Автоматизация решения задач пользователя

       Второй  этап – формальная (математическая) постановка задачи, т.е. представление ее в виде уравнений, соотношений, ограничений и т.п. При этом некоторые задачи, решаемые в настоящее время на ЭВМ, либо не допускают, либо не требуют математической постановки (например, задачи обработки текстов). Этап сводится к построению математической модели рассматриваемого явления, когда в результате анализа существа задачи определяются объем и специфика исходных данных, вводится система условных обозначений, устанавливается принадлежность решаемой задачи к одному из известных классов задач и выбирается соответствующий математический аппарат.

       Третий  этап – выбор метода решения. Выбор метода определяется решаемой задачей. Выполнение этого этапа требует некоторого кругозора, как в области программирования, так и в области используемых методов. Применение любого метода приводит к построению ряда формул и к формулировке

 

правил,  определяющих связи между этими  формулами. Все это разбивается на отдельные действия так,  чтобы  вычислительный процесс мог быть  выполнен

машиной. При выборе метода необходимо учитывать, во-первых, сложность формул и соотношений, связанных с тем или иным численным методом, во-вторых, необходимую точность вычислений и характеристики самого метода. По большому счету на выбор метода решения большое влияние оказывают вкусы и знания самого пользователя.

       Четвертый этап – разработка алгоритма на основе выбранного метода. При выборе алгоритма желательно рассмотреть, проанализировать несколько вариантов, прежде чем сделать окончательный выбор. Следует обратить внимание на тесную взаимосвязь третьего и четвертого этапов, так как алгоритм в большей степени определяется выбранным методом, хотя один и тот же метод в свою очередь может быть реализован при помощи различных алгоритмов. Суть этапа заключается в разложении вычислительного процесса на возможные составные части, установлении порядка их следования, описании содержания каждой такой части в той или иной форме и последующей проверке, которая должна показать, обеспечивается ли реализация выбранного метода.

       При разработке алгоритма решения сложной  задачи следует использовать метод пошаговой детализации, следя за тем, чтобы на каждом шаге структура алгоритма оставалась простой и ясной. Следует максимально использовать существующие типовые или разработанные ранее алгоритмы для отдельных фрагментов (блоков) алгоритма.

       Пятый этап – выбор структуры данных. От выбора способа представления данных зависит и алгоритм их обработки. Нужно выбирать структуру данных, наиболее естественную для решаемой задачи, использовать массивы для представления данных, когда это наиболее очевидный способ их организации.

       Шестой этап – собственно программирование, т.е. запись разработанного алгоритма на языке программирования. От выбора языка программирования зависит процесс отладки программы, во время которого программа принимает окончательный рабочий вид.

       Седьмой этап – тестирование, отладка и исправление обнаруженных ошибок. Для выполнения тестирования необходимо подготовить тесты. Тесты – это специально подобранные исходные данные в совокупности с теми результатами, которые должна выдавать программа при обработке этих данных. Разработка тестов – трудоемкая работа, часто требующая выполнения ручных подсчетов. При составлении тестов нужно стремиться обеспечить проверку всех ветвей программы.

       Восьмой этап – счет по готовой программе и анализ результатов. Этот этап является шагом выполнения всех предыдущих этапов и служит подтверждением (или опровержением) их правомерности. После этого этапа, возможно, потребуется пересмотреть сам подход к решению задачи и возвратиться к первому этапу для повторного выполнения всех этапов с учетом приобретенного опыта. [3].

 

       

4. Понятие алгоритма и его  свойства. Базовые  управляющие структуры  алгоритма

       Независимо  от вида задач их решение слагается  из ряда этапов, то есть решение любой  задачи производится на основе алгоритма. Алгоритм – последовательность арифметических и логических действий над значениями переменных, приводящая к вычислению результата решения задачи при изменении исходных данных в достаточно широких пределах.

       Каждый  алгоритм должен обладать следующими основными свойствами:

1. Дискретность алгоритма. Процесс решения задачи, определяемый алгоритмом, расчленен на отдельные элементарные шаги, и алгоритм представляет собой последовательность указаний, команд, определяющих порядок выполнения шагов процесса.
2. Определенность алгоритма. Каждая команда алгоритма ( предписание, выдаваемое на каждом шаге) должна быть понятна исполнителю, не должна оставлять места для неопределенного или неоднозначного исполнения им этих шагов.
3. Результативность алгоритма. Алгоритм всегда должен приводить не важно, через какое количество шагов, большее или меньшее, лучше меньшее к результату.
4. Массовость алгоритма. Алгоритм, разработанный для определенного типа задач, должен быть применим для решения этих задач при любых допустимых исходных данных.

       5. Конечность. Это свойство состоит в том, что алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов. [1].

       При разработке алгоритма необходимо применять  такие технологические рекомендации, при соблюдении которых алгоритм получался бы наиболее понятным, а ошибки при записи алгоритма в виде программы были бы наименее вероятны. В соответствии с современными воззрениями в сегодняшней технологии разработки программ, которые представляют собой одну из сторон метода структурного программирования, алгоритм должен быть структурирован. Он может включать только базовые структуры, которых всего три: следование, разветвление и цикл.

