Прежде чем начать писать супер программы, давайте, разберёмся, что же такое программа? Программа — это определённый алгоритм, который должен выполнить ваш компьютер.

Ну, а теперь главный вопрос: Что такое алгоритм?

Свойства алгоритмов

Я не буду изобретать велосипед, а просто перечислю свойства алгоритма, которые известны уже много лет.

1. Конечность(результативность) алгоритма означает, что за конечное число шагов должен быть получен результат;
2. Дискретность алгоритма означает, что алгоритм должен быть разбит на последовательность выполняемых шагов;
3. Понятность алгоритма означает, что алгоритм должен содержать только те команды, которые входят в набор команд, который может выполнить конкретный исполнитель;
4. Точность алгоритма означает, что каждая команда должна пониматься однозначно;
5. Массовость алгоритма означает, что однажды составленный алгоритм должен подходить для решения подобных задач с разными исходными данными.
6. Детерминированность (определенность) . Алгоритм обладает свойством детерминированности, если для одних и тех же наборов исходных данных он будет выдавать один и тот же результат, т.е. результат однозначно определяется исходными данными.

Таким образом, Алгоритм — это понятное и точное предписание исполнителю, выполнить конечную последовательность шагов, приводящей от исходных данных к искомому результату.

Представьте, что я должен с ножом порезать апельсин. Чтобы выполнить это действие мне потребуется алгоритм.

Я хочу порезать апельсин. Как это сделать?

Виды алгоритмов

• Линейный(Команды последовательны без повторов и переходов);

Пример алгоритма:

Начало
достань нож
порежь апельсин(Именно апельсин, а не любой другой фрукт. За это отвечает ТОЧНОСТЬ)
съешь апельсин
конец

• Циклический(Есть группа действий, повторяющихся по некоторому условию);

Пример алгоритма:

Начало
достань нож
ПОКА апельсины не закончились
порежь апельсин
съешь все апельсины
конец

• Разветвляющийся(Выполнение команды зависит от условия).

Пример алгоритма:

Начало
достань нож
ЕСЛИ нож тупой поточи
порежь апельсин
съешь апельсин
конец

Вот и все. На следующем уроке мы с вами рассмотрим структуру программы в Паскаль.

Элементы теории алгоритмов

Алгоритм - понятие, относящееся к фундаментальным основам информатики. Оно возникло задолго до появления компьютеров и является одним из основных понятий математики.

Слово «алгоритм» произошло от имени выдающегося средневекового ученогоМухамеда ибн Муса Ал-Хорезми (IXвек н.э.), сокращенноАл-Хорезми . В латинском переводе одного из трудов Ал-Хорезми правила выполнения действий начинались словамиDIXIT ALGORIZMI (Алгоризми сказал), в других латинских переводах автор именовалсяALGORITHMUS (Алгоритмус).

У понятия «алгоритм» нет четкого, однозначногоопределения в математическом смысле. Можно дать толькоописание (пояснение) этого понятия. Для пояснения понятия«алгоритм» большое значение имеет определение понятия«исполнитель алгоритма» . Алгоритм формулируется в расчете на конкретного исполнителя.

Алгоритм - руководство к действию для исполнителя, поэтому значение слова «алгоритм» близко по смыслу к значению слов «указание» или «предписание».

Алгоритм - понятное и точноепредписание (указание ) исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения указанной цели или решения поставленной задачи.

Алгоритм - точное предписание, которое задает вычислительный процесс, начинающийся с произвольного исходного данного из некоторой совокупности возможных для этого процесса данных, направленный на получение полностью определяемого этими исходными данными результата.

Понятно, что сказанное не является определением в математическом смысле, а лишь отражает интуитивное понимание алгоритма (в математике нет понятия «предписание», неясно, какова должна быть точность, что такое «понятность» и т.д.).

Основные свойства алгоритма

Массовость.

Алгоритм имеет некоторое число входных величин - аргументов, задаваемых до начала исполнения. Цель выполнения алгоритма - получение результата (результатов), имеющего вполне определенное отношение к исходным данным. Алгоритм указывает последовательность действий по переработке исходных данных в результаты. Для алгоритма можно выбирать различные наборы входных данных из множества допустимых для этого процесса данных, т.е. можно применять алгоритм для решения целого класса задач одного типа, различающихся исходными данными. Это свойство алгоритма обычно называют массовостью . Однако существуют алгоритмы, применимые только к единственному набору данных. Можно сказать, что для каждого алгоритма существует свой класс объектов, допустимых в качестве исходных данных. Тогда свойствомассовости означает применимость алгоритма ко всем объектам этого класса.

Понятность.

Чтобы алгоритм можно было выполнить, он должен быть понятен исполнителю. Понятность алгоритма означает знание исполнителя о том, что надо делать для исполнения этого алгоритма.

