Как составить блок схему линейной функции

Лабораторный практикум по основам языка C/С++

Справочник

Правила оформления блок-схем

Блок-схема является графическим представлением алгоритма решения задачи. Блок-схема никак не связана с каким-либо языком программирования. Таким образом все выражения в блоках блок-схемы записываются по правилам обычной математики.

В блок-схемах нельзя использовать элементы языка программирования.

• в качестве оператора присваивания в блок-схемах используется двухсимвольный знак «:=»
• в качестве оператора логического сравнения на равенство в блок-схемах используется одинарный символ знак «=»
• в качестве оператора логического сравнения «больше или равно» («меньше или равно») в блок-схемах используется одинарный символ » ≥ » ( » ≤ » )
• в качестве логических операторов используются слова AND , OR
• индексы у элементов массива указываются также, как в математических выражениях: a_ij .
• математические выражения записываются согласно всем правилам математики. Особенно это касается выражений с дробями, то есть формула должна записываться следующим образом , а не x1=(-b-sqrt(b*b-4*a*c))/(2*a).

Назначение блоков

Наименование	Обозначение	Функция
Терминатор		Элемент отображает выход во внешнюю среду и вход из внешней среды (наиболее частое применение − начало и конец программы). Внутри фигуры записывается соответствующее действие.
Процесс		Выполнение одной или нескольких операций, обработка данных любого вида (изменение значения данных, формы представления, расположения). Внутри фигуры записывают непосредственно сами операции, например, операцию: a := 10 b + c

Для вычисления суммы ряда в программе необходимо выполнить следующие действия:

1. Описать переменные, которые будут использоваться для хранения текущего значения суммы, текущего значения счетчика элементов цикла, а также общего количества суммируемых элементов.
   Примечание: это действие необходимо только для определения количества переменных, которые потребуются алгоритму и потому в блок-схеме эти действия никак не учитываются.
2. Получить у пользователя число элементов ряда, которые следует просуммировать, то есть ввести данные в программу.
3. Обнулить переменную, которая будет хранить сумму ряда.
4. Инициализировать счетчик цикла начальным значением.
5. Рассчитать значение элемента ряда с номером, равным текущему значению счетчика и прибавить получившееся значение к значению переменной-суммы.
6. увеличить значение счетчика на единицу.
7. Если значение счетчика меньше количества суммируемых элементов, которое задано пользователем, то перейти к выполнению пункта 5.
8. Вывести значение суммы.

Это текстовая запись алгоритма. Теперь реализуем ее в виде графической схемы (блок-схемы).

Если вы не занете при помощи чего создавать блок-схемы, то рекомендуем ознакомиться со следующей статьей:
6 сервисов для работы с блок-схемами

Источник

Урок 4. Блок-схема

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.

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.

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:

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:

Следующий пункт алгоритма – блок-схема:

Решение задачи №2.

А также решение, записанное в Pascal :

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:

Обратите внимание в Паскале, как и в любом другом языке программирования десятичная дробь вводится с точкой, а не с запятой!

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.

Здесь понятней чем в школе.

мля… прикиньте, я узнал про этот сайт только ПОСЛЕ того как сделал программу с условием, узнавая все в инструкции

Ребята , вопрос на засыпку, как заставить «,» (введенную пользователем в числе) заменить на «.» внутри программы, что бы не вылетало юхни с ошибкой.

Взять строку введенную пользователем, заменить «,» на «.».
Если совсем гуглить не умеете, то вам сюда — http://www.cyberforum.ru/pascal/thread190664.html

>> скорость машины не обязательно круглое число!

Нет такого понятия, как «круглое число».

Обе ваши блок-схемы не соответствуют ГОСТу (сдать такие на курсовой проект не получится). ГОСТ определяет блоки начала и конца, как «прямоугольник со скругленными краями», а не «скругленными углами».

>> умение правильно и быстро составлять схемы является фундаментом, основой программирования.

Большинство программистов так не считает. Кроме того, попробуйте поспрашивать у программистов «когда они последний раз составляли блок-схему?» — окажется что в ВУЗе (когда с них зачем-то сдирали знание ГОСТа).

>> так как составление блок-схем не только очень простое и быстрое, но и весьма увлекательное занятие.

Очень сложное, долгое и бесполезное занятие. Для хоть сколько-нибудь большой программы (в тысячу строк хотя бы, как курсак) блок-схемы будут огромные и их будут десятки. А что делать если они перестают соответствовать коду? — вот даже в вашей первой задаче надо будет добавить проверку, что юзер не ввел отрицательные значения сторон, что делать? — исправления кода займут 1 минуту, а исправление блок-схем 10 минут, и зачем тогда этим заниматься?

Программист не должен писать блок-схемы (он их должен читать и понимать и при необходимости исправлять). Блок-схемы это графический язык общения, который понимает как программист, так и не программист. Чтобы пользователь не общался с программистом своими «хотелками», типа я хочу, чтобы вот это правильно считалось, и это число складывалось с этим, а потом выводилось сюда (или вообще говорил — хочу что бы работало), а рисовал все в виде блок-схем с четким алгоритмом. Тогда по идее у программиста будет понимание того, что от него хотят (и он через пять минут не забудет все что ему сказали). Либо, когда общаются два программиста пишущих на разных языках программирования (LISP и Java) и одному нужно объяснить как работает его код, что бы другой переписал его на другом языке.
Как объяснить преподавателю как работает программа, если преподаватель не знает языка программирования на котором написана ваша программа? Или как преподавателю объяснить алгоритм задачи студентам пишущим и реализующим этот алгоритм или программу на разных языках программирования? Нужен какой-то универсальный язык общения и обычно это просто текст «что нужно сделать» на русском языке, а не намного облегчающая жизнь программиста блок-схема.
Вам могут сказать — сделай модуль авторизации (ты же знаешь как, ну как всегда и как везде), а могут нарисовать блок-схему модуля авторизации с учетом всех пожеланий, типа того, что пароль должен содержать не менее 6 символов и что нужно делать в противном случае т.д. То есть блок схему должен уметь рисовать тот кто ставит задачу, а не программист. Либо программист (архитектор либо менеджер проекта), который ставит задачу другим программистам.

Вы слишком придирчивы, серьезно (я говорю про последние два пункта). Понятно, что статья (как почти и весь сайт) написана почти только для школьников, которым об этом твердят в школе. Здесь же им просто объясняют те вещи, которые они на учебе недопоняли

Блок схемы всей программы могут не понадобиться. Это же тонны бумаги и много времени. И да, они устаревают и актуализировать их трудоёмко.
Но при обсуждении новых вариантов решения задачи с другими программистами удобно оперировать блоками с криво-косо нарисованными краями и линиями. Начертил на бумаге или доске и все понятно.
На практике я встречал фотографии доски с блок-схемами, прикреплённые к задачам в Jira.
Не по ГОСТу 🙂

Спасибо, теперь я напишу программу, которая делает код по блок схеме и наоборот

program Logarifm;
Var
X,y,z:real;
function Lgrfm(A,B:Real):Real;
var
Osn:Real;
begin
Osn:=ln(A)/ln(B);
Lgrfm:=Osn;
end;
begin
Write(‘Введите X = ‘);
ReadLn(X);
Write(‘Введите Y = ‘);
ReadLn(Y);
Z:=Lgrfm(X,2)+Lgrfm(Y,3);
WriteLn(‘Z = ‘,Z:10:3);
ReadLn;
end.

Отличный сайт, мне все нравится все понятно и четко, нашел нужные программы.

В блок-схемах начало и конец алгоритма обозначаются не прямоугольником со скруглёнными краями, а овалом!

Ребята, что сделали сайт молодцы)) Оч полезная инфа, что нужно поправить, чтобы сайт стал еще лучше:
1) мне не хватает структуры уроков порядковой (или хотябы под уроками чтобы была ссылка на следующий), поэтому приходится на другие уроки искать ссылки по сайту и в контексте уроков;
2)нет описания функций используемых в примерах (по крайней мере, возможно по причине отсутствия структуры, я их не нашел), поэтому беру на сторонних ресурсах описания таких функций как dec() inc() sqr() odd().
А вообще как я понял сайт составлялся школьниками «на коленках», поэтому я не придираюсь, а просто говорю им спасибо за их труд. Желаю успехов.

Источник

Блок-схемы линейных алгоритмов

В примере 1 алгоритм задаётся словесно, графически он даётся в виде схемы на рис.1.1 в примере 6, где не требуется описания алгоритма, так как он представляется наглядно.

Рис. 1.1. Блок-схема линейного алгоритма примера 6

Блок 2 соответствует вводу данных. Блок 3 представляет арифметическое действие z=x+y 2 .

Блок 4 выводит результат. Блок 1 в схеме служит в качестве логического начала, а блок 5 –для завершения схемы.

Блок-схемы разветвляющихся алгоритмов

Ранее отмечалось, что разветвляющиеся алгоритмы предполагают проверку условий для выбора решения. В примере 7 рассматривается разветвляющийся алгоритм, где в зависимости от условия выбирается один из возможных вариантов решений. Алгоритм представляется в виде блок-схемы.

При выполнении условия x>0 вычисляется функция: z=ln x+y, иначе, а именно, когда х=0 или x 2 . На рис.1.2 представлен разветвляющийся алгоритм, где в зависимости от условия выполнится одна из веток.

Рис. 1.2. Блок-схема разветвляющегося алгоритма примера 7

3. Примеры выполнения задания к практическому занятию № 1

Линейный алгоритм

Вычислить и вывести на экран значение функции: Y = sin (x+30°)/(a + x)+b×a.

Рис. 1.3. Блок-схема линейного алгоритма примера 8

Разветвляющийся алгоритм

Рис. 1.4. Блок-схема разветвляющегося алгоритма примера 9

В блок-схеме видно, что в зависимости от условия x>0 выполняется одна из ветвей алгоритма. После вычисления выводится результат .

Задания к практическому занятию № 1

1) По примеру 8 построить блок-схему для линейного алгоритма. Функцию каждому придумать свою. Образец для выполнения блок-схемы представлен на рис. 1.3.

2) По примеру 9 построить блок-схему для разветвляющегося алгоритма. Задачу каждому придумать свою. Образец для выполнения блок-схемы представлен на рис. 1.4.

Задание ИДЗ №3 по теме «Алгоритмы. Блок-схемы. Ветвления» в Приложении №1.

Вопросы для самоконтроля к практическому занятию № 1. Тема «Алгоритмы. Ветвления»

1. Универсальность (массовость) – это

1) алгоритм достигает результата за конечное число шагов.

2) каждое из действий и весь алгоритм в целом обязательно завершаются.

3) по завершении выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.

4) применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.

1) применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.

2) каждое из действий и весь алгоритм в целом обязательно завершаются.

3) процесс решения задачи по алгоритму разбит на отдельные действия.

4) алгоритм достигает результата за конечное число шагов.

3. Однозначность (детерминированность) – это

1) применимость алгоритма к различным наборам исходных данных.

2) правила и порядок выполнения действий алгоритма имеют единственное толкование.

3) каждое из действий и весь алгоритм в целом обязательно завершаются.

4) по завершении выполнения алгоритма обязательно получается конечный результат.

4. В результате работы линейного алгоритма:

Переменная У приняла значение 18. Указать значение Х до начала работы алгоритма.

5. В результате работы алгоритма:

если b y , то x:= x-3 , иначе y:= y+3;

1) x = 10; y = 7; 2) x = 7; y = 7; 3) x = 10; y = 10; 4) x = 7; y = 10.