       1. Следование

       

Рисунок 1 – Следование

 

        Эта структура, изображенная на рисунке 1 , предполагает последовательное выполнение входящих в нее инструкций. Существенно, что структура следование, рассматриваемая как единое целое (на рисунке она заключена в пунктирный прямоугольник), имеет один вход и один выход.

       2. Разветвление

       Разветвление, блок-схема которого приведена на рисунке 2, предполагает проверку некоторого условия. В зависимости от того выполняется это условие или нет, выполняется либо одна инструкция, либо другая.

       

       Рисунок 2 - Разветвление

       Если  на момент проверки условие оказалось  выполнено, то будет выполнена инструкция 1, а инструкция 2 игнорируется. Если же оказывается, что условие не выполнено, то будет выполнена инструкция 2, а инструкция 1 игнорируется.

       Разветвление  также имеет один вход и один выход.

       3. Цикл

       Цикл  предполагает повторение выполнения некоторой  инструкции, а также проверку некоторого условия необходимости повторения этой инструкции. Различают два вида базовых циклов в зависимости от порядка выполнения этих действий: сначала проверка условия необходимости выполнения инструкции, а затем ее выполнение (цикл – пока), или сначала выполнение инструкции, а затем проверка условия необходимости повторения ее выполнения (цикл – до).

       

       Рисунок 3 - Две разновидности цикла

       На  рисунке 3 изображена блок-схема цикла  – пока и блок-схема цикла –  до. Если условие выполняется (выход  по стрелке с надписью да), то инструкция будет выполнена. Если же условие не выполняется (выход по стрелке с надписью нет), то инструкция не будет выполнена и произойдет выход из цикла. Базовый цикл имеет один вход и один выход.

 

        Итак, каждая из трех рассмотренных  базовых структур имеет один вход и один выход. Это весьма существенное обстоятельство предполагает, что любой прямоугольник с надписью "Инструкция", изображенный на рисунках 1 – 3, может быть базовой структурой. Значит, цикл может включать в свой состав базовые структуры: следование, разветвление, цикл. Это утверждение также относится и к двум другим базовым структурам – следование и разветвление. [4].

5. Правила оформления блок-схем алгоритмов и программ (ГОСТ 19.701-90)

       Настоящий стандарт распространяется на условные обозначения (символы) в схемах алгоритмов, программ, данных и систем и устанавливает правила выполнения схем, используемых для отображения различных видов задач обработки данных и средств их решения.

       Стандарт  не распространяется на форму записей  и обозначений, помещаемых внутри символов или рядом с ними и служащих для уточнения выполняемых ими функций.

       ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

       1.1. Схемы алгоритмов, программ, данных  и систем (далее - схемы) состоят из имеющих заданное значение символов, краткого пояснительного текста и соединяющих линий.

       1.2. Схемы могут использоваться на  различных уровнях детализации,  причем число уровней зависит  от размеров и сложности задачи  обработки данных. Уровень детализации должен быть таким, чтобы различные части и взаимосвязь между ними были понятны в целом.

       1.3. В настоящем стандарте определены символы, представленные в таблице 1, предназначенные для использования в документации по обработке данных, и приведено руководство по условным обозначениям для применения их в:

       1) схемах данных;

       2) схемах программ;

       3) схемах работы системы;

       4) схемах взаимодействия программ;

       5) схемах ресурсов системы.

       1.4. В стандарте используются следующие  понятия:

       1) основной символ - символ, используемый  в тех случаях, когда точный тип (вид) процесса или носителя данных неизвестен или отсутствует необходимость в описании фактического носителя данных;

       2) специфический символ - символ, используемый  в тех случаях, когда известен  точный тип (вид) процесса или  носителя данных или когда  необходимо описать фактический носитель данных;

       3) схема - графическое представление определения, анализа или метода

решения задачи, в котором используются символы  для отображения операций,

данных, потока, оборудования и т. д. [5].

 

        Таблица 1 – Применение символов

Символ	Наименование  символа	Схема данных	Схема программы	Схема работы системы	Схема взаимодействия программ	Схема ресурсов системы
Символы данных
Основные
	Данные	+	+	+	+	+
	Запоминаемые  данные	+	-	+	+	+
Специфические
	Оперативное запоминающее устройство	+	-	+	+	+
	Запоминающее  устройство с последовательной выборкой	+	-	+	+	+
	Запоминающее  устройство с прямым доступом	+	-	+	+	+
	Документ	+	-	+	+	+
	Ручной ввод	+	-	+	+	+
	Карта	+	-	+	+	+
	Бумажная лента	+	-	+	+	+
	Дисплей	+	-	+	+	+
Символы процесса
Основные
	Процесс	+	+	+	+	+
Специфические
	Предопределенный  процесс	-	+	+	+	-
	Ручная операция	+	-	+	+	-
	Подготовка	+	+	+	+	-
	Решение	-	+	+	-	-
	Параллельные  действия	-	+	+	+	-
	Граница цикла	-	+	+	-	-
Символы линий
Основные
	Линия	+	+	+	+	+
Специфические
	Передача управления	-	-	-	+	-
	Канал связи	+	-	+	+	+
	Пунктирная  линия	+	+	+	+	+
Специальные символы
	Соединитель	+	+	+	+	+
	Терминатор	+	+	+	-	-
	Комментарий	+	+	+	+	+
	Пропуск	+	+	+	+	+