Дискретность.

Алгоритм представляется в виде конечной последовательности шагов (алгоритм имеет дискретную структуру) и его исполнение расчленяется на выполнение отдельных шагов (выполнение очередного шага начинается после завершения предыдущего).

Конечность.

Выполнение алгоритма заканчивается после выполнения конечного числа шагов . При выполнении алгоритма некоторые его шаги могут повторяться многократно. В математике существуют вычислительные процедуры, имеющие алгоритмический характер, ноне обладающие свойствомконечности .

Определенность.

Каждый шаг алгоритма должен быть четко и недвусмысленно определен и не должен допускать произвольной трактовки исполнителем. Следовательно, алгоритм рассчитан начисто механическое исполнение . Именноопределенность алгоритма дает возможность поручить его исполнениеавтомату .

Эффективность.

Каждый шаг алгоритма должен быть выполнен точно и за конечное время. В этом смысле говорят, что алгоритм должен быть эффективным , т.е. действия исполнителя на каждом шаге исполнения алгоритма должны быть достаточно простыми, чтобы их можно было выполнить точно и за конечное время. Обычно отдельные указания исполнителю, содержащиеся в каждом шаге алгоритма, называюткомандами . Таким образом, эффективность алгоритма связана с возможностью выполнения каждой команды за конечное время. Совокупность команд, которые могут быть выполнены конкретным исполнителем, называетсясистемой команд исполнителя . Следовательно, алгоритм должен быть сформулирован так, чтобы содержать только те команды, которые входят в систему команд исполнителя. Кроме того, эффективность означает, что алгоритм может быть выполнен не просто за конечное, а за разумно конечное время.

Приведенные выше комментарии поясняют интуитивное понятие алгоритма , но само это понятие не становится от этого более четким и строгим. Тем не менее, в математике долгое время использовали это понятие. Лишь с выявлением алгоритмически неразрешимых задач, т.е. задач, для решения которых невозможно построить алгоритм, появилась настоятельная потребность в построении формального определения алгоритма, соответствующего известному интуитивному понятию. Интуитивное понятие алгоритма в силу своей неопределенности не может быть объектом математического изучения, поэтому для доказательства существования или несуществования алгоритма решения задачи было необходимо строгое формальное определение алгоритма.

Построение такого формального определения было начато с формализации объектов (операндов) алгоритма, так как в интуитивном понятии алгоритма его объекты могут иметь произвольную природу. Ими могут быть, например, числа, показания датчиков, фиксирующих параметры производственного процесса, шахматные фигуры и позиции и т.п. Однако предполагая, что алгоритм имеет дело не с самими реальными объектами, а с их изображениями, можно считать, что операнды алгоритма - слова в произвольном алфавите. Тогда получается, что алгоритм преобразует слова в произвольном алфавите в слова того же алфавита. Дальнейшая формализация понятия алгоритма связана с формализацией действий над операндами и порядка этих действий. Одна из таких формализаций была предложена в 1936 году английским математиком А.Тьюрингом, который формально описал конструкцию некоторой абстрактной машины (машины Тьюринга ) как исполнителя алгоритма и высказал основной тезис о том, что всякий алгоритм может быть реализован соответствующей машиной Тьюринга. Примерно в это же время американским математиком Э.Постом была предложена другая алгоритмическая схема -машина Поста , а в 1954 году советским математиком А.А.Марковым была разработана теория классов алгоритмов, названных имнормальными алгорифмами , и высказан основной тезис о том, что всякий алгоритм нормализуем.

Эти алгоритмические схемы эквиваленты в том смысле, что алгоритмы, описываемые в одной из схем, могут быть также описаны и в другой. В последнее время эти теории алгоритмов объединяют под названием логические .

Логические теории алгоритмов вполне пригодны для решения теоретических вопросов о существовании или несуществовании алгоритма, но они никак не помогают в случаях, когда требуется получить хороший алгоритм, годный для практических применений. Дело в том, что с точки зрения логических теорий алгоритмы, предназначенные для практических применений, являются алгоритмами в интуитивном смысле. Поэтому при решении проблем, возникающих в связи с созданием и анализом таких алгоритмов, нередко приходится руководствоваться лишь интуицией, а не строгой математической теорией. Таким образом, практика поставила задачу создания содержательной теории, предметом которой были бы алгоритмы, как таковые, и которая позволяла бы оценивать их качество, давала бы практически пригодные методы их построения, эквивалентного преобразования, доказательства правильности и т.п.

Содержательная (аналитическая) теория алгоритмов стала возможной лишь благодаря фундаментальным работам математиков в области логических теорий алгоритмов. Развитие такой теории связано с дальнейшим и расширением формального понятия алгоритма, которое слишком сужено в рамках логических теорий. Формальный характер понятия позволит применять к нему математические методы исследования, а его широта должна обеспечить возможность охвата всех типов алгоритмов, с которыми приходиться иметь дело на практике.