Практическое занятие №2. Алгоритмы. Блок-схемы. Циклы

Цель занятия

Цель занятия – знать отличительные особенности представления циклических алгоритмов. Уметь записать алгоритм цикла графически, в виде блок-схемы.

Теоретический материал для практического занятия №2

Словесные алгоритмы. Циклы

Циклический алгоритм может быть задан в виде словесного описания.

Найти сумму значений переменной Р, полагая, что начальное значение этой переменной равно нулю , т.е. Р=0. В каждом цикле переменная изменяется на 2, т.е. Р=Р+2. Количество циклов равно 5. В результате данного алгоритма значение переменной будет равна Р=10.

В следующем примере алгоритм задачи приближен к блок-схеме. Вместо графических блоков даётся словесное описание каждого действия.

Пусть заданы начальные значения переменных:

Определить количество циклов и значения переменных x, y после выхода из цикла.

Цикл выполняется до тех пор, пока выполняется условие y>x. Так как y:=5, x:=1, то условие выполняется, и значение y вычисляется по формуле y: = y – x.

В результате выполнения первого цикла получим y:=4.

Во втором цикле условие y>x выполняется, и после выполнения второго цикла получим значение y=3.

В третьем цикле условие y>x выполняется, и после выполнения цикла получим значение y=2.

В четвёртом цикле условие y>x выполняется, и после выполнения цикла получим значение y=1.

При значениях y:=1, x:=1 условие y>x не выполняется, цикл не будет выполняться.

Следовательно, в примере 2 цикл закончится, выполнится четыре цикла.

На выходе из цикла значения переменных будут равны y:=1, x:=1.

Блок-схемы. Циклы

Составить в виде блок-схемы циклический алгоритм примера 2.

Условие проверяется на входе в цикл. В теле цикла выполняется два блока:

2) вывод значений переменных x, y.

Рис. 2.1. Блок-схема циклического алгоритма с предусловием (пример 2)

Цикл выполняется до тех пор, пока выполняется условие y>x. При условии равенства этих переменных у=х или y x

1) 1 раз; 2) 4 раза; 3) 2 раза; 4) 3 раза.

2. Фрагмент блок-схемы цикла выполнит тело цикла:

1) 3 раза; 2) 2 раза; 3) 4 раза; 4) бесконечное число.

3. Значения целочисленных переменных x>0, y>0 после выполнения следующего фрагмента блок-схемы равны:

Источник

Практическая
раборта № 1

Построение
блок-схем алгоритмов(теория)

Предпочтительнее
до записи на алгоритмическом языке представить алгоритм в виде блок-схемы. Для
построения алгоритма в виде блок-схемы необходимо знать назначении каждого из
блоков. В таблице 1. приводятся типы блоков и их назначение.

Таблица 1

№	Блок	Назначение блока
1		Начало или конец блок-схемы
2		Ввод или вывод данных
3		Процесс (в частности вычислительный)
4		условие
6		Цикл с параметром (for)

Основные
типы алгоритмов

Алгоритмизация выступает как набор
определенных практических приёмов, особых специфических навыков рационального
мышления в рамках заданных языковых средств. Алгоритмизация вычислений
предполагает решение задачи в виде последовательности действий, т.е. решение,
представленное в виде блок-схемы. Можно выделить типичные алгоритмы. К ним
относятся: линейные алгоритмы, разветвляющиеся алгоритмы, циклические
алгоритмы.

Линейные алгоритмы

Линейный алгоритм является наиболее
простым. В нём предполагается последовательное выполнение операций. В этом
алгоритме не предусмотрены проверки условий или повторений.

Пример: Вычислить функцию z=
(х-у)/x +y².

Составить блок-схему вычисления функции по
линейному алгоритму. Значения переменных х, у могут быть
любые, кроме нуля, вводить их с клавиатуры.

Решение: Линейный алгоритм вычисления
функции задан в виде блок-схемы на рис.1. При выполнении линейного алгоритма
значения переменных вводятся с клавиатуры, подставляются в заданную функцию,
вычисляется результат, а затем выводится результат.

Рис.1. Линейный алгоритм

Назначение блоков в схеме на
рис.1:

·       
Блок 1 в схеме служит в качестве
логического начала.

·       
Блок 2 соответствует вводу данных.

·       
Блок 3 представляет арифметическое
действие.

·       
Блок 4 выводит результат.

·       
Блок 5 в схеме служит в качестве
логического завершения схемы.

Алгоритмы ветвлений

Разветвляющийся алгоритм предполагает
проверку условий для выбора решения. Соответственно в алгоритме появятся две
ветви для каждого условия.

В
примере рассматривается разветвляющийся алгоритм, где в зависимости от условия
выбирается один из возможных вариантов решений. Алгоритм представляется в виде
блок-схемы.

Пример:
При выполнении условия x>0
вычисляется функция: z=
x+
y,
иначе, а именно, когда х=0 или x<0,
вычисляется функция: z=x²+y².

Составить
блок-схему вычисления функции по алгоритму ветвления. Значения переменных х,
у могут быть любые, вводить их с клавиатуры.

Решение:
На рис.2 представлен разветвляющийся алгоритм, где в зависимости от условия
выполнится одна из веток. В блок-схеме появился новый блок 3, который проверяет
условие задачи. Остальные блоки знакомы из линейного алгоритма.

Рис.2. Алгоритм ветвления

Пример: Найти максимальное значение
из трёх различных целых чисел, введенных с клавиатуры. Составить блок-схему
решения задачи.

Решение: Данный алгоритм
предполагает проверку условия. Для этого выбирается любая из трёх переменных и
сравнивается с другими двумя. Если она больше, то поиск максимального числа
окончен. Если условие не выполняется, то сравниваются две оставшиеся
переменные. Одна из них будет максимальной. Блок-схема к этой задаче
представлена на рис 3.

Рис. 3. Блок-схема поиска максимума

Циклические алгоритмы

Циклический алгоритм предусматривает
повторение одной операции или нескольких операций в зависимости от условия
задачи.

Из
циклических алгоритмов выделяют два типа:

1)                
с заданным количеством циклов или со
счётчиком циклов;

2)                
количество циклов неизвестно.

Пример:
В цикле вычислить значение функции z=x*y при условии, что одна из
переменных x
меняется в каждом цикле на единицу, а другая переменная у не
меняется и может быть любым целым числом. В результате выполнения цикла при
начальном значении переменной х=1 можно получить таблицу умножения.
Количество циклов может быть любым. Составить блок-схему решения задачи.

Решение:
В примере количество циклов задаётся. Соответственно выбирается алгоритм
циклов первого типа. Алгоритм этой задачи приводится на рис. 4.

Во
втором блоке вводятся количество циклов n и любые целые числа х,
y.

В
блок-схеме появился новый блок 3, в котором переменная i считает
количество циклов, после каждого цикла увеличиваясь на единицу, пока счётчик не
будет равен i=n. При i=n будет выполнен последний
цикл.

В
третьем блоке указывается диапазон изменения счётчика цикла (от i =1 до i=n).

В
четвёртом блоке изменяются значения переменных: z, x.

В
пятом блоке выводится результат. Четвёртый и пятый блоки повторяются в каждом
цикле.

Рис.4 . Циклический алгоритм со счётчиком
циклов

Этот
тип циклических алгоритмов предпочтителен, если дано количеством циклов.

Если количество циклов неизвестно, то
блок-схемы циклических алгоритмов могут быть представлены в виде рисунков 5, 6.

Пример:
Вычислить у=у-x
пока y>x,
если y=30,
x=4.
Подсчитать количество выполненных циклов, конечное значение переменной у.
В цикле вывести значение переменной у, количество выполненных
циклов. Составить блок-схему решения задачи.

Решение:
В примере количество циклов неизвестно. Соответственно выбирается алгоритм
циклов второго типа. Алгоритм этой задачи приводится на рис. 5.

Условие
проверяется на входе в цикл. В теле цикла выполняется два блока:

1)
у=у-х; i=i+1;

2)
вывод значений переменных i,
y.

Цикл
выполняется до тех пор, пока выполняется условие y>x. При условии
равенства этих переменных у=х или y<x цикл заканчивается.

Алгоритм,
представленный на рис.5, называется циклический алгоритм с предусловием,
так как условие проверяется в начале цикла или на входе в цикл.

Рис.5. Блок-схема
циклического алгоритма с предусловием

Во втором блоке вводятся y=30,
x=4.

В
третьем блоке проверяется условие y>x
на входе в цикл. Если условие выполняется, то переход к блоку 4, иначе на блок
6.

В
четвёртом блоке вычисляется значение переменной у, подсчитывается
количество выполненных циклов i=i+1.

В
пятом блоке выводится результат:

·       
значение переменной у,

·       
количество выполненных циклов i.

Пример:
Составить блок-схему примера (рисунок 5), проверяя условие выхода из цикла.
В этом примере условие задачи не меняется, и результат выведется тот же, но
блок-схема будет другой.

Решение:
В этом случае проверяется условие на выход из цикла: y<=x. При
этом условии цикл не выполняется. Условие в блок-схеме следует перенести в
конец цикла, после вывода на печать. Цикл выполняется до тех пор, пока
выполняется условие y>x.

Алгоритм,
если условие перенести в конец цикла, называется алгоритмом цикла с
постусловием. Алгоритм этой задачи приводится на рис. 6.

Во
втором блоке вводятся y=30,
x=4.

В
третьем блоке вычисляется значение переменной у, подсчитывается
количество выполненных циклов i=i+1.

В
четвёртом блоке выводится результат:

·       
значение переменной у,

·       
количество выполненных циклов i.

В
пятом блоке проверяется условие y<=x
на выход из цикла. Если условие выполняется, то переход к блоку 6, иначе на
блок 3 и цикл повторяется.

 

Рис.6 . Алгоритм цикла с
постусловием

Индивидуальные задания к работе:

1.
Найти
результат работы алгоритма:

Входные данные по вариантам

№	A	B	C	D
1	0	-1	-2	-3
2	1	0	-1	-2
3	2	1	0	-1
4	3	2	1	0
5	4	3	2	1
6	5	4	3	2
7	6	5	4	3
8	7	6	5	4
9	-3	7	6	5
10	-4	-3	7	6
11	-5	-4	-3	7
12	-6	-5	-4	-3
13	-7	-6	-5	-4
14	9	-7	-6	-5
15	8	7	-7	-6
16	5	5	8	-7
17	5	2	4	5

2.     При
заданном Х условие выполнется? Написать результат вычисления и ответ попадаем в
условие или нет.

Входные данные по вариантам

№	X1	X1
1	55	12
2	85	13
3	24	17
4	65	15
5	17	54
6	15	67
7	26	3
8	27	21
9	92	34
10	12	23
11	45	22
12	66	45
13	71	46
14	13	76
15	45	67
16	53	35
17	52	23

3.     Написать
результат выполнения алгоритма с указанными входными данными

Входные данные по вариантам

№	S
1	1,5
2	1,8
3	2,4
4	1,6
5	1,7
6	1,3
7	2,6
8	2,37
9	1,92
10	1,12
11	1,45
12	2,66
13	2,71
14	2,13
15	1,45
16	2,53
17	1,52

4.     Написать
результат выполнения алгоритма с указанными входными данными

Входные данные по вариантам

№	X
1	-1
2	0
3	1
4	2
5	3
6	4
7	5
8	6
9	7
10	-3
11	-4
12	-5
13	-6
14	-7
15	7
16	5
17	2

5.     Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.

№	Задача
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

6.     Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.

№	Задача
1	Дано двузначное число. Найти: число десятков в нем;
2	Дано двузначное число. Найти: число единиц в нем;
3	Дано двузначное число. Найти: сумму его цифр;
4	Дано двузначное число. Найти: произведение его цифр.
5	Дано двузначное число. Получить число, образованное при перестановке цифр заданного числа.
6	Дано трехзначное число. Найти: ачисло единиц в нем;
7	Дано трехзначное число. Найти: число десятков в нем;
8	Дано трехзначное число. Найти: сумму его цифр;
9	Дано трехзначное число. Найти: произведение его цифр.
10	Дано трехзначное число. Найти число, полученное при прочтении его цифр справа налево.
11	Дано трехзначное число. В нем зачеркнули первую слева цифру и приписали ее в конце. Найти полученное число.
12	Дано трехзначное число. В нем зачеркнули последнюю справа цифру и при- писали ее в начале. Найти полученное число.
13	Дано трехзначное число. Найти число, полученное при перестановке первой и второй цифр заданного числа
14	Дано трехзначное число. Найти число, полученное при перестановке второй и третьей цифр заданного числа.
15	Дано трехзначное число, в котором все цифры различны. Получить шесть чи- сел, образованных при перестановке цифр заданного числа.
16	Дано натуральное число n (n > 9). Найти: число единиц в нем;
17	Дано натуральное число n (n > 9). Найти: число десятков в нем.

7.     Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.

№	Задача
1	Определить максимальное и минимальное значения из двух различных веще- ственных чисел.
2	Известны два расстояния: одно в километрах, другое — в футах ( 1 фут 0,305 м ). Какое из расстояний меньше?
3	Известны две скорости: одна в километрах в час, другая — в метрах в секун- ду. Какая из скоростей больше?
4	Даны радиус круга и сторона квадрата. У какой фигуры площадь больше?
5	Даны объемы и массы двух тел из разных материалов. Материал какого из тел имеет большую плотность?
6	Известны сопротивления двух несоединенных друг с другом участков элек- трической цепи и напряжение на каждом из них. По какому участку протекает меньший ток?
7	Даны вещественные числа a, b, c (a 0). Выяснить, имеет ли квадратное уравнение с данными параметрами решение
8	Известны площади круга и квадрата. Определить: уместится ли круг в квадрате?
9	Известны площади круга и квадрата. Определить:  уместится ли квадрат в круге?
10	Известны площади круга и равностороннего треугольника. Определить: уместится ли круг в треугольнике?
11	Известны площади круга и равностороннего треугольника. Определить: уместится ли треугольник в круге?
12	Дано двузначное число. Определить: какая из его цифр больше: первая или вторая;
13	Дано двузначное число. Определить: одинаковы ли его цифры
14	Дано двузначное число. Определить: кратна ли трем сумма его цифр;
15	Дано двузначное число. Определить: кратна ли сумма его цифр числу а.
16	Дано трехзначное число. Определить, какая из его цифр больше: первая или последняя;
17	Дано трехзначное число. Определить, какая из его цифр больше: вторая или последняя.

8.     Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.

№	Задача
1	Одна штука некоторого товара стоит 20,4 руб. Напечатать таблицу стоимости 2, 3, …, 20 штук этого товара.
2	Напечатать таблицу соответствия между весом в фунтах и весом в килограм- мах для значений 1, 2, …, 10 фунтов (1 фунт = 453 г).
3	Напечатать таблицу перевода расстояний в дюймах в сантиметры для значе- ний 10, 11, …, 22 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм).
4	Напечатать таблицу перевода 1, 2, … 20 долларов США в рубли по текущему курсу (значение курса вводится с клавиатуры).
5	Считая, что Земля — идеальная сфера с радиусом R 6350 км, определить расстояние до линии горизонта от точки с высотой над Землей, равной 1, 2, … 10 км.
6	. Напечатать таблицу умножения на 7:
7	Напечатать таблицу умножения на 9:
8	Напечатать «столбиком» значения sin 2 , sin 3 , …, sin 20 .
9	Напечатать таблицу стоимости 50, 100, 150, …, 1000 г сыра (стоимость 1 кг сыра вводится с клавиатуры).
10	Вывести «столбиком» следующие числа: 2,1, 2,2, 2,3, …, 2,8.
11	. Вывести «столбиком» следующие числа: 3,2, 3,2, 3,3, …, 3,9.
12	Вывести «столбиком» следующие числа: 2,2, 2,4, 2,6, …, 4,2.
13	Вывести «столбиком» следующие числа: 4,4, 4,6, 4,8, …, 6,4.
14	Напечатать таблицу стоимости 100, 200, 300, …, 2000 г конфет (стоимость 1 кг конфет вводится с клавиатуры).
15	Составить программу вывода любого числа любое заданное число раз в виде, аналогичном показанному в предыдущей задаче.
16	Напечатать таблицу умножения на 2:
17	Напечатать таблицу умножения на 5:

9.     Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.

№	Задача
1	Даны числа а1, а2, а3…а10, . Определить их сумму
2	Известна масса каждого из 12 предметов. Определить общую массу всего на- бора предметов.
3	. Известны оценки абитуриента на четырех экзаменах. Определить сумму на- бранных им баллов.
4	В ведомости указана зарплата, выплаченная каждому из сотрудников фирмы за месяц. Определить общую сумму выплаченных по ведомости денег
5	Известна масса каждого предмета, загружаемого в автомобиль. Определить общую массу груза.
6	Известно сопротивление каждого из элементов электрической цепи. Все эле- менты соединены последовательно. Определить общее сопротивление цепи.
7	Известно сопротивление каждого из элементов электрической цепи. Все эле- менты соединены параллельно. Определить общее сопротивление цепи.
8	Известны оценки по физике каждого из 20 учеников класса. Определить сред- нюю оценку.
9	Известны оценки ученика по 10 предметам. Определить среднюю оценку
10	Известны оценки по алгебре каждого ученика класса. Определить среднюю оценку
11	Известна масса каждого предмета из некоторого набора предметов. Опреде- лить среднюю массу
12	Известны оценки двух учеников по четырем предметам. Определить сумму оценок каждого ученика.
13	Известны результаты двух спортсменов-пятиборцев в каждом из пяти видов спорта в баллах. Определить сумму баллов, полученных каждым спортсменом.
14	Известен возраст (в годах в виде 14,5 лет и т. п.) каждого ученика двух клас- сов. Определить средний возраст учеников каждого класса. В каждом классе учатся 20 человек.
15	Известно количество осадков, выпавших за каждый день января и марта. Оп- ределить среднедневное количество осадков за каждый месяц
16	Известен рост каждого ученика двух классов. Определить средний рост уче- ников каждого класса. Численность обоих классов одинаковая.
17	Известны оценки по физике каждого ученика двух классов. Определить среднюю оценку в каждом классе. Количество учащихся в каждом классе одинаковое.

10. Построить
блок схему к задаче(по вариантам). Указать тип алгоритма, что дано и что нужно
найти.

№	Задача
1	Дано натуральное число. а) Верно ли, что сумма его цифр больше 10?
2	Дано натуральное число. б) Верно ли, что произведение его цифр меньше 50?
3	Дано натуральное число. в) Верно ли, что количество его цифр есть четное число?
4	Дано натуральное число. г) Верно ли, что это число четырехзначное? Составное условие и вложенный условный оператор не использовать.
5	Дано натуральное число д) Верно ли, что его первая цифра не превышает 6?
6	Дано натуральное число. е) Верно ли, что оно начинается и заканчивается одной и той же цифрой?
7	Дано натуральное число. ж) Определить, какая из его цифр больше: первая или последняя.
8	Дано натуральное число. а) Верно ли, что сумма его цифр меньше a?
9	Дано натуральное число. б) Верно ли, что произведение его цифр больше b?
10	Дано натуральное число. в) Верно ли, что это число k-значное? Составное условие и вложенный услов- ный оператор не использовать.
11	Дано натуральное число. г) Верно ли, что его первая цифра превышает m?
12	Дано натуральное число. а) Верно ли, что сумма его цифр больше k, а само число четное?
13	Дано натуральное число. б) Верно ли, что количество его цифр есть четное число, а само число не пре- вышает b?
14	Дано натуральное число. в) Верно ли, что оно начинается цифрой x и заканчивается цифрой y?
15	Дано натуральное число.  г) Верно ли, что произведение его цифр меньше a, а само число делится на b?
16	Дано натуральное число. д) Верно ли, что сумма его цифр больше m, а само число делится на n?
17	Дано натуральное число. Определить: а) есть ли в нем цифра 3;

Пример 2. При каких значениях параметра p уравнение 5–4sin 2 x–8cos 2 (x/2)=3p имеет корни?

Решение. Преобразуем заданное уравнение:

5– 4sin 2 x–8cos 2 (x/2)=3p => 5–4(1–cos2x)–4(1+cosx)=3p => 4cos 2 x–4cosx–3p–3=0.

Сделаем замену cosx=t. Тогда заданная задача равносильна следующей: при каких значениях p система

4t2–4t–3p–3=0, (1)
-1 2 –4t–3p–3; t₀–вершина этой параболы. В силу схемы IX случаи 1, 2 и 3 описываются следующей совокупностью:

Как создать блок схему для уравнения

Данный материал представляет собой справочное руководство по составлении алгоритмов, которые являются необходимой составной частью контрольной и курсовой работы по дисциплине «Информатика».

Изложенный материал не претендует на полноту охвата всех сторон проблемы алгоритмизации при решении задач, возникающих на практике. Однако его вполне достаточно для того, чтобы разобраться и выполнить ту часть названных работ, которая необходима для составления алгоритмов и их описания.

Опыт показывает, что трудности, возникающие при составлении алгоритмов имеют как общий характер, когда студент не может уяснить принцип работы алгоритма вообще, так и частный, когда непонятным оказывается отдельный фрагмент алгоритма.

В любом случае рекомендуется обратить внимание на следующее. Разбирая или составляя алгоритм, нужно мысленно представить некоторый автомат по обработке данных (компьютер), который будет выполнять действия, предписанные этим алгоритмом. Без такого представления невозможно понять сам алгоритм. Ниже, при разборе примеров, станет понятно, что такой мысленный автомат совсем несложен. Во всяком случае он несравнимо проще реального компьютера, хотя общие принципы их функционирования в основном одинаковы. Допустимо (например, при составлении описания) отождествлять работу такого автомата с работой самого алгоритма.

При изучении материала особенно первоначальном, следует подробно разобраться в каждом алгоритме, начиная с самого первого и самого простого. Начинать нужно с полного уяснения пяти самых простых и самых необходимых понятий: константа, переменная, ячейка памяти, запись константы в ячейку памяти, чтение константы из ячейки памяти . Не пренебрегайте этими советами, так как очень скоро убедитесь, что при разборе следующего алгоритма обязательно натолкнетесь не только на те же трудности, но присовокупите к ним новые. Более того, нередко полное понимание даже самого простого алгоритма дает намного больше пользы, чем поверхностное изучение десятка алгоритмов повышенной сложности.

1. Алгоритм и алгоритмизация

Алгоритм – это инструкция о том, в какой последовательности нужно выполнить действия при переработке исходного материала в требуемый результат. [ последователь­ность точных предписаний, понятных исполните­ лю (компьютеру, роботу и пр.), совершить последо­ вательность действий, направленных на достиже­ ние конкретного результата. ]

Наряду с понятием алгоритма используют термин алгоритмизация , под которой понимают совокупность приемов и способов составления алгоритмов для решения алгоритмических задач.

Часто алгоритм используется не как инструкция для автомата, а как схема алгоритмического решения задачи. Это позволяет оценить эффективность предлагаемого способа решения, его результативность, исправить возможные ошибки, сравнить его еще до применения на компьютере с другими алгоритмами решения этой же задачи. Наконец, алгоритм является основой для составления программы, которую пишет программист на каком-либо языке программирования с тем, чтобы реализовать процесс обработки данных на компьютере.

Неотъемлемым свойством алгоритма является его результативность , то есть алгоритмическая инструкция лишь тогда может быть названа алгоритмом, когда при любом сочетании исходных данных она гарантирует, что через конечное число шагов будет обязательно получен результат.

На практике получили известность два способа изображения алгоритмов:

в виде пошагового словесного описания;

в виде блок-схем.

Первый из этих способов получил значительно меньшее распространение из-за его многословности и отсутствия наглядности. Второй, напротив, оказался очень удобным средством изображения алгоритмов и получил широкое распространение в научной и учебной литературе. Именно этот способ будет использован ниже при составлении и описании алгоритмов.

2. Блок-схема и ее элементы

Блок-схема – это последовательность блоков, предписывающих выполнение определенных операций, и связей между этими блоками. Внутри блоков указывается информация об операциях, подлежащих выполнению. Конфигурация и размеры блоков, а также порядок графического оформления блок-схем регламентированы ГОСТ 19002-80 и ГОСТ 19003-80 «Схемы алгоритмов и программ».

В табл. 1 приведены наиболее часто используемые блоки, изображены элементы связей между ними и дано краткое пояснение к ним. Блоки и элементы связей называют элементами блок-схем.

Представленных в таблице элементов вполне достаточно для изображения алгоритмов, которые необходимы при выполнении студенческих работ.

При соединении блоков следует использовать только вертикальные и горизонтальные линии потоков.

Горизонтальные потоки, имеющие направление справа налево, и вертикальные потоки, имеющие направление снизу вверх, должны быть обязательно помечены стрелками.

Прочие потоки могут быть помечены или оставлены непомеченными.

Линии потоков должны быть параллельны линиям внешней рамки или границам листа

Название

Элемент

Комментарий

Вычислительное действие или последовательность вычислительных действий

Обращение к процедуре

Вывод данных, печать данных

Разрыв линии потока

Начало, конец, пуск, останов, вход и выход во вспомогательных алгоритмах

Используется для размещения надписей

Горизонтальные и вертикальные потоки

Линии связей между блоками, направление потоков

Слияние линий потоков

Расстояние между параллельными линиями потоков должно быть не менее 3 мм , между остальными элементами схемы – не менее 5 мм .

Горизонтальный и вертикальный размеры блока должны быть кратны 5 мм (делиться на 5 нацело). Отношение горизонтального и вертикального размеров блока b/а = 1.5 является основным. При ручном выполнении блока допустимо отношение b/а = 2.

Блоки «Начало», «Конец» и «Соединитель» имеют высоту а/2, т. е. вдвое меньше основной высоты блоков.

Для размещения блоков рекомендуется поле листа разбивать на горизонтальные и вертикальные (для разветвлявшихся схем) зоны.

Для удобства описания блок-схемы каждый ее блок следует пронумеровать. Удобно использовать сквозную нумерации блоков. Номер блока располагают в разрыве в левой верхней части рамки блока.

По характеру связей между блоками различают алгоритмы линейной, разветвляющейся и циклической структуры.

Примеры, пояснявшие изложенное, можно найти в блок-схемах алгоритмов, которые будут приведены ниже.

3. Константы, переменные и ячейки памяти

Для того чтобы ясно представить как «работает» алгоритм, опишем простейший автомат, который предназначен для выполнения операций, предписанных этим алгоритмом.

В состав такого автомата входят:

память, состоящая из отдельных ячеек;

процессор, т. е. устройство, способное выполнять операции, в том числе математические, и отдавать головке указания читать данные из ячеек или записывать данные в ячейки памяти автомата.

Головка, получив указание от процессора, может записывать в ячейку или считывать из нее одну константу .

В простейшем случае константой является любое арифметическое число. Например, 12, 0.78, 0, –45.33 и т. д. ( Константами могут быть такие строки символов, структуры данных и др.).

Под простой переменной , или просто переменной будем понимать некоторую ячейку памяти, т. е. отдельное место для хранение одной константы. В отдельной ячейке за время работы алгоритма может побивать множество различных констант (отсюда название – переменная). Такими ячейками (электронными, магнитными, оптическими) снабжен реальный компьютер.

Переменные имеют буквенно-символьное обозначение. Например, 1, n, a, a1, b , H2 – переменные. Одновременно обозначение переменной является индексом ячейки, в которую будут записываться константы. Любая из таких констант называется значением переменной . Например, Z является переменной и адресом ячейки Z одновременно. С алгоритмической точки зрения понятия “переменная” и “адрес ячейки” памяти являются идентичными.

Запись вида Y = 5.5 следует понимать так: записать константу 5.5 в ячейку с адресом Y (если до этой операции в ячейку была записана константа, то она будет затерта, а на ее место будет помещена константа 5.5). Произносить эту запись следует так: “переменной Y присвоить значение 5.5” .

Запись вида L = M следует понимать так: прочитать константу, расположенную по адресу M и скопировать эту константу в ячейку с адресом L (при этом константа из ячейки M не удаляется, а остается такой, какой она была до чтения). Произносить эту запись нужно так: «переменной L присвоить значение переменной M (или просто: L присвоить M)».

4. Массивы

Другой разновидностью переменных являются так называемые индексированные переменные или массивы . Массив – это некоторая совокупность ячеек, объединенная одним обозначением (массивом может быть одна ячейка). Всякий массив обязательно имеет размерность. Массивы бывают одномерными, двумерными, трехмерными и т. д.

Одномерный массив – это последовательность ячеек, расположенных в одну линию. На рис. 1 приведен пример такого массива.

Массив имеет имя q. Для того чтобы можно было отличить одну ячейку массива от другой ячейки этого же массива, их нумеруют. Нумерация ячеек обычно начинается с 1. Номер ячейки массива называется его индексом , а константа в ячейке – элементом массива. Теперь становится возможной работа с отдельной ячейкой такого массива. Например, команда q 7 = 8.2 означает, что в 7-ю ячейку массива q надлежит записать константу 8.2. Команда r 41 = q 2 + q 5 означает, что нужно сложить константы, записанные во 2-ю и 5-ю ячейки массива q, и результат записать в 41-ю ячейку одномерного массива r. Эту же операцию можно описать другими словами: 41-му элементу массива r присвоить значение суммы 2-го и 5-го элементов массива q.

Двумерный массив по расположению ячеек напоминает математическую матрицу ( рис. 2 ). Элемент такого массива характеризуется двумя индексами: первый показывает строку, в которой расположена ячейка, второй – ее столбец. Например, команда d 2, 5 = 43 означает, что в ячейку, размещенную на пересечении 2-й строки и 5-го столбца двумерного массива d, нужно записать константу 43.

Аналогично устроена структура массивов трех- и большей размерности.

5. Линейные алгоритмы

Линейный алгоритм – это алгоритм, в котором блоки выполняются последовательно сверху вниз от начала до конца.

На рис. 3 приведен пример блок-схемы алгоритма вычисления периметра Р и площади S квадрата со стороной длины A.

Рис. 3. Линейный алгоритм

Блок-схема алгоритма состоит из шести блоков. Выполнение алгоритма начинается с блока 1 «Начало». Этот блок символизирует включение автомата, настройку его на выполнение алгоритма и выделение памяти под все переменные, которые задействованы в алгоритме. В алгоритме рис. 3 таких переменных три: A, Р, S. Следовательно, под каждую из них алгоритмом будет выделено по одной ячейке памяти. На этом блок 1 будет отработан.

Как видно из рис.3, блок 1 связан вертикальной линией потока с блоком 2. Эта линия не имеет стрелки, указывавшей направление потока. Следовательно, этот поток направлен вниз. Таким образом, после выполнения блока 1 управление будет передано на блок 2. Блок 2 «Перфокарта» ( см. табл. 1) показывает, что переменной A следует присвоить значение. Это означает, что в ячейку, отведенную автоматом под эту переменную, нужно поместить константу. На реальной компьютере эта константа может быть введена самыми разными способами. Способ зависит от того, как запрограммирован данный фрагмент. Можно, например, потребовать ввод константы с клавиатура или получить его из заранее подготовленного файла. Возможно эта константа будет получена через внешние источники данных, например, от физической установки, подключенной к компьютеру.

Для данного примера способ передачи константы не имеет значения, важно лишь то, что при выполнении блока 2 в ячейку с адресом А будет занесена конкретная константа. Пусть такой константой является число 5.

Далее управление по линии потока передается к блоку 3 «Процесс». В этом блоке при выполнении размещенной в ней команды число 4 умножается на константу, помещенную в ячейку А (т. е. 5), и результат (т. е. 20) присваивается переменной Р (т. е. константа 20 записывается в ячейку по адресу Р). После выполнения этих операций управление передается к блоку 4.

В блоке 4 аналогичным образом производится умножение значений переменной А и результат (константа 25) присваивается переменной S (в ячейку по адресу S будет занесена константа 25). После этого выполняется переход к блоку 5.

При выполнении команд блока 5 выводятся (например, на экран, бумагу, во внешний файл и т. д.) значения переменных А, Р, S, которые сохранились в соответствующих ячейках к этому моменту. Понятно, что для конкретного примера А = 5 будут выведена константы 5, 20, 25, т. е. длина сторона квадрата, его периметр и площадь. Далее управление передается последнему блоку 6.

В блоке б “Конец” производится освобождение ячеек памяти, которые были зарезервированы под переменные А, P, S, и алгоритм заканчивает работу.

Понятно, что при новом запуске этого же алгоритма можно получить совсем другие числа. Так, если в блоке 2 переменной А присвоить значение 20, то алгоритм выдаст в блоке 5 константы 20, 80, 400.

Детальное описание алгоритма рис. 3 приведено для того, чтобы показать, в какой последовательности автомат выполняет предписанные операции и как при этом меняется состояние памяти автомата, т. е. для того, чтобы объяснить суть происходящих в автомате процессов. Из сказанного нужно уяснить, что автомат выполняет предписанную ему работу шаг за шагом. Всякий шаг обрабатывается процессором. Помимо вычислений процессор при необходимости отдает команды считывавшей/записывавшей головке, что и куда записывать, откуда читать. Конечный результат следует искать в ячейках памяти, каждая из которых до окончания алгоритма имеет известный адрес и хранит записанную в нее константу.

При выполнении контрольной или курсовой работы нет нужды давать столь подробное описание алгоритма. Тем не менее, описание должно быть выполнено с той степенью полноты, которая позволяет дать ясное представление о всех сторонах и особенностях алгоритмического процесса.

6. Разветвляющиеся алгоритмы

На практике алгоритмы линейной структуры встречается крайне редко. Чаще необходимо организовать процесс, который в зависимости от каких-либо условий проходит по той либо иной ветви алгоритма. Такой алгоритм называется разветвляющимся.

В блок-схемах ветвление начинается на выходах элемента «Решение», с помощью которого в алгоритме выполняется проверка какого-либо условия. Количество ветвей тем больше, чем больше проверяемых условий.

Для пояснения рассмотрим решение задачи нахождения значения функции z = y/x.

На первый взгляд представляется, что алгоритм решения этой задачи имеет линейную структуру. Однако, если учесть, что делить на нуль нельзя из-за переполнения ячейки, то, во-первых, нужно из вычислений исключить вариант х = 0 и, во-вторых, проинформировать пользователя алгоритма о возникшей ошибке. Если этого не сделать, то при вычислениях может возникнуть аварийный выход до получения результата. В профессиональной практике аварийные завершения крайне нежелательны. т. к. к этому моменту уже может быть накоплено определенное количество результатов, которые окажутся необработанными и попросту пропадут. Можно привести другие примеры, когда аварийный останов компьютера может повлечь куда более серьезные последствия.

Решение задачи представлено блок-схемой рис. 4.

Рис. 4. Разветвляющийся алгоритм

Она состоит из 7 блоков. После начала работы алгоритм в блоке 2 требует ввода аргументов X и Y. Затем в блоке 3 производится проверка условия X = 0. Здесь автомат проверяет равна ли нули константа, введенная в ячейку с адресом X. Результатом такой проверки является ответ «Да» или «Нет». В зависимости от этого ответа выполнение алгоритма пойдет по одной или другой ветви. Если результат проверки окажется отрицательным, то на х можно делить и управление передается блоку 4.

В блоке 4 будет получен результат Z, затем в блоке б значения всех трех переменных будут отпечатаны и в блоке 7 алгоритм закончит работу. Если же ответ окажется положительным, то управление будет передано блоку 4. Выполняя команду блока 4, автомат выведет сообщение «Ошибка» и затем закончит работу в том же блоке 7.

7. Циклические алгоритмы

Часто при решении задач приходится повторять выполнение операций по одним и тем же зависимостям при различных значениях входящих в них переменных и производить многократный проход по одним и тем же участкам алгоритма. Такие участки называются циклами . Алгоритмы, содержащие циклы, называется циклическими . Использование циклов существенно сокращает объем алгоритма.

Различают циклы с наперед известным и наперед неизвестным количеством проходов.

Пример 1. Рассмотрим пример алгоритма с циклом, имеющим наперед неизвестное количество проходов. Для этого решим следующую задачу. Указать наименьшее количество членов ряда натуральных чисел 1, 2, 3, . сумма которых больше числа К.

Рис. 5. Разветвляющийся алгоритм

Блок-схема алгоритма решения этой задачи приведена на рис. 5. Она состоит из восьми блоков.

После начала работы в блоке 2 вводится значение числа К. Далее в блоке 3 переменная i получает значение 1, т. е. значение, с которого начнется отсчет натуральных чисел. Переменная S, предназначенная для накопления сумма этих чисел, перед началом суммирования получает значение 0. После этого управление передается блоку 5.

В нем при выполнении команды S = S + i производится сложение содержимого ячеек S и i, а результат записывается в ячейку S. Поскольку до операции сложения было S = 0, i = 1, то после операции будет S = 1. При записи нового значения старое содержимое ячейки S (нуль) стирается, а на его место записывается число 1.

Нужно обратить внимание на то, что если бы до этой операции в блоке 3 не была выполнена команда S = 0 (записать нуль в ячейку S ), то при нахождении суммы S + 1 возникла бы ошибка, поскольку из ячейки S была бы извлечена константа, которая оказалась там после распределения памяти.

После суммирования первого члена последовательности в блоке 6 выполняется проверка условия о превышении суммы S заданного числа К.

Если условие 6 не выполнится, то производится переход к блоку 4, где при выполнении операции значение переменной увеличивается на 1 и становится равным 2. Теперь алгоритм вновь вернется к блоку 5 и к старому значении суммы добавит новый член 2. После этого сумма станет равной 3. В блоке б вновь проверяется условие получения требуемой суммы и т. д. Цепочка блоков 5-4 будет обрабатываться вновь и вновь до того момента, когда однажды при определенном значении переменной i, наконец, выполнится условие S > К, т. е. когда накапливаемая в таком цикле сумма впервые превысит заданное значение К. Переменная i, значение которой при очередном проходе цепочки этих блоков увеличивается на 1, играет роль счетчика этого цикла.

Далее производится переход к блоку 7, где отпечатается значение количества членов ряда (извлечено и отпечатано число из ячейки i, которое там хранится в момент выполнения условия), суммы S и в блоке 8 алгоритм закончит работу.

Пример 2. Теперь приведем пример алгоритма, содержащего цикл с наперед известным количеством проходов (повторений). Алгоритм решает задачу накопления суммы положительных элементов одномерного массива Z длины N ( под длиной массива понимается количество его элементов ). Блок-схема алгоритма дана на рис. 6.

Рис. 6. Циклический алгоритм

Вначале в блоке 2 производится ввод двух переменных N и Z. Первая из них представляет одну ячейку. В нее записывается одна константа – число, равное количеству элементов массива Z. Именно такое количество ячеек объединяет другая переменная – Z.

Следует подчеркнуть, что если бы ввод этих переменных в блоке 2 производился в противоположном порядке, то это привело бы к ошибке. Действительно, невозможно заполнить N ячеек массива Z, когда самое N еще не известно (оно будет введено позже Z). Далее в блоке 3 переменной S присвоено начальное значение 0. Это сделано для того, чтобы приготовить ячейку к дальнейшему накоплению необходимой суммы.

Блоки 4-6 представляет собой сам цикл, в котором накапливается сумма.

Для того чтобы понять, как функционирует не только этот, а и любой другой цикл, обратимся к рис. 7, 8. На них показана общая структура цикла и его важнейшие параметры.

Как видно из рис. 7, цикл состоит из заголовка и тела. Всякий цикл обязательно имеет свой счетчик.

На рис. 8, где показана структура и параметры заголовка цикла, роль такого счетчика выполняет переменная i. Внутри заголовка после счетчика и символа «=» через запятую указывает начальное и конечное значения счетчика и шаг его изменения (на рис. 8 их роль выполняют переменные j, k, l соответственно). Если значение шага l = l, то его можно не указывать.

Сначала производится вход в цикл. После этого начинается его выполнение.

Рис. 7. Структура цикла Рис. 8. Структура заголовка цикла

Внутри заголовка счетчику первоначально присваивается значение i = j. Затем выполняется блоки, образующие тело цикла. Обработка блоков внутри цикла производится по часовой стрелке. В результате после первого выполнения тела цикла управление вновь передается заголовку. Здесь к текущему значению счетчика добавится шаг. Теперь, если новое значение счетчика не вышло за свои пределы (т. е. не стало больше своего конечного значения при положительном шаге или меньше конечного значения – при отрицательном шаге), то снова выполняется тело цикла, вновь после возврата к заголовку к счетчику добавляется шаг. Так цикл будет выполняться до тех пор, пока значение счетчика однажды не выйдет за предписанный предел. Как только такой предел будет преодолен, произойдет выход из цикла и управление будет передано блоку, который следует сразу за циклом.

Вернемся к блок-схеме рис. 6. Заголовок ее цикла представлен блоком 4. Роль счетчика цикла играет переменная i, которая должна в цикле изменяться от 1 до N. Поскольку шаг явно не указан, то по умолчанию он подразумевается равным 1. Тело цикла образуют блоки 5 и 6.

Сразу после входа в цикл переменная i примет начальное значение i = 1. Далее в блоке 5 выполняется проверка положительности первого элемента массива Z (т. к. i = 1). Если этот элемент действительно положителен, то в блоке б он будет добавлен к переменной S, после чего выполняется возврат к заголовку цикла. Если этот элемент не положителен (т. е. нуль или отрицательный), то будет выполнен переход сразу к заголовку цикла, минуя блок суммирования 6.

На втором круге цикла счетчик i в заголовке увеличится на 1 и станет равным 2. Теперь, при новом выполнении тела цикла, в блоке 5 проверяется на положительность второй элемент массива Z и, если он положителен, то добавляется в сумму и т. д. Последний раз тело цикла выполнится при i = N. При этом значении счетчика проверяется последний элемент массива. Наконец, в заголовке цикла i примет значение N+1. Это значение выходит за предписанный предел, следовательно, произойдет выход из цикла и управление перейдет блоку 7. В этом блоке выводится накопленная сумма и алгоритм закончит работу.

8. Алгоритмы со структурами вложенных циклов

Нередко при алгоритмическом решении задачи возникает необходимость создания цикла, содержащего в своем теле другой цикл. Такие вложенные друг в друга циклы относятся к структурам вложенных циклов . Порядок вложенности циклов, когда в теле внутреннего цикла содержатся другие циклы, может быть достаточно большим. Этот порядок определяется методом, с помощью которого достигается решение поставленной задачи. Так, при обработке одномерных массивов, как правило, удается построить алгоритмическую схему без вложения циклов. Однако в ряде случаев при решении таких задач без вложенных циклов не обойтись.

Рис. 9. Алгоритм сортировки массива

Отметим, что все вложенные друг в друга циклы, включая наружный, должны иметь счетчики с различными именами. Вне этих циклов счетчики могут быть использованы как обычные переменные или как счетчики других циклов.

Пример 1. Рассмотрим задачу сортировки одномерного массива Z длины N. Отсортировать массив – значит расположить его элементы в порядке роста или убывания.

Опишем метод сортировки массива в порядке роста. Сначала выполняется проход по массиву с целью определения в нем наименьшего элемента. Затем производится перестановка этого элемента с первым. Далее совершается второй проход по массиву, начиная со второго элемента. Найденный наименьший элемент переставляется со вторым и т. д. После (N-1)-го прохода с выполнением названных операций массив окажется отсортированным.

Блок-схема этого алгоритма сортировки показана на рис. 9. Она включает 12 блоков. После начала работы в блоке 2 переменная N и массив Z заполняются константами. Затем в блоке 3 проверяется условие о том, нужно ли сортировать массив.

Это сводится к установлению факта наличия в массиве нескольких элементов, т. к. массив из одного элемента всегда отсортирован. Если этот факт установлен, то алгоритм приступает к сортировке. Процедура сортировки выполняется в цикле, объединяющем блоки 4-10. В теле этого цикла содержится другой цикл, который образован блоками 6-8. Его назначение станет ясно из дальнейшего разбора алгоритма.

После входа в наружный цикл его счетчик i примет значение 1, что в рамках нашего метода подразумевает первый проход по массиву.

Далее будут выполнены блоки 5-10, составляющие тело наружного цикла. В блоке 5 размещены две вспомогательные переменные V и L. Первая из них предназначена для фиксирования наименьшего элемента, а вторая – для запоминания его индекса. Так как i = 1, то при первом проходе в блоке 5 V примет значение первого элемента, а L значение 1. Затем во внутреннем цикле, образованном блоками 6-8, где его счетчик j будет изменяться от 2 до N, последовательно проводится сравнение соответствующих элементов массива Z со значением переменной V. При этом всякий раз, как будет найден меньший чем v элемент, значение V будет заменено на значение этого элемента, а в переменной L будет зафиксирован его индекс. Понятно, что после выполнения внутреннего цикла в переменной V будет содержаться значение, равное наименьшему элементу, а в L – индекс этого элемента. В блоке 9 далее проверяется, не является ли наименьший элемент первым элементом массива. Если это не так, то в блоке 10 на место наименьшего элемента (его номер L) запишется первый (т. к. при первом проходе L =1 ), а на место первого элемента – наименьший (он равен V). После этого произойдет возврат управления к заголовку наружного цикла блоку 4. В нем значение счетчика станет равным i = 2.

Затем вновь выполняется его тело, но уже для нового значения счетчика i. Теперь с помощью блоков 5-10 отыскивается наименьший элемент массива начиная с номера 2. Затем в блоках 9-10 он займет второе место в массиве и т. д. Когда тело наружного цикла выполнится (N-1), раз массив будет отсортирован.

В блоке 12 отсортированный массив будет выведен и в блоке 13 алгоритм окончит работу.

Алгоритмы со структурами вложенных циклов часто используют при решении задач обработки двумерных массивов. В таких алгоритмах счетчики циклов используются для манипуляции с индексами массивов.

Пример 2. Дан двумерный квадратный массив Z, состоящий из N строк и N столбцов. Необходимо найти среднее арифметическое S его отрицательных элементов и заменить положительные элементы побочной диагонали массива средним арифметическим S.

Рис. 10. Блок-схема алгоритма

Блок-схема алгоритма показана на рис. 10. Она состоит из 13 блоков. В блоке 2 переменная N и весь массив Z заполняются константами. В блоке 3 рабочие переменные S и К получает значение нуль. Переменная S сначала будет играть роль сумматора отрицательных элементов массива, затем после накопления суммы она примет значение среднего арифметического. Переменная К нужна для подсчета количества отрицательных элементов массива.

В блоках 4-7 выполняется накопление суммы отрицательных элементов массива.

Эти блоки образует два вложенных цикла, причем внутренний цикл со счетчиком j является телом наружного цикла со счетчиком i. Проанализируем работу этой структуры.

После входа в наружный цикл в блоке 4 переменная i примет значение i = 1. Далее будет выполнено его тело ( блоки 5-7 ), которое, в свою очередь, также является циклом. После входа во внутренний цикл в блоке 5 переменная j примет значение j = 1. Затем в блоке 6 проверяется на отрицательность элемент массива Z, расположенный в первой строке и первом столбце, т. к. i = 1 и j = 1.

Если он окажется отрицательным, то в блоке 7 переменная К увеличится на 1, а к S добавляется значение этого элемента. После этого выполняется возврат к блоку 5, т. е. к заголовку внутреннего цикла. Здесь j увеличится на 1, станет равной j = 2 и управление перейдет к блоку 6. В нем проверяется элемент, стоящий все в той же первой строке, но во втором столбце (i = 1, j = 2). Если он окажется отрицательным, то К снова увеличится на 1, а к накопленному к этому времени S добавляется значение этого элемента и т.д. Когда полностью выполнится внутренний цикл, т. е. переменная j «пробежит» от 1 до N, в переменную S накопится сумма всех отрицательных элементов первой строки массива, а в К – их количество. Теперь управление передается к блоку 4 заголовка наружного цикла, где i станет равной i = 2. Снова будет отработано его тело, т. е. цикл 5-7. При этом будет найдена уже сумма отрицательных элементов первых двух строк массива, а в К сохранится количество этих элементов. Когда выполнится весь наружный цикл, в S будет константа, равная сумме отрицательных элементов всего массива, а в К – их количество. Теперь управление перейдет к блоку 8. Если окажется, что в массиве есть отрицательные элементы (К>0), то в блоке 9 вычисляется среднее арифметическое как отношение суммы элементов к их количеству. Результат помещается а ту же переменную S. Отметим, что если бы блок 8 проверки отсутствовал, то при К = 0 (в массиве нет ни одного отрицательного элемента) в блоке 9 из-за деления на нуль возникла бы ошибка. Эта ошибка повлекла бы аварийное завершение вычислений до окончания работы алгоритма.

Далее выполняется блоки 10-11, которые также образует цикл. В нем производится замена элементов побочной диагонали на среднее арифметическое S (побочной диагональю является прямолинейная цепочка ячеек в диапазоне от нижнего левого угла до верхнего правого угла массива). Обратите внимание, на то что переменная i, которая использовалась ранее, в целях экономии памяти применяется вновь.

Проследим работу этого цикла. После входа в блок 10 счетчик примет значение i = 1. Затем в блоке 11 при этом значении будет вычислен индекс столбца элемента N – 1 + i = N. Таким образом, элемент с индексами (1, N) станет равным S. На втором круге цикла i увеличится на 1 и станет i = 2. Нетрудно видеть, что теперь элемент (2, N-1) станет равным S и т. д. На последнем круге цикла элемент (N, 1) получит значение S, что завершит изменение значений всех элементов побочной диагонали на среднее арифметическое S.

Наконец, в блоке 12 измененный массив будет выведен и в блоке 13 алгоритм закончит работу.

9. Вспомогательные алгоритмы

Вспомогательный алгоритм является аналогом языковой подпрограммы. Он имеет имя и может иметь параметры, которые называются формальными параметрами . Имя служит для того. чтобы отличить его от других алгоритмов, а формальные параметры, которые напоминают переменные математических функций, выполняют роль входных и выходных параметров.

Формальные параметры должны быть выбраны таким образом, чтобы ими был исчерпан весь набор необходимых входных и выходных величин. Нередко один и тот же параметр может оказаться входным и выходным одновременно. Например, на вход такого алгоритма может быть подан массив для обработки, а на выходе процедуры он может предстать в измененном виде как выходной параметр.

Среди вспомогательных алгоритмов различают процедуры и функции .

Рис. 11. Процедура Warn

Первый блок схемы рис. 11 в отличие от ранее рассмотренных примеров, где этот блок имел наименование “Начало”, включает имя процедуры Warn и один формальный параметр i. С помощью этого имени в алгоритме рис. 12 выполняется обращение именно к этой процедуре.

Из схемы видно, что если на вход процедуры Warn подать i = 0, то она в блоке 3 выдаст сообщение «Введите данные». При любом другом i будет выведено сообщение «Конец расчетов». Этим исчерпываются возможности процедура Warn.

На рис. 12 дана схема головного алгоритма ( первый блок имеет наименование «Начало» ). Этот алгоритм в блоках 2 и 8 обращается к процедуре Warn.

Опишем последовательность и механизм обработки данных, которые предписаны алгоритмами рис. 11 и 12.

Рис. 12. Головной алгоритм

Выполнение алгоритмических действий всегда начинаются с головного алгоритма. Поэтому сначала будет выполнен блок 1 схемы рис. 12. Далее в блоке 2 головной алгоритм выполняет обращение к процедуре Warn при конкретном значении ее аргумента (0). Это конкретное значение называется фактическим параметром процедуры.

Теперь управление временно переходит в алгоритм рис. 11 процедуры Warn. Здесь и далее по всей процедуре Warn формальный параметр i заменяется на фактический параметр 0 (нуль) всюду, где он встречается.

Далее обрабатывается блок 2 процедуры, где с учетом сказанного проверяется условие 0 = 0. Результатом проверки станет перевод управления к блоку 3, в котором выводится сообщение «Введите данные». На этом процедура заканчивается и управление вновь передается в головной алгоритм к блоку 3.

Далее в блоках 3-5 алгоритма рис. 12 выполняются уже понятные действия по вводу, суммированию и выводу переменных. Затем управление передается в блок б, который содержит новое обращение к процедуре Warn с фактическим параметром 1.

Снова управление переключается на схему рис. 11, где вместо формального параметра i всюду записывается фактический параметр – константа 1. Поскольку в блоке 2 условие 1 = 0 не выполнится, то будет выполнен блок 4 и алгоритм выведет сообщение «Конец расчетов». После этого управление возвращается в головной алгоритм к блоку 7, где и будет окончательно завершен алгоритмический процесс.

Внешне такой процесс может выглядеть примерно так. На экран выводится сообщение «Введите данные» и компьютер переходит в режим ожидания ввода двух констант с клавиатуры. Затем после их ввода на экране появляется три константы и надпись «Конец работы». На первый взгляд может показаться, что процедуры лишь усложняют решение задачи. Действительно, рассмотренную здесь задачу проще решить одним алгоритмом, не прибегая к составление процедуры. Однако при составлении алгоритма решения сложной задачи очень быстро становится ясно, что без использования процедур обойтись просто невозможно. На практике при решением серьезных алгоритмических задач часто одному программисту не под силу выполнить весь объем работ. Поэтому над ее решением работает обычно коллектив программистов под руководством координатора. Образно говоря, координатор здесь работает как головной алгоритм, а его программисты как процедуры. При этом каждый программист (часто независимо от других) получает от координатора задание по составление процедур определенного назначения. В результате такой организации работы задача получает разрешение.

10. Декомпозиция алгоритма

Под декомпозицией алгоритма понимают разложение его o6щeй алгоритмической схемы на вспомогательные алгоритмы (процедуры и функции) и головной алгоритм. Напомним, такая задача ставится перед студентом при выполнении курсовой или контрольной работы. Одним из условий, которое должно быть обязательно выполнено, является наличие в работе хотя бы одной процедуры или функции (кроме того, работа должна содержать текст описания всех процедур и головного алгоритма).

Метод, при помощи которого обычно выполняется декомпозиция, достаточно прост. Сначала вычленяют основные этапы предстоящей работы. Наиболее сложные этапы оформляет в процедуры или функции верхнего уровня. Затем, если необходимо, такие этапы делят на этапы более низкого уровня. Наиболее сложные из них также оформляют процедурами или функциями и т. д. Следуя методу «от сложного к простому», в конечном итоге достигают решения поставленной задачи. Приведем пример декомпозиции для решения задачи сортировки массива. Эта задача была решена ранее в разд. 8 (рис. 9) без использования вспомогательных алгоритмов. Решение задачи декомпозиции состоит из трех основных этапов: 1) ввода данных, 2) сортировки массива и 3) вывода отсортированного массива. Первый и третий этапы вследствие их простоты не нуждаются в дальнейшей декомпозиции, поэтому выполняются в головном алгоритме. Второй этап представляет достаточно сложный и самостоятельный фрагмент вычислений, поэтому его целесообразно выделить в отдельную процедуру, которой можно дать имя Sort.

Этап сортировки, в свои очередь, состоит из двух этапов: 1) установления необходимости сортировки и (N–1) – кратного прохода по массиву и 2) нахождения наименьшего элемента во фрагменте массива и перестановки этого элемента с начальным элементом фрагмента. Поскольку последний этап многократно повторяется при выполнении первого этапа, то его можно оформить в отдельную процедуру. Этой процедуре можно дать имя Tra (от английского transposition – перестановка). Блок-схемы головного алгоритма, процедуры Sort и процедуры Тrа показаны на рис. 13-15 соответственно.

Рис. 13. Головной алгоритм Рис. 14. Процедура Sort

Дадим краткое, описание взаимодействия этих алгоритмов в ходе решения задачи сортировки.

Рис. 15. Процедура Tra

Выполнение начинается с головного алгоритма (рис. 13). В блоке 2 вводятся исходные данные, затем в блоке 3 выполняется сортировка массива. В блоке 4 отсортированный массив выводится и алгоритм заканчивает работу. Сортировка массива в блоке 3 головного алгоритма выполняется обращением к процедуре Sort, показанной на рис. 14. Переменные A и N являются фактическими параметрами, Переменные А и N, которые использованы в блок-схеме алгоритма Sort, является формальными параметрами.

При обращении к процедуре Sort на вход подаются параметры A и N. В результате в теле процедуры производится замена формального параметра R на фактический параметр A, аналогично формальный K заменяется на фактический N.

Далее в блоке 2 проверяется необходимость сортировки массива R. Затем, если такая необходимость будет установлена, в цикле 3-4 будет выполняется сортировка массива. При всяком значении счетчика цикла в его теле производится нахождение наименьшего элемента фрагмента и его перестановка с начальным элементом этого фрагмента. Эти операции выполняются отдельно с помощью процедуры Tra. Как видно из рис. 15, на вход процедуры Tra нужно подать имя массива (A), количество элементов (N) и номер элемента (i), которым начинается фрагмент. В теле процедуры в блоках 2-5 отыскивается наименьший элемент фрагмента (v) и его номер (k). Затем в блоке 6 выполняется вышеназванная перестановка элементов.

Таким образом, весь процесс управляется головным алгоритмом, который выполняет сортировку посредством обращения к вспомогательному алгоритму – процедуре Sort.

Тот, реализуя решение своей задачи, в своя очередь несколько раз вымывает еще более простой вспомогательный алгоритм процедуру Tra. В результате такого взаимодействия достигается решение задачи в целом.

В заключение приведем пример алгоритма-функции . Она похожа на процедуру, но в отличие от последней должна в теле алгоритма еще содержать команду присваивания результата имени функции , т. к. результат после вычислений сохранится в переменной, представленной именем функции.

Рассмотрим задачу вычисления факториала числа N! = 1 . 2 . 3 . . . N. Результатом будет одно число, поэтому лучше алгоритм оформить в виде функции.

Рис. 16. Функция Fact

Ее блок-схема показана на рис. 16. Переменная К используется для накопления произведения и, поскольку 0! = 1 и1! = 1, то в блоке 2 ей сразу присваивается значение 1. Далее, если N>1, то в цикле, образованном блоками 4-5, накапливается искомое произведение и помещается в переменную К. В блоке 6 имя Fact функции получает значение вычисленного произведения из ячейки К. Для процедур действия, размещенного в блоке 6, не может быть, а для функций оно должно быть обязательно, поскольку иначе значение функции на выходе окажется неопределенным.

Обращение к функции в других алгоритмах (головных, процедурах, функциях) производится по ее имени.

При этом оно может входить в состав выражений. В качестве фактических параметров могут быть использованы как переменные, константы, так и целые выражения. Важно только, чтобы фактический параметр был совместим по типу с формальным, который содержится в заголовке описания алгоритма.

Пример использования функции Fact показан на рис. 17. В операторе присваивания используется обращение к функции для N = 6. После передачи этого значения в алгоритм рис. 16 и вычислений внутри него результат будет сначала присвоен имени функции, т. е. переменной Fact, а затем в операторе присваивания — переменной L.

Каждый человек на протяжении своей жизни решает множество задач разной сложности. Но даже самые простые из задач выполняются последовательно, то есть за несколько шагов. Эту последовательность можно назвать алгоритмом. Последовательности бывают разные, но начинать их изучение лучше всего с линейных.

Прежде чем приступить к рассмотрению основной темы статьи, следует сделать краткое отступление и сказать несколько слов про алгоритмический язык.

Алгоритмический язык

Представьте, что человеку, работающему за компьютером, поставлена некая вычислительная задача. В языке программирования решение этой задачи выполняется с помощью алгоритмизации. Решение предполагает:
— разбиение на этапы;
— разработку алгоритма;
— составление программы решения на алгоритмическом языке;
— ввод данных;
— отладку программы (возможны ошибки — их надо исправить);
— выполнение на ПК;
— анализ результатов.

Алгоритмический язык является средством описания алгоритмов, а уже алгоритм, в свою очередь, представляет собой чёткое описание определённой последовательности действий, направленных на решение необходимой задачи.

Свойства алгоритма

Их несколько:
— конечность. Любой алгоритм должен быть завершённым, а окончание наступает после выполнения определённого числа шагов;
— однозначность, понятность. Не допускается разных толкований, неопределённости и двусмысленности — всё должно быть чётко и ясно, а также понятно исполнителю — и правила выполнения действий линейного алгоритма, и сами действия;
— результативность. Итог работы — результат, полученный за конечное число шагов;
— универсальность, массовость. Качественный алгоритм способен решать не одну задачу, а целый класс задач, имеющих схожую постановку/структуру.

Линейная структура

Любой алгоритм составляется из ряда базовых структур. Простейшей базовой структурой является следование — структура с линейными характеристиками. Из этого можно сформулировать определение.

Линейный алгоритм — это алгоритм, образуемый командами, которые выполняются однократно и именно в той последовательности, в которой записаны. Линейная структура, по сути, проста. Записать её можно как в текстовой, так и в графической форме.

Представим, что у нас стоит задача пропылесосить ковёр в комнате. В текстовой форме алгоритм будет следующим:
— принести пылесос к месту уборки;
— включить;
— пропылесосить;
— выключить;
— унести пылесос.

И каждый раз, когда нам надо будет пылесосить, мы будем выполнять один и тот же алгоритм.

Теперь поговорим про графическую форму представления.

Блок-схема

Для изображения алгоритма графически используют блок-схемы. Они представляют собой геометрические фигуры (блоки), соединённые стрелками. Стрелки показывают связь между этапами и последовательность их выполнения. Каждый блок сопровождается надписью.

Рассмотрим фигуры, которые используются при визуализации типичной линейной последовательности.

Блок начала-конца:

Блок ввода-вывода данных (отображает список вводимых и выводимых переменных):

Арифметический блок (отображает арифметическую операцию/группу операций):

Условный блок (позволяет описать условие). Алгоритмы с таким блоком используются при графической визуализации алгоритмов с ветвлением:

Условного блока нет в классическом линейном алгоритме, так как в нём, как уже было сказано ранее, все операции выполняются последовательно, то есть одна за другой. В линейном алгоритме размещение блоков выглядит следующим образом:

А вот, как решается задача по нахождению площади треугольника по формуле Герона. Здесь a, b, c – это длины сторон, S – площадь треугольника, P – периметр.

Следует обратить внимание, что запись «=» — это не математическое равенство, а операция присваивания. В результате этой операции переменная, стоящая слева от оператора, получает значение, которое указано справа. Значение не обязательно должно быть сразу определено (a = 3) — оно может вычисляться посредством выражения (a = b + z), где b = 1, a z = 2.

Примеры линейных алгоритмов

Если рассмотреть примеры решения на языке Pascal (именно этот язык до сих пор используется для изучения основ алгоритмизации и программирования), то можно увидеть следующую картину:

И, соответственно, блок-схема программы линейной структуры будет выглядеть следующим образом:

Как составить программу линейной структуры?

Порядок следующий:
— определите, что именно относится к исходным данными, а также каков типы/класс этих данных, выберите имена переменных;
— определите, каков тип данных будет у искомого результата, выберите название переменных (переменной);
— определите, какие математические формулы связывают результат и исходные данные;
— если требуется наличие промежуточных данных, определите класс/типы этих данных и выберите имена;
— опишите все используемые переменные;
— запишите окончательный алгоритм. Он должен включать в себя ввод данных, вычисления, вывод результатов.

На этом всё, в следующий раз рассмотрим на примерах программу разветвлённой структуры. Если же вас интересует тема алгоритмизации в контексте разработки программного обеспечения, ждём вас на профессиональном курсе OTUS!

Источники:
• https://inep.sfedu.ru/wp-content/uploads/2018/05/25/lection_27.pdf;
• https://www.sites.google.com/site/415ict/textbooks/prog-9/02-linejnyj-algoritm.

Составить блок схему линейного уравнения

Блок 1. Линейные уравнения и неравенства с параметрами

Покажем решение линейного уравнения , где a -параметр, k ( a ), b ( a )-выражения, содержащие параметр. В общем виде решение удобнее всего изобразить следующей блок-схемой (рис.1).

SHAPE * MERGEFORMAT

бесконечно много корней, т.е.

Рис.1. Блок-схема решения линейного уравнения.

Эта блок-схема удобна тем, что идеально отражает обычное для задач с параметрами «ветвление» решения в зависимости от значений параметра. Мы видим, что из одного уравнения возникает три уравнения: , каждое из которых уже решается единым, определенным, стандартным способом.

Добавим, что в рассмотренной блок-схеме предполагается, что все значения и переменной x , и параметра a являются допустимыми. Если это не так, т.е. при определенных значениях x и a уравнение не имеет смысла, то решение усложняется. Возникает необходимость во-первых, определить эти недопустимые значения, а во-вторых, учесть их в процессе решения.

Часто в задачах на линейные уравнения и неравенства с параметрами бывает полезно «опереться» на линейную функцию , где k , b -коэффициенты. Напомним график линейной функции (рис.2).

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис.2. График линейной функции.

Это, как известно, прямая, расположенная под углом к положительному направлению оси OX и отсекающая на оси ординат отрезок b . Важно помнить, что и коэффициент k называется угловым коэффициентом. Очевидно, в задачах с параметрами на линейную функцию ее записывают в таком виде: , где a -параметр. В зависимости от a графиками здесь является множество всевозможных прямых на координатной плоскости ( XOY ). Полезно помнить, что линейная функция не «описывает» прямые, которые параллельны оси ординат ( ).

В этом же модуле рассмотрим тему «Системы двух линейных уравнений с двумя неизвестными с параметрами».

Решить такую систему – значит найти такие пары чисел , которые являются решениями и первого и второго уравнений одновременно. Собственно решения можно находить двумя популярными в школьном курсе приемами: подстановкой или «сложением-вычитанием» уравнений. Однако в задачах с параметрами требуется еще и исследовать количество решений в зависимости от параметра a . Чтобы наглядней понять смысл дальнейшего алгоритма решений подобных задач, запишем каждое уравнение системы через линейную функцию.

Учитывая тот факт, что каждое уравнение системы геометрически представляет прямую на плоскости, возможны три случая расположения двух прямых, а, следовательно, три случая решения системы.

Основные блок-схемы решения линейных и квадратичных задач с параметрами

Разделы: Математика

Задачи с параметрами (ЗсП) традиционно являются наиболее сложными для учащихся, поскольку требуют от них умения логически рассуждать и проводить анализ решения. Подобные задачи являются первыми исследовательскими задачами, с которыми встречаются школьники. Для их решения не требуются знания, выходящие за пределы школьной программы, но недостаточно применения лишь стандартных приемов, а необходимо глубокое понимание всех разделов элементарной математики.

В данной статье предпринята попытка систематизации и формализации (в форме блок-схем) наиболее часто встречающихся и наиболее типичных ЗсП. При этом выделены классы задач, решаемых по единой методике.

Рассматриваются аналитические методы решения ЗсП, сводящиеся к исследованию линейных или квадратных уравнений (неравенств), а также квадратного трехчлена. Такой выбор обусловлен тем, что курс школьной математики ограничен «вглубь», по существу, «теорией квадратичного».

Линейные уравнения

Определение. Уравнение вида ax=b, где a, b принадлежат множеству всех действительных чисел, будем называть стандартным видом линейного уравнения. Всевозможные варианты, возникающие при решении линейных уравнений, отразим в блок–схеме I.

Количество корней линейного уравнения отразим в блок-схеме II:

Пример 1. Для всех действительных значений параметра m решите уравнение m 2 x–2=4x+m.

Решение. Приведем заданное линейное уравнение к стандартному виду:

m 2 x–2=4x+m, m 2 x–4x=m+2, (m 2 –4)x=m+2.(1)

Следуя схеме I, рассмотрим два случая для коэффициента при x:

1)если m 2 – 4 не равно 0, m не равно ±2, то x=(m+2)/(m 2 -4), x=1/(m–2);

а) при m = –2 уравнение (1) примет вид 0х=0, отсюда х – любое действительное число;

б) при m = 2 уравнение (1) примет вид 0х= 4, отсюда следует, что корней нет.

Ответ. Если m 2 то x=1/(m–2); если m= – 2, то x – любое действительное число; если m=2, то корней нет.

Пример 2. При каких значениях параметра k уравнение 2(k–2x)=kx+3 не имеет корней?

Решение. 2(k–2x)=kx+3, (k+4)x=2k–3. В силу схемы II уравнение не имеет корней, если k+4=0 и 2k–3 не равно 0 => k= –4 и k не равно 1,5 => k = –4.

Ответ. k=–4.

Системы линейных уравнений

Определение 1. Система называется совместной, если она имеет хотя бы одно решение.

Определение 2. Система называется несовместной, если она не имеет ни одного решения.

Количество решений системы линейных уравнений отразим в блок-схеме III.

Замечание. Так как уравнение прямой y=kx+b в общем виде записывается следующим образом ax+by+c=0, то взаимное расположение двух прямых отразим в блок-схеме IV.

Пример. При каких значениях параметра c система из двух уравнений c 2 x+(2–c)y–4=c3 и (2c–1)y+cx+2=c 5 совместна?

Решение. Запишем систему в стандартном виде: c 2 x+(2–c)y=c 3 +4 и cx+(2c–1)y=c 5 –2. Сначала найдем значения c, при которых эта система не имеет решений. В силу схемы III имеем условие,

c 2 /с=(2-с)/(2с–1), с не равно (c 3 +4)/(c 5 –2),

которое равносильно системе из уравнения и неравенства

с=(2–с)/(2с–1) и с не равно (c 3 +4)/(c 5 –2).

Решением системы является с=1. Итак, система имеет решения при всех действительных значениях с, кроме с=1.

Ответ. с — любое действительное число, с не равно 1.

Линейные неравенства

Определение. Неравенство вида ax>b, ax b, ax b, отразим в блок-схеме V.

Пример. Для всех значений параметра m решите неравенство 5x–m>mx–3.

Решение. 5x–m>mx–3, (5–m)x>m–3.

Следуя схеме V, рассмотрим три случая для коэффициента при х:

2)если 5–m 5, то x 2. Откуда следует, что решений нет.

Ответ. Если m (m–3)/(5–m); если m=5, то решений нет; если m>5, то х 2 +bx+c=0, где a, b, c — любые действительные числа, a>0, называется квадратным уравнением относительно действительного переменного x.

Ситуации, возникающие при решении квадратных уравнений, отразим в блок–схеме VI.

Пример. При каких значениях параметра c уравнение (c–2)x 2 +2(с–2)x+2=0 не имеет корней?

Решение. Рассмотрим два случая:

1) если с–2 не равно 0, c не равно 2, то D 2 –2(c–2) 2 +(c+4)x+c+7=0 имеет только отрицательные корни?

Решение. В силу условия задачи необходимо рассмотреть два случая (линейный и квадратичный):

1) если c–1=0, c=1, то уравнение примет вид 5x+8=0, x= –5/8 – отрицательный корень;

2) если c–1 не равно 0, c не равно 1, то, следуя схеме VII, получим систему

Решением ее являются промежутки –22/3 2 +bx+c, где a не равно 0, называется квадратичной. График квадратичной функции называется параболой.

Абсциссы точек пересечения параболы y=ax 2 +bx+c с осью (Ox) являются корнями уравнения ax 2 +bx+c=0.

Учитывая это, отразим взаимное расположение параболы и оси (Ox) в следующей схеме:

Замечание. Если уравнение параболы имеет вид y=a(x–p) 2 +q, то (p; q) – координаты вершины параболы.

Пример 1. При каких значениях параметра a вершина параболы y=(x–7a) 2 +a 2 –10+3a лежит в III координатной четверти?

Решение. Пусть (x₀, y₀) – координаты вершины параболы. В силу замечания имеем x₀=7a, y₀=a 2 –10+3a. Так как вершина параболы лежит в третьей четверти, то

Ответ. –5

Пример 2. При каких значениях параметра b график функции y=(4–b 2 )x 2 +2(b+2)x–1 лежит ниже оси (Ox)?

Решение. Рассмотрим два случая.

1. Пусть 4–b 2 =0, b= + 2;

1) если b=2, то прямая y=8x–1 не лежит ниже оси (Ox);

2) если b= –2, то прямая y= –1 лежит ниже оси (Ox).

2. Пусть 4–b 2 не равно 0. Тогда в соответствии со схемой VIII получим

Объединяя ответы, получим b 2 +bx+c=0. Введем функцию y(x)= ax 2 +bx+c. Тогда расположение корней этого уравнения на числовой оси отразим в блок–схеме IX.

Следствие. С учетом схемы IX схема VII для знаков корней квадратного уравнения примет следующий вид:

Пример. При каких значениях параметра a корни уравнения x 2 –2(a+3)x+a 2 +6,25a+8=0 больше 2?

Решение. Введем функцию y(x)=x 2 –2(a+3)x+a 2 +6,25a+8; x₀ – абсцисса вершины этой параболы. Так как корни уравнения находятся справа от числа 2, то в соответствии со схемой IX имеем:

Решение. Данная задача равносильна следующей: при каких значениях параметра b система

имеет одно решение?

Решим неравенство (2): 2x 2 –2x–1>0, x_1,2=0,5(1±(3) 1/2 ), x 1/2 ) или x>0,5(1+(3) 1/2 ).

Найдем корни уравнения (1): D=(2b–7) 2 , x₁=2, x₂=2b–5. Поскольку корень x₁=2 удовлетворяет неравенству (2), то система имеет одно решение в следующих случаях:

1) если x₂=2b–5 не удовлетворяет неравенству (2), то 0,5(1–(3) 1/2 ) 1/2 ) или 0,25(11–O3) 1/2 );

Ответ. 0,25(11–(3) 1/2 ) 1/2 ), b=3,5.

Пример 2. При каких значениях параметра p уравнение 5–4sin 2 x–8cos 2 (x/2)=3p имеет корни?

Решение. Преобразуем заданное уравнение:

5– 4sin 2 x–8cos 2 (x/2)=3p => 5–4(1–cos2x)–4(1+cosx)=3p => 4cos 2 x–4cosx–3p–3=0.

Сделаем замену cosx=t. Тогда заданная задача равносильна следующей: при каких значениях p система

4t2–4t–3p–3=0, (1)
-1 2 –4t–3p–3; t₀–вершина этой параболы. В силу схемы IX случаи 1, 2 и 3 описываются следующей совокупностью:

Линейный алгоритм. Понятие и особенности. Блок-схема

Каждый человек на протяжении своей жизни решает множество задач разной сложности. Но даже самые простые из задач выполняются последовательно, то есть за несколько шагов. Эту последовательность можно назвать алгоритмом. Последовательности бывают разные, но начинать их изучение лучше всего с линейных.

Прежде чем приступить к рассмотрению основной темы статьи, следует сделать краткое отступление и сказать несколько слов про алгоритмический язык.

Алгоритмический язык

Представьте, что человеку, работающему за компьютером, поставлена некая вычислительная задача. В языке программирования решение этой задачи выполняется с помощью алгоритмизации. Решение предполагает: — разбиение на этапы; — разработку алгоритма; — составление программы решения на алгоритмическом языке; — ввод данных; — отладку программы (возможны ошибки — их надо исправить); — выполнение на ПК; — анализ результатов.

Алгоритмический язык является средством описания алгоритмов, а уже алгоритм, в свою очередь, представляет собой чёткое описание определённой последовательности действий, направленных на решение необходимой задачи.

Свойства алгоритма

Их несколько: — конечность. Любой алгоритм должен быть завершённым, а окончание наступает после выполнения определённого числа шагов; — однозначность, понятность. Не допускается разных толкований, неопределённости и двусмысленности — всё должно быть чётко и ясно, а также понятно исполнителю — и правила выполнения действий линейного алгоритма, и сами действия; — результативность. Итог работы — результат, полученный за конечное число шагов; — универсальность, массовость. Качественный алгоритм способен решать не одну задачу, а целый класс задач, имеющих схожую постановку/структуру.

Линейная структура

Любой алгоритм составляется из ряда базовых структур. Простейшей базовой структурой является следование — структура с линейными характеристиками. Из этого можно сформулировать определение.

Линейный алгоритм — это алгоритм, образуемый командами, которые выполняются однократно и именно в той последовательности, в которой записаны. Линейная структура, по сути, проста. Записать её можно как в текстовой, так и в графической форме.

Представим, что у нас стоит задача пропылесосить ковёр в комнате. В текстовой форме алгоритм будет следующим: — принести пылесос к месту уборки; — включить; — пропылесосить; — выключить; — унести пылесос.

И каждый раз, когда нам надо будет пылесосить, мы будем выполнять один и тот же алгоритм.

Теперь поговорим про графическую форму представления.

Блок-схема

Для изображения алгоритма графически используют блок-схемы. Они представляют собой геометрические фигуры (блоки), соединённые стрелками. Стрелки показывают связь между этапами и последовательность их выполнения. Каждый блок сопровождается надписью.

Рассмотрим фигуры, которые используются при визуализации типичной линейной последовательности.

Блок ввода-вывода данных (отображает список вводимых и выводимых переменных):

Арифметический блок (отображает арифметическую операцию/группу операций):

Условный блок (позволяет описать условие). Алгоритмы с таким блоком используются при графической визуализации алгоритмов с ветвлением:

Условного блока нет в классическом линейном алгоритме, так как в нём, как уже было сказано ранее, все операции выполняются последовательно, то есть одна за другой. В линейном алгоритме размещение блоков выглядит следующим образом:

А вот, как решается задача по нахождению площади треугольника по формуле Герона. Здесь a, b, c – это длины сторон, S – площадь треугольника, P – периметр.

Следует обратить внимание, что запись «=» — это не математическое равенство, а операция присваивания. В результате этой операции переменная, стоящая слева от оператора, получает значение, которое указано справа. Значение не обязательно должно быть сразу определено (a = 3) — оно может вычисляться посредством выражения (a = b + z), где b = 1, a z = 2.

Примеры линейных алгоритмов

Если рассмотреть примеры решения на языке Pascal (именно этот язык до сих пор используется для изучения основ алгоритмизации и программирования), то можно увидеть следующую картину:

И, соответственно, блок-схема программы линейной структуры будет выглядеть следующим образом:

Как составить программу линейной структуры?

Порядок следующий: — определите, что именно относится к исходным данными, а также каков типы/класс этих данных, выберите имена переменных; — определите, каков тип данных будет у искомого результата, выберите название переменных (переменной); — определите, какие математические формулы связывают результат и исходные данные; — если требуется наличие промежуточных данных, определите класс/типы этих данных и выберите имена; — опишите все используемые переменные; — запишите окончательный алгоритм. Он должен включать в себя ввод данных, вычисления, вывод результатов.

На этом всё, в следующий раз рассмотрим на примерах программу разветвлённой структуры. Если же вас интересует тема алгоритмизации в контексте разработки программного обеспечения, ждём вас на профессиональном курсе OTUS!