Если дать определение схеме, можно отметить основной момент: в первую очередь подразумевается абстракция какого-нибудь процесса (системы), при которой наиболее важные части отображаются наглядно (визуально). Схемы использовались на протяжении всей истории человечества: это и чертежи пирамид, и карты сухопутных и морских путей, и принципиальные электрические схемы.
Те же мореплаватели, создавая карты, делали это в соответствии с единой системой обозначений — это позволяло обмениваться информацией друг с другом. То же самое справедливо и для визуального отображения схем алгоритмов — существуют правила, единые обозначения и стандарты, регламентирующие их применение. В России это ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных и систем», который близок к международному стандарту ISO 5807:1985.
Главные элементы блок-схем алгоритмов
Прежде чем продолжить, стоит дать определение блок-схемы в соответствии со стандартом — речь идёт о совокупности символов, которые отвечают этапам работы алгоритма, причём эти символы имеют соединяющие линии:
— пунктирную — для соединения с комментарием;
— сплошную — отображает зависимости по управлению, допускается наличие на ней стрелки. В соответствии со стандартом составитель может не указывать стрелку, если дуга направляется сверху вниз или слева направо.
Также существуют и дополнительные виды линий, которые применяются, когда надо дать описание блок-схемам параллельных алгоритмов, однако в этой статье мы их рассматривать не будем, как и ряд других дополнительных спецсимволов.
В таблице ниже дан перечень основных символов, используемых при описании алгоритмов:
Задача и блок-схема алгоритма
На картинке ниже дан алгоритм в виде схемы. В нем мы видим оператор присваивания :=, то есть X := 1 будет означать, что переменная Х примет значение 1. По результату алгоритмических действий надо определить итог работы представленного алгоритма, используя следующие входные данные: Х = 7, Y = 12.
Схема этого алгоритма и решение задачи будут выглядеть следующим образом:
Смотрим, как следует решать подобное задание:
1. Блок ввода данных определяет исходные значения Х и Y (в соответствии с условием это 7 и 12).
2. В первом блоке значения Х и Y сравниваются. Так как условие не является верным (7 < 12), осуществляется переход по линии с пометкой «нет».
3. Второй блок служит для второго сравнения — оно верное, в результате чего следующее действие — это переход по линии с отметкой «да».
4. Следующий этап является заключительным, то есть происходит вычисление результата работы алгоритма. По итогу всех вышеописанных действий мы получаем окончательный ответ, не требующий дополнительных вычислений: X := 0, Y := 1.
Решение алгоритма сортировки пузырьком
В этом примере давайте попробуем дать описание решению алгоритма сортировки по методу пузырьком (метод сортировки вставками). Здесь применяются 2 цикла. Во вложенном цикле осуществляется попарное сравнение элементов. Если нарушается порядок, происходит перестановка. По итогу выполнения одной итерации во внутреннем цикле, наибольший элемент будет смещён в самый конец массива. Внешний цикл будет выполняться, пока полностью весь массив не отсортируется.
На схеме отображено применение символов конца и начала цикла. Здесь условие внешнего цикла (А) проверяется в конце (с постусловием), а функционирует он до тех пор, пока переменная hasSwapped является true. Во внутреннем цикле используется предусловие для перебора пар элементов, которые сравниваются. Если они располагаются в неправильном порядке, они переставляются путём вызова внешней процедуры (swap). Для понимания назначения внешней процедуры, как и порядка следования аргументов этой процедуры, нужно оставлять комментарии. Если функция возвращает значение, то комментарий можно написать к символу-терминатору конца.
В этой статье мы постарались дать ответ, зачем нужны блок-схемы, каковы их основные элементы, как с их помощью решить алгоритмическую задачу. При подготовке материала использовались следующие источники:
• https://uchitel.pro/алгоритм-свойства-алгоритмов/;
• https://pro-prof.com/archives/1462.
Примеры составления блок-схемы алгоритма
Пример 1.
Составить схему алгоритма вычисления
значения :
Для
начала для построения блок –схемы
алгоритма опишем последовательность
действий, необходимых для решения данной
задачи:
-
начало
-
ввод
чисел a,b -
вычисление
х -
вычисление
z -
вывод
результата -
конец
Исходя из этого
составляем блок-схему алгоритма согласно
ГОСТ, используя соответствующие блоки.
Пример
2. Составить
схему алгоритма вычисления значения:
x=a+b
при a>b,
x=a*b,
при a<=b.