Алгоритм- система точных и понятных предписаний, опр-ая последовательность элементарных операций над исходными данными, выполнение кот-ых обеспечивает решение задач данного типа.

Свойства алгоритма:

-дискретность -последовательность решения (процесс) задач должен быть разбит на последовательность отдельных шагов.

-понятность -алгоритм обязательно должен быть понятен исполнителю. В связи с этим алгоритм нужно разрабатывать с ориентацией на опр-ого исполнителя, т.е. в алгоритм можно включать команды из систем команд данного исполнителя.

-детерминированность - будучи понятным, алгоритм не должен содержать команды, смысл кот-ых может восприниматься неоднозначно. Нарушение составителями алгоритмов этих требований приводит к тому, что одна и та же программа после выполнения разными исполнителями дает не одинаковые результаты.

-результативность –состоит в том, что при точном исполнении всех команд алгоритма, процесс решения задач должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен опред-ый при постановке задач результат.

-массовость - пригодность алгоритма для решения задач некоторого класса.

Способы записи алгоритма:

-словесный – способ на естественном языке.

-графический -описания алгоритма с помощью схем.

Процесс выполнения операций или групп операций

ввод исходных данных, вывод результата

Решение-выбор направления выполнения

Модификация-выполнение операций, меняющих команды или группы команд, изменяющих программ.

Соединители линий на одной странице.

Межстраничные соединители.

-язык программирования –удобен для ввода в комп-р.

-псевдокод -это язык, к-ый использует структуру и синтексис достаточно формализованного языка и одновременно допускает конструкции естеств. Языка.

Виды алгоритмов и основные принципы составления алгоритмов.

-Линейный – алгоритм, в кот-ом команды выполняются последовательно друг за другом в порядке их естественного следования независимо от каких-либо условий. S1, s2 , S3…Sn

-ветвящийся (разветвящийся) - это процесс, в кот-ом его реализация происходит по одному из нескольких заранее предусмотренных направлений, в зависимости от исходных данных или промежуточных результатов.

· Полная условная конструкция (полное ветвление)

· Неполное условная конструкция

· Выбор из нескольких

-циклический – алгоритм, в кот-ом последовательность может выполняться более 1 раза.

· Цикл с параметром

· Цикл с предусловием. Может не выполниться ни разу. В теле цикла обязательно нах-ся оператор, к-ый изменяет значение переменной, входящей в блок Q.

· Цикл с постусловием. Выполняется хоть один раз.

Основные принципы алгоритмизации:

1. Выявить исходные данные, результаты и назначить им имена.

2. Метод решения задач.

3. Разбить метод решения задач на этапы.

4. При граф-ом представлении алгоритма каждый этап в виде соответствующего блока –схемы алгоритма и указать линиями связи порядок их выполнения.

5. В полученной схеме при любом варианте вычислений.

Предусмотреть выдачу результатов или сообщений об их отсутствии.

Обеспечить возможности после выполнение любой операции так или иначе перейти к блоку конец.

40.Основные алгоритмические структуры

Мы уже рассмотрели основные понятия программирования и переходим немного ближе к делу (но только ближе, программировать будем позже).

Рассмотрим основные структуры алгоритмов, а их шесть:

· Следование. Это последовательность блоков (или групп блоков) алгоритма. В программе следование представлено в виде последовательного выполнения операций

·
Разветвление. Данная алгоритмическая структура применяется в том случае, когда в зависимости от условия необходимо выполнить одно или другое действие

·
Обход. Эта структура является частным случаем разветвения, когда в одной из ветвей нет никаких действий.

·
Множественный выбор. Эта структура является обобщением раветвления, когда необходимо выполнить одно из нескольких действий в зависимости от значения переменной A.

Алгори́тм - это точный набор инструкций, описывающих порядок действий некоторого исполнителя для достижения результата, решения некоторой задачи за конечное время.

Общие определения

Единого «истинного» определения понятия «алгоритм» нет. Наиболее известные варианты определения опираются на интуитивное понятие «задачи»:

• Алгоритм - это конечный набор правил, который определяет последовательность операций для решения конкретного множества задач и обладает пятью важными чертами: конечность, определённость, ввод, вывод, эффективность (Д. Э. Кнут ).
• Алгоритм - это всякая система вычислений, выполняемых по строго определённым правилам, которая после какого-либо числа шагов заведомо приводит к решению поставленной задачи (А. Н. Колмогоров ).
• Алгоритм - это последовательность действий, либо приводящяя к решению задачи, либо поясняющая, почему это решение получить нельзя.

