Действия описываются произвольно и максимально конкретно.

  

  

  Читайте также

• Блок–схема. Команды отображаются графически, в виде блок-схемы из геометрических фигур.
• Алгоритмические языки. Алгоритм строится с использованием специального искусственного языка, состоящего из определенной системы обозначений.
• Псевдокод. Обычный язык комбинируется с алгоритмическим. Последний берется за основу для описания базовых структур алгоритма.

Что такое блок-схема алгоритма

Как упоминалось выше, алгоритм может быть схематически представлен в виде блок-схемы. Этот вид графики также широко используется для представления любых процессов и систем в самых разных отраслях деятельности человека. С помощью блок-схемы выполняется документирование, изучение, планирование, совершенствование и объяснение сложных процессов путем превращения их в простые и логичные диаграммы.

Для описания конкретных действий используются геометрические фигуры: прямоугольники, ромбы, овалы и т. д. Последовательность шагов и направление процессов отображается соединительными стрелками.

Существует несколько видов блок-схем алгоритма, которые отличаются в числе прочего сложностью исполнения, начиная от простейших и нарисованных от руки эскизов, заканчивая сложными, спроектированными на компьютере диаграммами. Блок-схемы, учитывая многообразие всех вариаций, могут быть использованы в самых разных областях жизнедеятельности и, соответственно, по-разному называться.

Так, в зависимости от отрасли, встречаются схемы процессов, функциональные блок-схемы, модели и нотации бизнес-процессов, схемы технологических процессов. Все это имеет тесную связь с другими популярными разновидностями схем (например, с некоторыми диаграммами).

Составляющие блок-схемы алгоритма

Блок-схемы создаются из различных блоков, соединяемых между собой линиями со стрелками. Таким образом отображается поток управления. Далее разберем более подробно каждый тип блоков.

Терминал

Представляет собой овальную область, которой обозначают начало и конец выполнения программы. В любом алгоритме, изображенном в виде блок-схемы, присутствует как минимум два таких овала, которые ограничивают собой данный алгоритм.

Данные

Блок рисуется в виде параллелограмма, содержащего внутри входные или выходные данные. Обычно здесь размещают информацию, поступающую в алгоритм извне, и результат, который в итоге он выдает.

Процесс

Выглядит как прямоугольник, служит для записи основного программного кода. Процесс является ключевым элементом алгоритма, отражающим суть всей блок-схемы.

Решение

Данный блок рисуется в виде ромба и предназначен для управляющих и условных операторов какого-либо языка программирования (например, if или «больше» и «меньше»). Здесь всегда предлагается на выбор один из двух вариантов: «да» или «нет».

Поток

Обозначается в виде стрелки, представляя собой собственно поток какого либо процесса или алгоритма с указанием направления. Таким способом обеспечивается высокая читаемость программы.

Ссылка на странице

Выглядит как окружность с расположенными внутри символами. Такая ссылка дает понять, что блок-схема продолжает дальнейшие шаги алгоритма. Когда схема достаточно длинная, для экономии места внутри данной окружности в качестве ссылки размещают одну цифру. Этот же символ должен быть использован в продолжении схемы.

Правила составления блок-схемы

Чтобы составить блок-схему алгоритма грамотно, необходимо следовать приведенным ниже принципам.

• Начало и конец схемы обязательно ограничиваются соответствующими блоками в одном экземпляре.
• Начальный блок должен быть соединен с конечным линиями связи.
• Линии потока необходимо рисовать из всех блоков, кроме конечного.
• Все блоки нумеруются по порядку слева направо и сверху вниз. Номера ставятся в верхнем левом углу с разрывом начертания.
• Между всеми блоками обеспечивается взаимная связь через линии, определяющие последовательность выполнения команд. Движение потока в обратном порядке от принятого по умолчанию обязательно обозначается стрелками.
• Используемые в схеме линии могут быть входящими или выходящими. Это разделение относительное. Для одного линия, выходящая из одного блока, для другого уже будет являться входящей.
• Начальный блок имеет лишь выходящие линии потока. Соответственно, в конечный блок линии могут только входить.
• Поскольку движение потока идет сверху вниз, входящие линии принято изображать сверху от блока, а выходящие — снизу. Это в целом упрощает чтение блок-схемы.
• Линии потока могут обрываться. При этом места разрывов необходимо помечать специальными соединительными элементами.
• Чтобы блок-схема легче читалась, допускается описательную часть выносить в комментарии.

Разделение блок-схемы

Построение блок-схемы зачастую связано с определенными трудностями, среди которых:

• слишком малое место для размещения на одной странице;
• сложности в связывании всех элементов непосредственно друг с другом.

Устранить эти проблемы можно путем разбивки всей блок-схемы алгоритма программы на несколько фрагментов и последующего соединения этих фрагментов специальными соединительными элементами.

Используемые при этом соединители подписываются уникальными номерами, состоящими из двух частей. Это нужно для определения соответствия соединительных линий друг другу. Принадлежность частей уникального номера соединительному элементу обеспечивается записью данного номера на каждом фрагменте блок-схемы. Общие правила разделения приведем ниже.

• Места разрыва схемы обозначаются соединительным блоком. Каждое такое соединение маркируется уникальным номером.
• Использоваться должны только машинно-независимые элементы.
• Представление в блок-схеме каждого шага не является обязательным. Важно отобразить только ключевые этапы выполнения программы.
• Переменные и блоки желательно именовать наглядными и запоминаемыми словами.

И самое главное условие — сформированный алгоритм должен быть понятен любому программисту.

Востребованность блок-схем

В небольших компаниях для построения алгоритмов обычно применяют лаконичную словесную форму (псевдокод). Блок-схемы же вероятнее всего встречаются на государственных предприятиях, где действуют требования по оформлению документации ЕСПД. Однако даже при регистрации программного обеспечения в Госреестре можно обойтись без этих схем.

И все же современные учебные программы в школах и вузах учитывают умение рисовать данного вида графику. Вопросы, посвященные блок-схемам, встречаются на выпускных и государственных экзаменах. Студенты перед дипломной защитой также должны проверять свою работу на соответствие стандартам построения схем.

Программное обеспечение сегодня почти не разрабатывается по устаревшей каскадной модели, так как при этом часто на этапах проектирования возникают ошибки. Но когда разработка по такой модели все же ведется, применяются именно блок-схемы записи алгоритма.

Во всем мире наблюдается значительное отставание образовательной системы от технического прогресса. Отечественный устаревший стандарт ГОСТ 19.701-90 в целом схож с международным ISO 5807:1985. Более актуальные модификации до сих пор не разработаны. За рубежом все еще продолжают создавать специализированное программное обеспечение для проектирования блок-схем (Dia, MS Visio, yEd).

Есть немногочисленные примеры применения более совершенных диаграмм деятельности UML, хотя эти диаграммы показывают свою эффективность лишь при описании параллельных алгоритмов.

В среде разработчиков порой возникает мнение о бесполезности блок-схем и даже UML. Некоторые убеждены в том, что и документация для разработки тоже не требуется. Впрочем, об этом чаще говорят сторонники так называемого экстремального программирования.

Для определенных задач разработки использование блок-схем все же требуется. В частности, это необходимо, когда программы создаются в визуальных средах программирования (например, ДРАКОН). Также с помощью блок-схем верифицируются алгоритмы. То есть, в соответствии с методом индуктивных утверждений Флойда формально доказывается их корректность.

Пока что можно сделать вывод, что единого мнения касательно необходимости блок-схем нет. Безусловно, в некоторых областях деятельности без них пока не обойтись в отсутствие альтернативы. Формальная верификация требует создавать блок-схемы выполнения алгоритма, хотя для непосредственного проектирования и документирования это уже не нужно.

Здесь стоит прислушаться к утверждению «программистов-экстремалов» о том, что имеет смысл рисовать лишь те схемы, которые действительно полезны в работе и при этом не требуют слишком больших усилий для рисования и актуализации.

Является
достаточно наглядным и простым способом
описания алгоритма.

Графический
способ описания алгоритма — это способ
представления алгоритма с помощью
общепринятых графических фигур,
называемых блок-схемами, каждая из
которых описывает один или несколько
шагов алгоритма.

Внутри
блока записывается описание команд или
условий.

Для
указания последовательности выполнения
блоков используют линии связи ( линии
соединения ).

Последовательность
блоков и линий образуют блок-схему
алгоритма .

ПРАВИЛА
ИЗОБРАЖЕНИЯ БЛОК- СХЕМ АЛГОРИТМА.

1.
В блок-схеме можно использовать строго
определённые типы блоков.

2.
Стрелки на линиях связи можно не ставить
при направлении сверху вниз и слева
направо; противоположные направления
обязательно указывают стрелкой на
линии.

3.
Для удобства блоки могут помечаться
метками(буквами или цифрами).

4.
Внутри блока ввода/вывода пишется ВВОД
или ВЫВОД и перечисляются имена данных,
подлежащих вводу/выводу.

5.
Внутри блока действия для присваивания
переменных значений используется знак
присваивания.

Пример
нахождения максимума трех чисел.

2.3. Описание алгоритмов с помощью программ.

Алгоритм,
записанный на языке программирования
называется программой.

Словесная
и графическая форма записи алгоритма
предназначены для человека. Алгоритм,
предназначенный для исполнителя на
компьютере записывается на языке
программирования (языке, понятном ЭВМ).
Сейчас известно несколько сот языков
программирования. Наиболее популярные:
Бейсик, Си, Паскаль, Пролог, ПЛ, Ада и
т.д.

Пример
программы на языке программирования
Паскаль:

PROGRAM
RR;

VAR
A,B,C, max: INTEGER;

BEGIN

WRITE(‘
ВВЕДИТЕ
A, B, C’);

READLN(A,B,C);

IF
A>B THEN max:=A

ELSE
max:=B;

IF
C>max THEN max:=C;

WRITELN(max);

END.

Вид стандартного графического объекта	Назначение
	Начало алгоритма
	Конец алгоритма
	Выполняемое действие записывается внутри прямоугольника
	Условие выполнения действий записывается внутри ромба
	Счетчик кол-во повторов
	Последовательность выполнения действий.

33.
Базовые структуры алгоритмов

1.
Следование

Эта
структура предполагает последовательное
выполнение входящих в нее инструкций.
Существенно, что структура следование,
рассматриваемая как единое целое, имеет
один вход и один выход.

2.
Разветвление

Разветвление
предполагает проверку некоторого
условия. В зависимости от того выполняется
это условие или нет, выполняется либо
одна инструкция, либо другая.

Если
на момент проверки условие оказалось
выполнено, то будет выполнена инструкция
1, а инструкция 2 игнорируется. Если же
оказывается, что условие не выполнено,
то будет выполнена инструкция 2, а
инструкция 1 игнорируется. Разветвление
также имеет один вход и один выход.

3.
Цикл

Цикл
предполагает повторение выполнения
некоторой инструкции, а также проверку
некоторого условия продолжения повторения
этой инструкции. Различают два вида
базовых циклов в зависимости от порядка
выполнения этих действий: сначала
проверка условия выполнения инструкции,
а затем ее выполнение (цикл – пока) , или
сначала выполнение инструкции, а затем
проверка условия повторения ее выполнения
(цикл – до) . Также рассматривается цикл
со счетчиком. Базовая структура – цикл
имеет один вход и один выход.

34.
Классификация языков программирования

Существуют
различные классификации языков
программирования.

По
наиболее распространенной классификации
все языки программирования, в соответствии
с тем, в каких терминах необходимо
описать задачу, делят на языки низкого
и высокого уровня.

Если
язык близок к естественному языку
программирования, то он называется
языком высокого уровня, если ближе к
машинным командам, – языком низкого
уровня.

В
группу языков низкого
уровня входят
машинные языки и языки символического
кодирования: Автокод, Ассемблер. Операторы
этого языка – это те же машинные команды,
но записанные мнемоническими кодами,
а в качестве операндов используются не
конкретные адреса, а символические
имена. Все языки низкого уровня
ориентированы на определенный тип
компьютера, т. е. являются машинно–зависимыми.

Машинно–ориентированные
языки –
это языки, наборы операторов и
изобразительные средства которых
существенно зависят от особенностей
ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти
и т.д.).

К
языкам программирования высокого
уровня относят Фортран (переводчик
формул – был разработан в середине 50–х
годов программистами фирмы IBM и в основном
используется для программ, выполняющих
естественно – научные и математические
расчеты), Алгол, Кобол(коммерческий
язык – используется, в первую очередь,
для программирования экономических
задач), Паскаль, Бейсик (был
разработан профессорами Дармутского
колледжа Джоном Кемени и Томасом
Курцом.), Си (Деннис
Ритч – 1972 году), Пролог (в
основе языка лежит аппарат математической
логики) и т.д.

Языки
программирования также можно разделять
на поколения:

– языки
первого поколения:
машинно–ориентированные с ручным
управлением памяти на компьютерах
первого поколения.

– языки
второго поколения: с
мнемоническим представлением команд,
так называемые автокоды.

– языки
третьего поколения:
общего назначения, используемые для
создания прикладных программ любого
типа. Например, Бейсик, Кобол, Си и
Паскаль.

– языки четвертого
поколения:
усовершенствованные, разработанные
для создания специальных прикладных
программ, для управления базами данных.

– языки
программирования пятого поколения:
языки декларативные, объектно–ориентированные
и визуальные. Например, Пролог, ЛИСП
(используется для построения программ
с использованием методов искусственного
интеллекта), Си++, Visual Basic, Delphi.

Языки
программирования также можно
классифицировать на процедурные и
непроцедурные.

В
процедурных языках программа
явно описывает действия, которые
необходимо выполнить, а результат
задается только способом получения его
при помощи некоторой процедуры, которая
представляет собой определенную
последовательность действий.

Среди
процедурных языков выделяют в свою
очередь структурные
и операционные языки.
В структурных языках одним оператором
записываются целые алгоритмические
структуры: ветвления, циклы и т.д. В
операционных языках для этого используются
несколько операций. Широко распространены
следующие структурные языки: Паскаль,
Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны
Фортран, Бейсик, Фокал.

Непроцедурное
(декларативное) программирование
появилось в начале 70-х годов 20 века, К
непроцедурному программированию
относятся функциональные
и логические языки.

В
функциональных языках программа
описывает вычисление некоторой функции.
Обычно эта функция задается как композиция
других, более простых, те в свою очередь
делятся на еще более простые задачи и
т.д. Один из основных элементов
функциональных языков – рекурсия.
Оператора присваивания и циклов в
классических функциональных языках
нет.

В
логических языках программа
вообще не описывает действий. Она задает
данные и соотношения между ними. После
этого системе можно задавать вопросы.
Машина перебирает известные и заданные
в программе данные и находит ответ на
вопрос. Порядок перебора не описывается
в программе, а неявно задается самим
языком. Классическим языком логического
программирования считается Пролог.
Программа на Прологе содержит, набор
предикатов–утверждений, которые
образуют проблемно–ориентированную
базу данных и правила, имеющие вид
условий.

35.
Понятие о системе программирования.
Интерпретация и компиляция

программирования –
это совокупность программ для разработки,
отладки и внедрения новых программных
продуктов.

Системы
программирования обычно содержат:

·
трансляторы;

·
среду разработки программ;

·
библиотеки справочных программ (функций,
процедур);

·
отладчики;

·
редакторы связей и др.

Любой
алгоритм, как мы знаем, есть последовательность
предписаний, выполнив которые можно за
конечное число шагов перейти от исходных
данных к результату. В зависимости от
степени детализации предписаний обычно
определяется уровень языка программирования
— чем меньше детализация, тем выше
уровень языка.

По
этому критерию можно выделить следующие
уровни языков программирования:

машинные;

машинно-оpиентиpованные
(ассемблеры);

машинно-независимые
(языки высокого уровня).

Машинные
языки и машинно-ориентированные языки
— это языки низкого уровня, требующие
указания мелких деталей процесса
обработки данных.

Языки
же высокого уровня имитируют естественные
языки, используя некоторые слова
разговорного языка и общепринятые
математические символы. Эти языки более
удобны для человека.

Языки
высокого уровня делятся на:

алгоритмические
(Basic, Pascal, C и др.), которые предназначены
для однозначного описания алгоритмов;

логические
(Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не
на разработку алгоритма решения задачи,
а на систематическое и формализованное
описание задачи с тем, чтобы решение
следовало из составленного описания;

объектно-ориентированные
(Object Pascal, Delphi, C++, Visual Basic, Java и др.), в основе
которых лежит понятие объекта, сочетающего
в себе данные и действия над ними.
Программа на объектно-ориентированном
языке, решая некоторую задачу, по сути
описывает часть мира, относящуюся к
этой задаче. Описание действительности
в форме системы взаимодействующих
объектов естественнее, чем в форме
взаимодействующих процедур.

Алгоритмический
язык (как и любой другой язык), образуют
три его составляющие: алфавит, синтаксис
и семантика.

Алфавит –
фиксированный для данного языка набор
символов (букв, цифр, специальных знаков
и т.д.), которые могут быть использованы
при написании программы.

Синтаксис —
правила построения из символов алфавита
специальных конструкций, с помощью
которых составляется алгоритм.

Семантика —
система правил толкования конструкций
языка. Таким образом, программа составляется
с помощью соединения символов алфавита
в соответствии с синтаксическими
правилами и с учетом правил семантики.

Каждый
компьютер имеет свой машинный язык, то
есть свою совокупность машинных команд,
которая отличается количеством адресов
в команде, назначением информации,
задаваемой в адресах, набором операций,
которые может выполнить машина и др.

При
программировании на машинном языке
программист может держать под своим
контролем каждую команду и каждую ячейку
памяти, использовать все возможности
имеющихся машинных операций.

Но
процесс написания программы на машинном
языке очень трудоемкий и утомительный.
Программа получается громоздкой,
труднообозримой, ее трудно отлаживать,
изменять и развивать.

Поэтому
в случае, когда нужно иметь эффективную
программу, в максимальной степени
учитывающую специфику конкретного
компьютера, вместо машинных языков
используют близкие к ним машинно-ориентированные
языки (ассемблеры).

Транслятор (англ. translator —
переводчик) — это программа-переводчик.
Она преобразует программу, написанную
на одном из языков высокого уровня, в
программу, состоящую из машинных команд.

Трансляторы
реализуются в виде компиляторов или
интерпретаторов. С точки зрения выполнения
работы компилятор и интерпретатор
существенно различаются.

Компилятор (англ. compiler —
составитель, собиратель) читает всю
программу целиком,
делает ее перевод и создает законченный
вариант программы на машинном языке,
который затем и выполняется. (Pascal, C).

Интерпретатор (англ. interpreter —
истолкователь, устный переводчик)
переводит и выполняет программу строка
за строкой.
(Basic).

Таким
образом, алгоритмические языки в
значительной мере являются
машинно-независимыми. Они облегчают
работу программиста и повышают надежность
создаваемых программ.

компилятор
— собиратель

интерпретатор
— анализатор.

компилятор
прогоняет всю программу без её исполнения,
а интерпретатор по командно выполняет
и обрабатывает запросы
…………………….В
этом вся суть!!!

ИТЕРАЦИИ

Итерация —
это циклическая управляющая структура,
которая содержит композицию и ветвление.
Она предназначена для организации
повторяющихся процессов обработки
последовательности значений данных.

Цикл
с предусловием начинается
с проверки условия выхода из цикла. Это
логическое выражение, например I<=6.
Если оно истинно, то выполняются те
действия, которые должны повторяться.
В противном случае, если логическое
выражение I<=6 ложно, то этот цикл
прекращает свои действия.

Цикл
с постусловием функционирует
иначе. Сначала выполняется один раз те
действия, которые подлежат повторению,
затем проверяется логическое выражение,
определяющее условие выхода из цикла,
например, I>6. Если условие выхода ложно,
то цикл с постусловием прекращает свою
работу, в противном случае — происходит
повторение действий, указанных в цикле.
Повторяющиеся действия в цикле называются
«телом цикла».

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Введение

Этап формирования алгоритма является одним из наиболее значимых этапов решения задач, которые связаны с вычислениями и информацией. Сущность проектирования алгоритма состоит в выработке общих и частных действий по решению поставленной задачи. При стандартном варианте создания программы, данный этап располагается между постановкой задачи и практической реализацией программы в формате кодового набора. Разработанные алгоритмы решения задачи должны включаться в итоговые документы, передаваемые заказчикам. Данные алгоритмы могут использоваться руководителями проектов с целью анализа и определения выводов по качеству программного продукта при его фактической реализации.

Графическое представление алгоритмов

Под блок-схемой понимается описание структуры алгоритмов в графическом формате с отображением всех операций или командных строк в виде отдельных блоковых модулей. Блоки имеют различные геометрические формы и внутри их записывается операция, подлежащая исполнению. Взаимные связи блоков могут указываться при помощи специальных линий связи, обозначающих куда будет передано управление. Существует стандарт, определяющий правила создания блок-схем. Главными правилами, которые следует соблюдать при формировании блок-схем, являются следующие:

1. Все блок-схемы должны иметь в своём составе блоки «начало» и «конец».
2. Блок «начало» обязан иметь соединение с блоком «конец» линями по любой из ветвей, имеющихся на блок-схеме.
3. Блок-схема не может содержать блоков, за исключением блока «конец», не соединяющихся при помощи поточных линий с другими блоками с обеих сторон, как и блоков, которые передают управление в неизвестном направлении.
4. Каждый блок должен иметь номер, который всегда присваивается сверху вниз и слева направо. Число, которое обозначает номер блока, необходимо располагать вверху слева.
5. Каждый блок должен соединяться с другими блоками поточными линиями, определяющими очерёдность выполнения блочных команд. Поточные линии всегда должны идти параллельно краям листа. Если линии располагаются справа налево или снизу вверх, то следует всегда ставить стрелки в конце линий. В других вариантах ставить стрелки не обязательно.
6. Каждая линия может быть входящей в блок или выходящей из блока. Каждая поточная линия может быть определена как выходящая для одного из блоков и входящая для другого.
7. Блок «начало» считается первым в блок-схеме и по этой причине он имеет только выходящую линию потока.
8. На конечный блок поступает лишь входящая линия потока, потому что он расположен в самом конце.
9. Для упрощения понимания блок-схемы, надо, чтобы поточная линия подходила к блоку «операция» сверху, а отходила вниз.
10. Чтобы было удобнее читать блок-схемы, не нужно использовать усложнённые пересечения линий, их допускается указывать с разрывами. В точке, где есть разрыв линии, следует поставить соединяющие компоненты и внутри их проставить номера блоков, соединяемых этой линией. В блок-схеме не должно быть разрывов без соединителей.
11. Для повышения компактности блоков, всю информацию, которая сопутствует блоку, следует размещать в комментариях к блокам.

«Графическое представление алгоритмов, описание элементов блок-схем с примерами» 👇

Тип алгоритма определяется характером решаемой с его помощью задачи. Известны следующие типы алгоритмов:

1. Линейные.
2. С разветвляющейся структурой.
3. С циклической структурой.

Линейный алгоритм формируется из совокупности последовательных операций, и он не имеет зависимости от начальных данных. Исполнение каждой команды осуществляется один раз и всегда идёт за предшествующей командой. Например, это могут быть вычисления по наиболее простым выражениям, не имеющим другой альтернативы, и, помимо этого, не обладают ограничивающими условиями на используемые переменные. Практически всегда линейными алгоритмами являются компоненты алгоритмов с более сложной структурой. Пример блок-схемы линейного алгоритма приведён на рисунке ниже:

В алгоритмах, имеющих разветвляющуюся структуру, всегда присутствует проверка определённого условия (логического или математического), по итогам которого дальнейшие операции продолжаются по одной из возможных ветвей (направлений). В блок-схеме для отображения разветвления используется специальный блок «решение». Данный блок обладает двумя линиями выхода. Выбор одного из направлений должен определяться исполнением записанного в блоке «решение» условия. Алгоритмы с ветвлением делятся на следующие виды:

1. Обход. Исполняется, когда в одной из ветвей не присутствуют проверочные условия. То есть эта ветка выполняет обход всех процессов альтернативных направлений, как показано на рисунке ниже:

   

   Рисунок 2. Обход. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

2. Разветвление. Каждое из направлений ветвления обладает определённым набором процедур, как показано на рисунке ниже:

   

   Рисунок 3. Разветвление. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

3. Многообразный выбор. Присутствует набор допустимых ветвей, каждая из которых обладает своим набором процедур, которые подлежат исполнению. Выбор какой-либо ветви должен определяться по итогам вычислений условия, как показано на рисунке ниже:

   

   Рисунок 4. Многообразный выбор. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Циклические алгоритмы применяют, когда необходимо исполнить несколько раз одни и те же вычислительные операции. Циклом именуется многократно выполняемая последовательность операций. Известны следующие типы циклов:

• С заданным заранее числом исполнения процедур (или обладающие счётчиком).
• С неопределённым числом исполнения процедур.

Во всех циклах есть переменная, которая управляет моментом выхода из цикла, то есть задающая число исполнений цикла. Совокупность операций, осуществляемая при каждом вхождении в цикл, называется телом цикла. То есть это его рабочий участок. На рисунке ниже изображена блок-схема алгоритма, в котором присутствует цикл с использованием счётчика:

Перед началом исполнения первой операции, следует задать счётчику начальное значение.

Схема — это абстракция какого-либо процесса или системы, наглядно отображающая наиболее значимые части. Схемы широко применяются с древних времен до настоящего времени — чертежи древних пирамид, карты земель, принципиальные электрические схемы. Очевидно, древние мореплаватели хотели обмениваться картами и поэтому выработали единую систему обозначений и правил их выполнения. Аналогичные соглашения выработаны для изображения схем-алгоритмов и закреплены ГОСТ и международными стандартами.

На территории Российской Федерации действует единая система программной документации (ЕСПД), частью которой является Государственный стандарт — ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных и систем» [1]. Не смотря на то, что описанные в стандарте обозначения могут использоваться для изображения схем ресурсов системы, схем взаимодействия программ и т.п., в настоящей статье описана лишь разработка схем алгоритмов программ.

Рассматриваемый ГОСТ практически полностью соответствует международному стандарту ISO 5807:1985.

Содержание:

1. Элементы блок-схем алгоритмов
2. Примеры блок-схем
3. Нужны ли блок-схемы? Альтернативы

Элементы блок-схем алгоритмов

Блок-схема представляет собой совокупность символов, соответствующих этапам работы алгоритма и соединяющих их линий. Пунктирная линия используется для соединения символа с комментарием. Сплошная линия отражает зависимости по управлению между символами и может снабжаться стрелкой. Стрелку можно не указывать при направлении дуги слева направо и сверху вниз. Согласно п. 4.2.4, линии должны подходить к символу слева, либо сверху, а исходить снизу, либо справа.

Есть и другие типы линий, используемые, например, для изображения блок-схем параллельных алгоритмов, но в текущей статье они, как и ряд специфических символов, не рассматриваются. Рассмотрены лишь основные символы, которых всегда достаточно студентам.

	Терминатором начинается и заканчивается любая функция. Тип возвращаемого значения и аргументов функции обычно указывается в комментариях к блоку терминатора.
	В ГОСТ определено множество символов ввода/вывода, например вывод на магнитные ленты, дисплеи и т.п. Если источник данных не принципиален, обычно используется символ параллелограмма. Подробности ввода/вывода могут быть указаны в комментариях.
	В блоке операций обычно размещают одно или несколько (ГОСТ не запрещает) операций присваивания, не требующих вызова внешних функций.
	Блок в виде ромба имеет один вход и несколько подписанных выходов. В случае, если блок имеет 2 выхода (соответствует оператору ветвления), на них подписывается результат сравнения — «да/нет». Если из блока выходит большее число линий (оператор выбора), внутри него записывается имя переменной, а на выходящих дугах — значения этой переменной.
	Вызов внешних процедур и функций помещается в прямоугольник с дополнительными вертикальными линиями.
	Символы начала и конца цикла содержат имя и условие. Условие может отсутствовать в одном из символов пары. Расположение условия, определяет тип оператора, соответствующего символам на языке высокого уровня — оператор с предусловием (while) или постусловием (do … while).
	Символ «подготовка данных» в произвольной форме (в ГОСТ нет ни пояснений, ни примеров), задает входные значения. Используется обычно для задания циклов со счетчиком.
	В случае, если блок-схема не умещается на лист, используется символ соединителя, отражающий переход потока управления между листами. Символ может использоваться и на одном листе, если по каким-либо причинам тянуть линию не удобно.
	Комментарий может быть соединен как с одним блоком, так и группой. Группа блоков выделяется на схеме пунктирной линией.

Примеры блок-схем

В качестве примеров, построены блок-схемы очень простых алгоритмов сортировки, при этом акцент сделан на различные реализации циклов, т.к. у студенты делают наибольшее число ошибок именно в этой части.

Сортировка вставками

Массив в алгоритме сортировки вставками разделяется на отсортированную и еще не обработанную части. Изначально отсортированная часть состоит из одного элемента, и постепенно увеличивается.

На каждом шаге алгоритма выбирается первый элемент необработанной части массива и вставляется в отсортированную так, чтобы в ней сохранялся требуемый порядок следования элементов. Вставка может выполняться как в конец массива, так и в середину. При вставке в середину необходимо сдвинуть все элементы, расположенные «правее» позиции вставки на один элемент вправо. В алгоритме используется два цикла — в первом выбираются элементы необработанной части, а во втором осуществляется вставка.

В приведенной блок-схеме для организации цикла используется символ ветвления. В главном цикле (i < n) перебираются элементы необработанной части массива. Если все элементы обработаны — алгоритм завершает работу, в противном случае выполняется поиск позиции для вставки i-того элемента. Искомая позиция будет сохранена в переменной j в результате выполнения внутреннего цикла, осуществляющем сдвиг элементов до тех пор, пока не будет найден элемент, значение которого меньше i-того.

На блок-схеме показано каким образом может использоваться символ перехода — его можно использовать не только для соединения частей схем, размещенных на разных листах, но и для сокращения количества линий. В ряде случаев это позволяет избежать пересечения линий и упрощает восприятие алгоритма.

Сортировка пузырьком

Сортировка пузырьком, как и сортировка вставками, использует два цикла. Во вложенном цикле выполняется попарное сравнение элементов и, в случае нарушения порядка их следования, перестановка. В результате выполнения одной итерации внутреннего цикла, максимальный элемент гарантированно будет смещен в конец массива. Внешний цикл выполняется до тех пор, пока весь массив не будет отсортирован.

На блок-схеме показано использование символов начала и конца цикла. Условие внешнего цикла (А) проверяется в конце (с постусловием), он работает до тех пор, пока переменная hasSwapped имеет значение true. Внутренний цикл использует предусловие для перебора пар сравниваемых элементов. В случае, если элементы расположены в неправильном порядке, выполняется их перестановка посредством вызова внешней процедуры (swap). Для того, чтобы было понятно назначение внешней процедуры и порядок следования ее аргументов, необходимо писать комментарии. В случае, если функция возвращает значение, комментарий может быть написан к символу терминатору конца.

Сортировка выбором

В сортировке выбором массив разделяется на отсортированную и необработанную части. Изначально отсортированная часть пустая, но постепенно она увеличивается. Алгоритм производит поиск минимального элемента необработанной части и меняет его местами с первым элементом той же части, после чего считается, что первый элемент обработан (отсортированная часть увеличивается).

На блок-схеме приведен пример использования блока «подготовка», а также показано, что в ряде случаев можно описывать алгоритм более «укрупнённо» (не вдаваясь в детали). К сортировке выбором не имеют отношения детали реализации поиска индекса минимального элемента массива, поэтому они могут быть описаны символом вызова внешней процедуры. Если блок-схема алгоритма внешней процедуры отсутствует, не помешает написать к символу вызова комментарий, исключением могут быть функции с говорящими названиями типа swap, sort, … .

На блоге можно найти другие примеры блок-схем:

• блок-схема проверки правильности расстановки скобок арифметического выражения [2];
• блок-схемы алгоритмов быстрой сортировки и сортировки слиянием [3].

Часть студентов традиционно пытается рисовать блок-схемы в Microsoft Word, но это оказывается сложно и не удобно. Например, в MS Word нет стандартного блока для терминатора начала и конца алгоритма (прямоугольник со скругленными краями, а не овал). Наиболее удобными, на мой взгляд, являются утилиты MS Visio и yEd [5], обе они позволяют гораздо больше, чем строить блок-схемы (например рисовать диаграммы UML), но первая является платной и работает только под Windows, вторая бесплатная и кроссплатфомренная. Все блок-схемы в этой статье выполнены с использованием yEd.

Частные конторы никакие блок-схемы не используют, в книжках по алгоритмам [6] вместо них применяют словесное описание (псевдокод) как более краткую форму. Возможно блок-схемы применяют на государственных предприятиях, которые должны оформлять документацию согласно требованиям ЕСПД, но есть сомнения — даже для регистрации программы в Государственном реестре программ для ЭВМ никаких блок-схем не требуется.

Тем не менее, рисовать блок-схемы заставляют школьников (примеры из учебников ГОСТ не соответствуют) — выносят вопросы на государственные экзамены (ГИА и ЕГЭ), студентов — перед защитой диплом сдается на нормоконтроль, где проверяется соответствие схем стандартам.

Разработка блок-схем выполняется на этапах проектирования и документирования, согласно каскадной модели разработки ПО, которая сейчас почти не применяется, т.к. сопровождается большими рисками, связанными с ошибками на этапах проектирования.

Появляются подозрения, что система образования прогнила и отстала лет на 20, однако аналогичная проблема наблюдается и за рубежом. Международный стандарт ISO 5807:1985 мало чем отличается от ГОСТ 19.701-90, более нового стандарта за рубежом нет. Там же производится множество программ для выполнения этих самых схем — Dia, MS Visio, yEd, …, а значит списывать их не собираются. Вместо блок-схем иногда применяют диаграммы деятельности UML [6], однако удобнее они оказываются, разве что при изображении параллельных алгоритмов.

Периодически поднимается вопрос о том, что ни блок-схемы, ни UML не нужны, да и документация тоже не нужна. Об этом твердят программисты, придерживающиеся методологии экстремального программирования (XP) [7], ходя даже в их кругу нет единого мнения.

В ряде случаев, программирование невозможно без рисования блок-схем, т.к. это один процесс — существуют визуальные языки программирования, такие как ДРАКОН [8], кроме того, блок-схемы используются для верификации алгоритмов (формального доказательства их корректности) методом индуктивных утверждений Флойда [9].

В общем, единого мнения нет. Очевидно, есть области, в которых без чего-то типа блок-схем обойтись нельзя, но более гибкой альтернативы нет. Для формальной верификации необходимо рисовать подробные блок-схемы, но для проектирования и документирования такие схемы не нужны — я считаю разумным утверждение экстремальных программистов о том, что нужно рисовать лишь те схемы, которые помогают в работе и не требуют больших усилий для поддержания в актуальном состоянии [10].

Список использованных источников:

1. ГОСТ 19.701–90 (ИСО 5807–85) «Единая система программной документа­ции».
2. Алгоритм. Свойства алгоритма https://pro-prof.com/archives/578
3. Алгоритмы сортировки слиянием и быстрой сортировки https://pro-prof.com/archives/813
4. yEd Graph Editor https://www.yworks.com/products/yed
5. Книги: алгоритмы https://pro-prof.com/books-algorithms
6. Рамбо Дж., Якобсон А., Буч Г. UML: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2002. -656 с.
7. Кент Бек Экстремальное программирование: разработка через тестирование – СПб.: Питер – 2003
8. Визуальный язык ДРАКОН https://drakon.su/
9. Шилов Н.В. Верификация шаблонов алгоритмов для метода отката и метода ветвей и границ. Моделирование и анализ информационных систем, ISSN 1818 – 1015, т.18, №4, 2011
10. Брукс Ф., Мифический человеко — месяц или как создаются программные системы. СПб. Символ Плюс, 1999 — 304 с. ил.

В этой статье будут рассмотрены основные виды алгоритмов, а также схематические блоки, которые используются при их описании. Кроме получения информации о видах блоков алгоритмов, читатель узнает о наиболее популярных методах описания алгоритмических последовательностей. Будут приведены соответствующие примеры с пояснениями.

Блок-схема

Алгоритмы бывают разные, но прежде чем приступить к рассмотрению их видов, следует рассказать об основном способе визуализации алгоритмической последовательности — созданию блок-схемы. Такие схемы состоят из соответствующих функциональных блоков, которые связаны между собой. Каждый блок отвечает за выполнение какого-нибудь действия. Для каждого типа действия определён конкретный блок, представляющий собой геометрическую фигуру.

Существует и очередность выполнения действий — она определяется линиями, которые соединяют блоки. По умолчанию используемые в схеме блоки соединяются слева направо и сверху вниз. В случае другой последовательности выполнения, блоки соединяются направленными линиями (речь идёт о линиях, оснащённых стрелками).

Типы и назначение блоков алгоритма можно посмотреть в таблице ниже:

Теперь рассматривать виды алгоритмов будет гораздо понятнее.

Виды алгоритмов

Алгоритмы бывают:
— линейные – подразумевается последовательное выполнения операций (команд, указаний), то есть выполнение действий происходит друг за другом. Вот, как это выглядит на схеме с блоками:

— разветвляющиеся – характеризуются выполнением хотя бы одной операции по проверке условия, в результате чего осуществляется переход действия на какой-нибудь другой из возможных вариантов решения. Смотрим схему:

— циклические – данным алгоритмом предусмотрено многократное повторение определенной последовательности действий (речь идёт об одинаковых операциях). Здесь число повторений будет обусловлено либо условием задачи, либо исходными данными.

Также стоит добавить, что любая алгоритмическая конструкция способна включать в себя какую-нибудь другую конструкцию того либо иного вида, то есть алгоритмы бывают вложенными.

Способы описания алгоритмов

О блок-схеме, как об основном способе представления алгоритмов, мы уже поговорили. Но кроме блоков, есть и другие методы:

1. Словесное описание — это когда структура алгоритма описывается естественным языком. Лучше всего вспомнить любой бытовой прибор (утюг, телевизор, микроволновую печь, холодильник и т. п.). Все эти приборы имеют инструкцию по эксплуатации, то есть перед нами типичное описание алгоритма словами, с учётом которых прибором надо пользоваться. Такой способ не формализован и не учитывает все возможные ситуации, возникающие при эксплуатации. К недостаткам словесного описания относят и неоднозначность толкования некоторых терминов.
   Представьте, что вы куда-то собрались, и вас интересует погода на улице. Словесное описание будет приблизительно таким:
   1) смотрим на градусник, определяем температуру на улице;
   2) если температура ниже 0, надеваем шубу, если выше — куртку.
2. Псевдокод — в этом случае можно говорить о естественном и частично формализованном языке, то есть это описание уже позволяет определить главные этапы решения задачи, что необходимо перед составлением программы — точной записи на языке программирования. Псевдокод характеризуется уже наличием формализованных конструкций и общепринятой математической символикой, однако строгих синтаксических правил по записи не существует.
3. Блок-схема. Схему, состоящую из блоков и линий, включая значения наиболее часто используемых блоков, уже рассмотрели выше. Но вернёмся к нашему примеру с погодой:
   
4. Программа — описание, созданное на языке алгоритмического программирования. Такой вариант характеризуется высокой степенью формализации, то есть появление программы позволяет решать прикладные задачи. В форме программы описываемый ранее пример будет выглядеть следующим образом:

Источники:
• https://www.sites.google.com/site/algoritmyvidyisvojstva/materialy/sposoby-opisania-vidy-algoritmov;
• https://uchitel.pro/алгоритм-свойства-алгоритмов/.