Пример 3. Составить схему алгоритма вычисления значения:
Для начала для
построения блок –схемы алгоритма опишем
последовательность действий, необходимых
для решения данной задачи:
Исходя из этого
составляем блок-схему алгоритма согласно
ГОСТ, используя соответствующие блоки.
Порядок выполнения работы
-
Изучить
теоретические сведения по теме
”Построение блок-схем алгоритмов”. -
Получить
у преподавателя индивидуальное задание
и нарисовать блок-схему алгоритма
согласно заданному варианту. -
Ответить
на контрольные вопросы. -
Сформулировать
выводы.
Контрольные вопросы
-
Основные
этапы решения задач на компьютере. -
Свойства алгоритма.
Типы вычислительных процессов. -
Блок схемы. Понятие
и правила построения. -
Примеры построения
блок-схем алгоритмов.
Задание
№1: Разработайте
алгоритм и представьте его в графическом
виде (блок-схемы) для следующих задач:
Задание 1.1
Вычислить значение выражения при
заданных исходных данных.
Указание.
Для упрощения выражений введите
промежуточные переменные.
Сравнить полученное
значение с указанным правильным
результатом.
1.
При
x = 14.26;
y = – 1.22;
z = 3.5ответs
= 0.749155.
2.
При
x = –4.5; y = 0.75;
z = –0.845ответs
= –3.23765.
3.
При
x = 3.74;
y=–0.825; z = 0.16ответs
= 1.05534.
4.
При
x = 0.4;
y = –0.875; z = –0.475ответ
s = 1.98727.
5.
При
x = –15.246; y = 4.642;
z = 21 ответ
s = –182.038.
6.
При
x = 16.55;
y = –2.75; z = 0.15
ответ s
= –40.6307.
7.
При
x = 0.1722; y = 6.33; z = 3.25ответ
s = –205.306.
8.
При
x = –2.235;
y = 2.23; z = 15.221
ответ s
= 39.3741.
9.
При
x = 1.825;
y = 18.225; z = –3.298ответ
s = 1.21308.
10.
При
x = 3.981;
y = –1.625;
z = 0.512
ответ s
= 1.26185.
11.
При
x = 6.251; y = 0.827; z = 25.001
ответ
s = 0.712122.
12.
При
x
= 3.251; y
= 0.325; z
= 0.466
ответ s
= 4.23655.
13.
.
При
x
= 17.421; y
= 10.365;
z
= 0.828
ответ s
= 0.330564.
14.
.
При
x
= 12.3;
y
= 15.4; z
= 0.252
ответ s
= 82.8256.
15.
.
При
x
= 2.444; y
= 0.869;
z
= –0.13
ответ s
= –0.498707.
Задание
1.2 Вычислить
значение выражения при заданных исходных
данных. Предусмотреть вывод информации
о выбранной ветви вычислений.
1. |
2. |
||
3. |
4. |
||
5. |
6. |
||
7. |
8. |
||
9. |
10. |
||
11. |
12. |
||
13. |
14. |
||
15. |
Задание
1.3 Вывести
на экран таблицу значений функции Y(x)
и ее разложения в ряд S(x)
для x,
изменяющегося от a
до b
с шагом h
= (b –
a)/10,
табл. 1.
Таблица 1.
№ |
a |
b |
S(x) |
n |
Y(x) |
1 |
0.1 |
1 |
160 |
||
2 |
0.1 |
1 |
100 |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
3 |
0.1 |
1 |
120 |
||
4 |
0.1 |
1 |
80 |
||
5 |
0.1 |
1 |
140 |
||
6 |
0.1 |
1 |
80 |
||
7 |
0.1 |
1 |
120 |
||
8 |
0.1 |
1 |
100 |
||
9 |
0.1 |
1 |
140 |
||
10 |
0.1 |
0.5 |
150 |
||
11 |
0.1 |
1 |
100 |
||
12 |
0.1 |
1 |
80 |
||
13 |
–2 |
–0.1 |
160 |
||
14 |
0.2 |
0.8 |
120 |
||
15 |
0.1 |
0.8 |
180 |
Задание
№2:
Решите представленные ниже задачи,
указав номер задачи и полученный ответ.
Задача
2.1
Определите
результаты работы блок-схемы алгоритма
при
Задача
2.2
Какие
значения примут t и k в
результате работы фрагмента блок-схемы
алгоритма?
Задача
2.3.
Определите
значения
элементов
массива А2,
А4,
А6,
А8
при N=8
в результате работы фрагмента алгоритма
Итак, опустив долгие и нудные восхваления Паскаля, которые так любят публиковать в своих статьях редакторы многих сайтов, приступим непосредственно к самому основному – к программированию.
В школах, как правило, изучение Паскаля начинают с решения простейших задач путем составления различных алгоритмов или блок-схем, которое многие так часто игнорируют, считая никому не нужной ерундой. А зря. Я, как и любой другой человек, хоть немного соображающий в программировании (не важно где – в Паскале, Си, Дельфи), могу уверить Вас – умение правильно и быстро составлять схемы является фундаментом, основой программирования.
Блок-схема — графическое представление алгоритма. Она состоит из функциональных блоков, которые выполняют различные назначения (ввод/вывод, начало/конец, вызов функции и т.д.).
Существует несколько основных видов блоков, которые нетрудно запомнить:
Сегодняшний урок я решила посвятить не только изучению блок-схем, но также и изучению линейных алгоритмов. Как Вы помните, линейный алгоритм — наипростейший вид алгоритма. Его главная особенность в том, что он не содержит никаких особенностей. Как раз это и делает работу с ним простой и приятной.
Задача №1: «Рассчитать площадь и периметр прямоугольника по двум известным сторонам».
Данная задача не должна представлять особой трудности, так как построена она на хорошо известных всем нам формулах расчета площади и периметра прямоугольника, поэтому зацикливаться на выведении этих формул мы не будем.
Составим алгоритм решения подобных задач:
1) Прочитать задачу.
2) Выписать известные и неизвестные нам переменные в «дано». (В задаче №1 к известным переменным относятся стороны: a, b ;к неизвестным — площадь S и периметр P)
3) Вспомнить либо составить необходимые формулы. (У нас: S=a*b; P=2*(a+b))
4) Составить блок-схему.
5) Записать решение на языке программирования Pascal.
Запишем условие в более кратком виде.
Дано: a, b
Найти: S, P
Блок-схема:
Структура программы, решающей данную задачу, тоже проста:
- 1) Описание переменных;
- 2) Ввод значений сторон прямоугольника;
- 3) Расчет площади прямоугольника;
- 4) Расчет периметра прямоугольника;
- 5) Вывод значений площади и периметра;
- 6) Конец.
А вот и решение:
Program Rectangle; Var a, b, S, P: integer; Begin write('Введите стороны прямоугольника!'); readln(a, b); S:=a*b; P:=2*(a+b); writeln('Площадь прямоугольника: ', S); write('Периметр прямоугольника: ', P); End.
Задача №2: Скорость первого автомобиля — V1 км/ч, второго – V2 км/ч, расстояние между ними S км. Какое расстояние будет между ними через T часов, если автомобили движутся в разные стороны? Значения V1, V2, T и S задаются с клавиатуры.
Решение осуществляем, опять же, следуя алгоритму. Прочитав текст, мы переходим к следующему пункту. Как и во всех физических или математических задачах, это запись условий задачи:
Дано: V1, V2, S, Т
Найти: S1
Далее идет самая главная и в то же время самая интересная часть нашего решения – составление нужных нам формул. Как правило, на начальных стадиях обучения все необходимые формулы хорошо нам известны и взяты из других технических дисциплин (например, на нахождение площади различных фигур, на нахождение скорости, расстояния и т.п.).
Формула, используемая для решения нашей задачи, выглядит следующим образом:
S1=(V1+V2)*T+S
Следующий пункт алгоритма – блок-схема:
А также решение, записанное в Pascal :
Program Rasstoyanie; Var V1, V2, S, T, S1: integer; {Ввод } begin write('Введите скорость первого автомобиля: '); readln(V1); write('Введите скорость второго автомобиля: '); readln(V2); write('Введите время: '); readln(T); write('Введите расстояние между автомобилями: '); readln(S); S1:=(V1+V2)*T+S; writeln('Через ', t,'ч. расстояние ', S1,' км.'); End.
Вам может показаться, что две эти программы правильны, но это не так. Ведь сторона треугольника может быть 4.5, а не 4, а скорость машины не обязательно круглое число! А Integer — это только целые числа. Поэтому при попытке написать во второй программе другие числа выскакивает ошибка:
Чтобы решить эту проблему вам надо вспомнить какой тип в Pascal отвечает за нецелые числа. В этом уроке мы рассматривали основные типы. Итак, это вещественный тип — Real. Вот, как выглядит исправленная программа:
Как видите, эта статья полезна для прочтения как новичкам, так и уже более опытными пользователям Pascal, так как составление блок-схем не только очень простое и быстрое, но и весьма увлекательное занятие.
Конспект
Составление линейных алгоритмов
На предыдущих уроках мы узнали, что такое алгоритм, какие бывают виды алгоритмов, и кто их исполняет.
Сегодня мы попрактикуемся в составлении алгоритмов. Это очень важные навыки. Мы уже неоднократно отмечали, что составить алгоритм, то есть объяснить другому, как выполнять те или иные задачи так, чтобы это было понятно каждому, — очень тяжело. Наша задача – научиться составлять алгоритмы для различных примеров, чтобы впоследствии, когда вы столкнётесь с необходимостью составлять алгоритмы для написания различных программ, это не составляло для вас особого труда.
Начнём мы с самых простых алгоритмов – линейных. Их составление, обычно, не вызывает особого труда. Однако, навыки составления таких алгоритмов чрезвычайно важны.
Пример 1. Составить алгоритм запуска программы Paint в ОС Windows 7.
Решение:
Вспомним из курса информатики 5 класса порядок действий для запуска программы Paint.
- Войти в меню «Пуск».
- Войти в пункт «Все программы».
- Войти в пункт «Стандартные».
- Выбрать программу «Paint».
Данный алгоритм в виде блок-схемы имеет следующий вид:
Рис. 1. Блок-схема к примеру 1.
Составление алгоритмов с ветвлениями
Рассмотрим пример на составление алгоритмов с ветвлениями.
Пример 2. Составьте алгоритм для перехода дороги на светофоре.
Рис. 2. Светофор (Источник).
Решение:
Возможны следующие ситуации: в тот момент, когда мы подошли к дороге горел красный или зелёный свет. Если горел зелёный свет, то можно переходить дорогу. Если же горел красный свет, то необходимо дождаться зелёного – и уже тогда переходить дорогу.
Таким образом, алгоритм имеет следующий вид:
- Подойти к светофору.
- Посмотреть на его свет.
- Если горит зелёный, то перейти дорогу.
- Если горит красный, то подождать, пока загорится зелёный, и уже тогда перейти дорогу.
Блок-схема данного алгоритма имеет вид:
Рис. 3. Блок-схема к примеру 2.
Составление циклических алгоритмов
Рассмотрим пример на составление циклического алгоритма. Мы уже несколько раз обсуждали перевод чисел из десятичной системы в двоичную. Теперь пришло время чётко сформулировать этот алгоритм.
Напомним, что его принцип состоит в делении числа на 2 и записей остатков, получающихся при делении.
Пример 3. Составить алгоритм перевода чисел из десятичной системы в двоичную.
Решение:
То есть, алгоритм будет выглядеть так:
- Если число равно 0 или 1, то это и будет его двоичное представление.
- Если число больше 1, то мы делим его на 2.
- Полученный остаток от деления записываем в последний разряд двоичного представления числа.
- Если полученное частное равно 1, то его дописываем в первый разряд двоичного представления числа и прекращаем вычисления.
- Если же полученное частное больше 1, то мы заменяем исходное число на него и возвращаемся в пункт 2).
Блок-схема этого алгоритма выглядит следующим образом:
Рис. 4. Блок-схема к примеру 3.
Примечание: подумайте, можно ли как-то упростить приведенную блок-схему.
«Чтение» алгоритмов
Пример 4. По заданной блок-схеме выполнить действия алгоритма для числа 23.
Рис. 5. Блок-схема к примеру 4.
Решение:
- a=23
- 23+5=28
- 28<35
- 28+5=33
- 33<35
- 33+5=38
- 38>35
- 76 – двузначное число
- 76-50=26.
Ответ: 26.
На этом уроке мы разобрали примеры составления алгоритмов, а также пример «чтения алгоритма» по готовой блок-схеме.
На следующем уроке мы обсудим игры и выигрышные стратегии.
Как убить Кощея?
Наверное, все помнят из детства сказку, в которой рассказывается о местонахождении смерти Кощея Бессмертного: «Смерть моя – на конце иглы, которая в яйце, яйцо – в утке, утка – в зайце, заяц в сундуке сидит, сундук на крепкий замок закрыт и закопан под самым большим дубом на острове Буяне, посреди моря-океяна …»
Рис. 6. Кощей Бессмертный и Василиса Премудрая (Источник).
Предположим, вместо Ивана-царевича бороться с Кощеем был брошен Иван-дурак. Давайте поможем Василисе Премудрой составить такой алгоритм, чтобы даже Иван-дурак смог убить Кощея.
- Конечно же, сначала необходимо разыскать остров Буян (на такие вещи, будем считать, Иван-дурак способен).
- Поскольку сундук закопан под самым большим дубом, то сначала необходимо найти самый большой дуб на острове.
- Затем нужно выкопать сам сундук.
- Прежде чем доставать зайца, необходимо сломать крепкий замок.
- Теперь уже можно достать зайца.
- Из зайца нужно достать утку.
- Из утки достать яйцо.
- Разбить яйцо и достать иголку.
- Иголку поломать.
Это тоже линейный алгоритм, хотя и более длинный, чем алгоритм запуска программы Paint.
Его блок-схема выглядит так:
Рис. 7. Блок-схема.
На распутье…
И снова обратимся к сказочным персонажам в поисках примеров различных алгоритмов. Когда речь идёт об алгоритмах с ветвлениями, то, конечно, нельзя не вспомнить о богатыре, стоящем на распутье возле камня.
Рис. 8. Богатырь на распутье (Источник).
На камне написано:
«Направо пойдёшь – коня потеряешь, себя спасёшь; налево пойдёшь – себя потеряешь, коня спасёшь; прямо пойдёшь – и себя и коня потеряешь».
Попробуем составить алгоритм действий, который составил автор надписи на камне для путников?
- Если мы пойдём направо, то потеряем коня. Если же мы не пойдём направо, то у нас остаётся два варианта (мы считаем, что назад возвращаться путник не будет): пойти прямо и налево.
- В случае, если мы пойдём налево, то потеряем себя, а коня спасём.
- Если же мы пойдём прямо, то потеряем и себя, и коня.
Блок-схема этого алгоритма выглядит так:
Рис. 9. Блок-схема.
Репка
Русские народные сказки не оставили нас и без циклического алгоритма. И, как ни странно, спрятался он в одной из самых незамысловатых сказок – «Репке».
Рис. 10. Репка.
Вспомним сюжет сказки: дед тянет-потянет – вытянуть не может. Затем на помощь к деду по очереди подходят новые персонажи – и так до тех пор, пока не приходит мышка.
Попытаемся составить алгоритм действий всех персонажей сказки для того, чтобы они всё-таки смогли вытянуть Репку.
- Изначально к Репке подошёл дед и попытался вытянуть.
- Поскольку вытянуть Репку не получилось, то понадобилась помощь следующего персонажа.
- И так происходит до тех пор, пока не появилась мышка (или, другими словами, до тех пор, пока Репку не вытащили).
В виде блок-схемы этот алгоритм выглядит следующим образом:
Рис. 11. Блок-схема.
Список рекомендованной литературы
- Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 6 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012
- Босова Л.Л. Информатика: Рабочая тетрадь для 6 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
- Босова Л.Л., Босова А.Ю. Уроки информатики в 5-6 классах: Методическое пособие. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
Рекомендованные ссылки на ресурсы интернет
- Интернет портал «Сообщество взаимопомощи учителей» (Источник).
- Интернет портал «Nsportal.ru» (Источник).
- Интернет портал «Фестиваль педагогических идей» (Источник).
Рекомендованное домашнее задание
- §3.3, 3.4 (Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 6 класса);
- Постарайся самостоятельно составить линейный алгоритм из 5-6 фигур;
- Составь блок-схему циклического алгоритма выполнения домашнего задания;
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:
- Элементы блок-схем алгоритмов
- Примеры блок-схем
- 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:
- ГОСТ 19.701–90 (ИСО 5807–85) «Единая система программной документации».
- Алгоритм. Свойства алгоритма https://pro-prof.com/archives/578
- Алгоритмы сортировки слиянием и быстрой сортировки https://pro-prof.com/archives/813
- yEd Graph Editor https://www.yworks.com/products/yed
- Книги: алгоритмы https://pro-prof.com/books-algorithms
- Рамбо Дж., Якобсон А., Буч Г. UML: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2002. -656 с.
- Кент Бек Экстремальное программирование: разработка через тестирование – СПб.: Питер – 2003
- Визуальный язык ДРАКОН https://drakon.su/
- 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
- Брукс Ф., Мифический человеко — месяц или как создаются программные системы. СПб. Символ Плюс, 1999 — 304 с. ил.