Формальные признаки алгоритмов

• Детерминированность : в каждый момент времени следующий шаг работы однозначно определяется состоянием исполнителя. Алгоритм выдаёт один и тот же результат (ответ) для одних и тех же исходных данных.
• Понятность : алгоритм должен включать только команды из заранее оговоренной системы команд исполнителя.
• Завершаемость (конечность): при корректно заданных исходных данных алгоритм должен завершать работу и выдавать результат за конечное число шагов.
• Массовость : алгоритм должен быть применим к разным наборам исходных данных.

Алгоритмы анализа данных

В анализе данных под алгоритмом понимается функция, преобразующая входные данные в выходные данные , эффективно вычислимая на компьютере за конечное время, точнее, за приемлемо малое для данной задачи время.

В машинном обучении понятие алгоритм может употреблять в трёх смыслах.

Литература

1. Рудаков, К. В. Алгебраическая теория универсальных и локальных ограничений для алгоритмов распознавания : Дис. док. физ.-мат. наук: 05-13-17. - Вычислительный центр АН СССР, 1992. - 274 с. (

Формы записей алгоритмов. Общие принципы построения.

Свойства алгоритмов

Понятие алгоритма

Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Чтобы написать еще более сложную программу, необходим новый подход к программированию - технология объектно-ориентированного программирования.

OOП включает лучшие идеи, воплощённые как в структурном программировании, так и в модульном. «Является еще более структурным программированием, еще более модульным» (Джеф Дантеманн?).

И, кроме того, ООП сочетает старые принципы с мощными новыми концепциями, которые позволяют оптимально организовывать программы.

Объектно-ориентированное программирование позволяет разложить проблему на составные части. Каждая составляющая становится самостоятельным объектом, содержащим свои собственные коды и данные, которые относятся к этому объекту. В этом случае программирование в целом упрощается, и программист получает возможность оперировать гораздо большими по объёму программами.

Таким образом, ООП - «это методология, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией собственного класса» (А.Д. Александровский).

Основным понятием ООП является понятие класса.

Класс - множество объектов, связанных общностью структуры и поведения (класс содержит описание структуры и поведение всех объектов, связанных отношением общности). Любой объект является экземпляром класса.

Coordinates = class

x, y: byte;

procedure Init (Xinit, Yinit: byte);

function GetX: byte;

function GetY: byte;

Для разработки приложений в Delphi используются специальным образом оформленные классы - компоненты .

Компонент обладает набором свойств и методов . Свойства компонента изменяются либо на этапе сборки приложения (под воздействием системы), либо программно, в процессе работы приложения (под воздействием пользователя).

Особым видом свойства компонента является событие . Процедура обработки события - это реакция приложения на изменение свойства компонента под воздействием системы или пользователя (нажатие клавиши, перемещение курсора и т.п.)

Разветвляющимся алгоритмом называется алгоритм, в котором выполняется одна из ветвей действий при заданных значениях параметра.

На практике часто встречаются задачи, в которых в зависимости от первоначальных условий или промежуточных результатов необходимо выполнить вычисления по одним или другим формулам.

Такие задачи можно описать с помощью алгоритмов разветвляющейся структуры. В таких алгоритмах выбор направления продолжения вычисления осуществляется по итогам проверки заданного условия. Ветвящиеся процессы описываются оператором IF (условие).

а) если - то

б) если - то иначе

условие 1: действие 1

условие N: действие N

Разветвляющийся алгоритм:

Циклический алгоритм - алгоритм, в котором какая-то совокупность действий повторяется несколько раз при изменяющихся значениях параметра.

Для решения многих задач характерно многократное повторение отдельных участков вычислений. Для решения таких задач применяются алгоритмы циклической структуры (циклические алгоритмы). Цикл - последовательность команд, которая повторяется до тех пор, пока не будет выполнено заданное условие. Циклическое описание многократно повторяемых процессов значительно снижает трудоемкость написания программ.
Существуют две схемы циклических вычислительных процессов.

а) Пока <условие> делай<тело цикла>

б) для i от i 1 до i 2 делай<тело цикла>.

Особенностью первой схемы является то, что проверка условия выхода из цикла проводится до выполнения тела цикла. В том случае, если условие выхода из цикла выполняется, то тело цикла не выполняется ни разу.

Особенностью второй схемы является то, что цикл выполняется хотя бы один раз, так как первая проверка условия выхода из цикла осуществляется после того, как тело цикла выполнено.

Существуют циклы с известным числом повторений и итерационные циклы. При итерационном цикле выход из тела цикла, как правило, происходит при достижении заданной точности вычисления.

Алгоритм любой сложности может быть представлен комбинацией трех базовых структур:

Следование;

Ветвление (в полной и сокращенной форме);

Цикл (с предусловием или постусловием).

Характерной особенностью этих структур является наличие у них одного входа и одного выхода.

Циклический алгоритм: