Что такое основы алгоритмизации и программирования

Информационные технологии копия 2

Основы алгоритмизации и технологии программирования

Понятие алгоритма и его свойства

Каждый из нас постоянно решает множество задач: как быстрее обраться на работу, как лучше спланировать дела текущего дня и многие другие. Некоторые задачи мы решаем автоматически, так как на протяжении многих лет привыкли к их выполнению, другие требуют длительного размышления над решением, но в любом случае, решение каждой задачи всегда делится на простые действия.

Любой алгоритм существует не сам по себе, а предназначен для определенного исполнителя (человека, робота, компьютера, языка программирования и т.д.). Свойством, характеризующим любого исполнителя, является то, что он умеет выполнять некоторые команды. Совокупность команд, которые данный исполнитель умеет выполнять, называется системой команд исполнителя. Алгоритм описывается в командах исполнителя, который будет его реализовывать. Объекты, над которыми исполнитель может совершать действия, образуют так называемую среду исполнителя. Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.

Значение слова «алгоритм» очень схоже со значениями слов «рецепт», «метод», «процесс». Однако, в отличие от рецепта или процесса, алгоритм характеризуется следующими свойствами: дискретностью, массовостью, определенностью, результативностью, формальностью.

Дискретность (разрывность – противоположно непрерывности) – это свойство алгоритма, характеризующее его структуру: каждый алгоритм состоит из отдельных законченных действий, говорят: «Делится на шаги».

Массовость – применимость алгоритма ко всем задачам рассматриваемого типа, при любых исходных данных. Например, алгоритм решения квадратного уравнения в области действительных чисел должен содержать все возможные исходы решения, т.е., рассмотрев значения дискриминанта, алгоритм находит либо два различных корня уравнения, либо два равных, либо делает вывод о том, что действительных корней нет.

Определенность (детерминированность, точность) – свойство алгоритма, указывающее на то, что каждый шаг алгоритма должен быть строго определен и не допускать различных толкований; также строго должен быть определен порядок выполнения отдельных шагов. Помните сказку про Ивана-царевича? «Шел Иван-царевич по дороге, дошел до развилки. Видит большой камень, на нем надпись: «Прямо пойдешь – голову потеряешь, направо пойдешь – жену найдешь, налево пойдешь – разбогатеешь. Стоит Иван и думает, что дальше делать». Таких инструкций алгоритм содержать не может.

Результативность – свойство, состоящее в том, что любой алгоритм должен завершаться за конечное (может быть очень большое) число шагов. Вопрос о рассмотрении бесконечных алгоритмов остается за рамками теории алгоритмов.

Формальность – это свойство указывает на то, что любой исполнитель, способный воспринимать и выполнять инструкции алгоритма, действует формально, т.е. отвлекается от содержания поставленной задачи и лишь строго выполняет инструкции. Рассуждать «что, как и почему» должен разработчик алгоритма, а исполнитель формально (не думая) поочередно исполняет предложенные команды и получает необходимый результат.

Способы описания алгоритмов

Рассмотрим следующие способы описания алгоритма: словесное описание, псевдокод, блок-схема, программа.

Словесное описание представляет структуру алгоритма на естественном языке. Например, любой прибор бытовой техники (утюг, электропила, дрель и т.п.) имеет инструкцию по эксплуатации, т.е. словесное описание алгоритма, в соответствии которому данный прибор должен использоваться.

Никаких правил составления словесного описания не существует. Запись алгоритма осуществляется в произвольной форме на естественном, например, русском языке. Этот способ описания не имеет широкого распространения, так как строго не формализуем (под «формальным» понимается то, что описание абсолютно полное и учитывает все возможные ситуации, которые могут возникнуть в ходе решения); допускает неоднозначность толкования при описании некоторых действий; страдает многословностью.

Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, частично формализованном языке, позволяющее выявить основные этапы решения задачи, перед точной его записью на языке программирования. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика.

Строгих синтаксических правил для записи псевдокода не существует. Это облегчает запись алгоритма при проектировании и позволяет описать алгоритм, используя любой набор команд. Однако в псевдокоде обычно используются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от псевдокода к записи алгоритма на языке программирования. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором используемых слов и конструкций.

Блок-схема – описание структуры алгоритма с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения отдельных инструкций. Этот способ имеет ряд преимуществ. Благодаря наглядности, он обеспечивает «читаемость» алгоритма и явно отображает порядок: выполнения отдельных команд. В блок-схеме каждой формальной конструкции соответствует определенная геометрическая фигура или связанная линиями совокупность фигур.

Рассмотрим некоторые основные конструкции, использующиеся для построения блок-схем (рис. 1).

(1) Блок, характеризующий начало/конец алгоритма (для подпрограмм – вызов/возврат);

(8) Блок – решение (проверка условия или условный блок);

(9) Блок, описывающий блок с параметром;

(10) Блок – границы цикла, описывающий циклические процессы типа: «цикл с предусловием», «цикл с постусловием»;

Описания алгоритма в словесной форме, на псевдокоде или в виде блок-схемы допускают некоторый произвол при изображении команд. Вместе с тем она настолько достаточна, что позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм. На практике исполнителями алгоритмов выступают компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на «понятном» ему языке, такой формализованный язык называют языком программирования.

Программа – описание структуры алгоритма на языке алгоритмического программирования. Программа на языке декларативного программирования представляет собой совокупность описанных знаний и не содержит явного алгоритма исполнения.

Основные алгоритмические конструкции

Элементарные шаги алгоритма можно объединить в следующие алгоритмические конструкции: линейные (последовательные), разветвляющиеся, циклические и рекурсивные.

Линейная алгоритмическая конструкция

Линейной называют алгоритмическую конструкцию, реализованную в виде последовательности действий (шагов), в которой каждое действие (шаг) алгоритма выполняется ровно один раз, причем после каждого i- гo действия (шага) выполняется (i+ 1)-е действие (шаг), если i-e действие – не конец алгоритма.

Опишем алгоритм сложения двух чисел на псевдокоде в виде блок-схемы (рис. 2).

Разветвляющаяся алгоритмическая конструкция

Разветвляющейся (или ветвящейся) называется алгоритмическая конструкция, обеспечивающая выбор между двумя альтернативами в зависимости от значения входных данных. При каждом конкретном наборе входных данных разветвляющийся алгоритм сводится к линейному. Различают неполное (если – то) и полное (если – то – иначе) ветвления. Полное ветвление позволяет организовать две ветви в алгоритме (то или иначе), каждая из которых ведет к общей точке их слияния, так что выполнение алгоритма продолжается независимо от того, какой путь был выбран (рис. 3). Неполное ветвление предполагает наличие некоторых действий алгоритма только на одной ветви (то), вторая ветвь отсутствует, т.е. для одного из результатов проверки никаких действий выполнять не надо, управление сразу переходит к точке слияния (рис. 4).

Рассмотрим стандартный алгоритм поиска наибольшего (наименьшего) значения среди нескольких заданных. Основная идея алгоритма сводится к следующему: за наибольшее (наименьшее) принимаем значение любого из данных. Поочередно сравниваем оставшиеся данные с наибольшим (наименьшим). если окажется, что очередное значение входного данного больше (меньше) наибольшего (наименьшего), то наибольшему (наименьшему) присваиваем это значение. Таким образом, сравнив все входные данные, найдем наибольшее (наименьшее) среди них. Алгоритм использует неполное ветвление.

Заданы три числа. Найти значение наименьшего из них Заданные числа обозначим: а, b, с; результирующее наименьшее – min. На рис. 5 представлена блок-схема алгоритма решения данной задачи.

Алгоритмическая конструкция «Цикл»

Циклической (или циклом) называют алгоритмическую конструкцию, в кoтoрoй некая, идущая подряд группа действий (шагов) алгоритма может выполняться несколько раз, в зависимости от входных данных или условия задачи. Группа повторяющихся действий на каждом шагу цикла называется телом цикла. Любая циклическая конструкция содержит себе элементы ветвящейся алгоритмической конструкции.

Арифметический цикл

В арифметическом цикле число его шагов (повторений) однозначно определяется правилом изменения параметра, которое задается с помощью начального (N) и конечного (К) значений параметра и шагом (h) его изменения. Т.е., на первом шаге цикла значение параметра равно N, на втором – N + h, на третьем – N + 2h и т.д. На последнем шаге цикла значение параметра не больше К, но такое, что дальнейшее его изменение приведет к значению, большему, чем К.

Вывести 10 раз слово «Привет!».

Параметр цикла обозначим i, он будет отвечать за количество выведенных слов. При i=1 будет выведено первое слово, при i=2 будет выведено второе слова и т. д. Так как требуется вывести 10 слов, то последнее значение параметра i=10. В заданном примере требуется 10 раз повторить одно и то же действие: вывести слово «Привет!». Составим алгоритм, используя арифметический цикл, в котором правило изменения параметра i=1,10, 1. т. е. начальное значение параметра i=1; конечное значение i=10; шаг изменения h=1. На рис. 6 представлена блок-схема алгоритма решения данной задачи.

Цикл с предусловием

Количество шагов цикла заранее не определено и зависит от входных данных задачи. В данной циклической структуре сначала проверяется значение условного выражения (условие) перед выполнением очередного шага цикла. Если значение условного выражения истинно, исполняется тело цикла. После чего управление вновь передается проверке условия и т.д. Эти действия повторяются до тех пор, пока условное выражение не примет значение ложь. При первом же несоблюдении условия цикл завершается.

Блок-схема данной конструкции представлена на рис. 7 двумя способами: с помощью условного блока а и с помощью блока границы цикла б. Особенностью цикла с предусловием является то, что если изначально условное выражение ложно, то тело цикла не выполнится ни разу.

Цикл с постусловием

Как и в цикле с предусловием, в циклической конструкции с постусловием заранее не определено число повторений тела цикла, оно зависит от входных данных задачи. В отличие от цикла с предусловием, тело цикла с постусловием всегда будет выполнено хотя бы один раз, после чего проверяется условие. В этой конструкции тело цикла будет выполняться до тех пор, пока значение условного выражения ложно. Как только оно становится истинным, выполнение команды прекращается. Блок-схема данной конструкции представлена на рис. 8 двумя способами: с помощью условного блока а и с помощью блока управления б.

Рекурсивный алгоритм

Рекурсивным называется алгоритм, организованный таким образом, что в процессе выполнения команд на каком-либо шаге он прямо или косвенно обращается сам к себе.

Простые типы данных: переменные и константы

Переменная – есть именованный объект (ячейка памяти), который может изменять свое значение. Имя переменной указывает на зн ачение, а способ ее хранения и адрес остаются скрытыми от программиста. Кроме имени и значения, переменная имеет тип, определяющий, какая информация находится в памяти. Тип переменной задает:

Объем памяти для каждого типа определяется таким образом, чтобы в него можно было поместить любое значение из допустимого диапазона значений данного типа. Например, тип «байт» может принимать значения от О до 255, что в двоичном коде (255₍₁₀₎=11111111₍₂₎) соответствует ячейке памяти длиной в 8 бит (или 1 байт).

В описанных выше алгоритмах (примеры 1-3) все данные хранятся в виде переменных. Например, инструкция «Ввод двух чисел а, b » означает введение пользователем значений двух переменных, а инструкция «К=К + 1» означает увеличение значения переменной К на единицу.

Если переменные присутствуют в программе, на протяжении всего времени ее работы – их называют статическими. Переменные, создающиеся и уничтожающиеся на разных этапах выполнения программы, называют динамическими.

Все остальные данные в программе, значения которых не изменяются на протяжении ее работы, называют константами или постоянными. Константы, как и переменные, имеют тип. Их можно указывать явно, например, в инструкции «К=К+1» 1 есть константа, или для удобства обозначать идентификаторами: pi=3,1415926536. Только значение pi нельзя изменить, так как это константа, а не переменная.

Структурированные данные и алгоритмы их обработки

Одномерный массив (шкаф ящиков в один ряд) предполагает наличие у каждого элемента только одного индекса. Примерами одномерных массивов служат арифметическая (а_i) и геометрическая (b_i) последовательности, определяющие конечные ряды чисел. Количество элементов массива называют размерностью. При определении одномерного массива его размерность записывается в круглых скобках, рядом с его именем. Например, если сказано: «задан массив A (10)», это означает, что даны элементы: a ₁ , a ₂ , …, a ₁₀ . Рассмотрим алгоритмы обработки элементов одномерных массивов.

Ввод элементов одномерного массива осуществляется поэлементно, в порядке, необходимом для решения конкретной задачи. Обычно, когда требуется ввести весь массив, порядок ввода элементов не важен, и элементы вводятся в порядке возрастания их индексов. Алгоритм ввода элементов массива А(10) представлен на рис.9.

В заданном числовом массиве A(l0) найти наибольший элемент и его индекс, при условии, что такой элемент в массиве существует, и единственный.

Обозначим индекс наибольшего элемента т. Будем считать, что первый элемент массива является наибольшим (т = 1). Сравним поочередно наибольший с остальными элементами массива. Если оказывается, что текущий элемент массива а _i (тот, c которым идет сравнение) больше выбранного нами наибольшего а_т, то считаем его наибольшим (т=i) (рис.10).

Рассмотрим двумерный массив (шкаф с множеством ящиков, положение которых определяется двумя координатами – по горизонтали и по вертикали). В математике двумерный массив (таблица чисел) называется матрицей. Каждый ее элемент имеет два индекса а _ij , первый индекс i определяет номер строки, в которой находится элемент (координата по горизонтали), а второй j – номер столбца (координата по вертикали). Двумерный массив характеризуется двумя размерностями N и М, определяющими число строк и столбцов соответственно (рис. 11).

Задана матрица символов (100х100), представляющая собой карту ночного неба; звездам на карте соответствует символы «*». Определить: сколько звезд на карте?

Алгоритм решения задачи достаточно прост, необходимо перебрать все элементы матрицы и посчитать, сколько среди них символов «*». Обозначим К переменную – счетчик. На рис 13. представлена блок-схема решения этой задачи.

Источник

Тема 5. алгоритмизация и программирование.

Алгоритмизация – это метод описания систем или процессов путем составления алгоритмов их функционирования.

Алгоритмом называется точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату (ГОСТ 19.781- 74).

Понятие алгоритма является центральным понятием информатики. Термин «алгоритм» своим происхождением связан с именем узбекского математика Аль – Хоремзи, который еще в IХ в. сформулировал правила выполнения четырех арифметических действий.

Алгоритм решения задачи имеет ряд обязательных свойств:

— дискретность — разбиение процесса обработки информации на более простые этапы (шаги выполнения), выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений;

— определенность алгоритма — однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

— выполнимость — конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая получить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов;

— массовость — пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвязаны. Специфика применяемых средств проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представления и содержание алгоритма обработки данных.

Из известных основных способов представления алгоритмов:

Графическая форма, в виде блок-схем наиболее удобна. Блок-схемой называется графическое изображение структуры алгоритма, в которой каждый этап процесса обработки данных представляется в виде графических символов (блоков)- геометрических фигур, в контуры которых вписано содержание операции. Фигура, представленная в виде блочного символа (блока) называется символом действия.

Форма и размеры блоков, их перечень, наименование, правила выполнения схем определены ГОСТом, Требованиями Единой системы программной документации (ЕСПД) ГОСТ 19.002-80 и ГОСТ 19-003-80.

Программирование (programming) — теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.

Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука и как искусство, на этом основан научно-практический подход к разработке программ. Программа — результат интеллектуального труда, для которого характерно творчество, а оно, как известно, не имеет четких границ. В любой программе присутствует индивидуальность ее разработчика, программа отражает определенную степень искусства программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.

Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя (например, компьютера). Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении компьютерной программы. Он позволяет программисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия следует выполнять над этими данными при различных обстоятельствах.

Процесс решения задачи на компьютере — это совместная деятельность человека и ЭВМ. Этот процесс можно представить в виде нескольких последовательных этапов. На долю человека приходятся этапы, связанные с творческой деятельностью — постановкой, алгоритмизацией, программированием задач и анализом результатов, а на долю компьютера — этапы обработки информации в соответствии с разработанным алгоритмом:

1. Постановка задачи; 2. Анализ и исследование задачи, модели; 3. Разработка алгоритма; 4. Программирование; 5. Тестирование и отладка; 6. Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2-5; 7. Сопровождение программы.

ЭВМ непосредственно выполняет программы на машинном языке программирования данной ЭВМ. При этом программа представляет собой набор отдельных команд компьютера. Эти команды являются достаточно «простыми», например, сложение, умножение, сравнение или пересылка отдельных данных. Каждая команда содержит в себе сведения о том, какая операция должна быть выполнена (код операции), с какими операндами (адреса данных или непосредственно сами данные) выполняются вычисления и куда (адрес) должен быть помещен результат.

Человеку свойственно формулировать и решать задачи в выражениях более общего характера, чем команды ЭВМ. Поэтому с развитием программирования появились языки, ориентированные на более высокий уровень абстракции при описании решаемой на ЭВМ задачи. Эти языки получили название языков высокого уровня. Их теоретическую основу составляют алгоритмические языки, например, Паскаль, Си, Бейсик, Фортран, PL/1.

Каждый язык программирования может быть представлен в виде набора формальных спецификаций, определяющих его синтаксис и семантику

Эти спецификации обычно включают в себя описание:

Последовательное выполнение операторов в языке программирования означает, что они выполняются в том порядке, как записаны в программе. В Паскале этот порядок подразумевается по умолчанию, если не применены структурные операторы, меняющие его.

Условное выполнение означает, что при определенных условиях должны выполняться одни операторы, а при других условиях — другие. Для организации такого порядка служат условные операторы. Условное выполнение также часто называют ветвлением.

При повторяющемся выполнении некоторые операторы выполняются несколько раз, несмотря на то, что в программе они записаны один раз. Такой рациональный способ записи и выполнения обеспечивается операторами цикла.

Литература: [1], с. 35-49; [3], с. 100-156.

Статьи к прочтению:

Основы алгоритмизации и программирование на языке Pascal

Тема 9

Основы алгоритмизации и программирования

9.1. Понятие алгоритма

Алгоритмом называется строго определенное и понятное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи.

Термин «алгоритм» происходит от латинской формы имени среднеазиатского математика Аль-Хорезми – Algorithmi. Алгоритм является одним из основных понятий информатики и математики.

Исполнителем алгоритма предстает некоторая абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, которая способна выполнить действия, предписываемые алгоритмом.

Для характеристики исполнителя используют несколько понятий:

Среда (или обстановка) представляет собой «место обитания» исполнителя.

Любой из исполнителей может выполнять команды только из некоторого строго заданного списка, который является системой команд исполнителя. Для каждой команды задаются условия применимости (в каких состояниях среды может быть выполнена команда) и приводятся результаты выполнения команды.

После вызова команды исполнитель производит соответствующее элементарное действие.

Может возникнуть и отказ исполнителя в случае, если команда вызывается при недопустимом для нее состоянии среды. Чаще всего исполнитель ничего не знает о цели алгоритма. Он выполняет все предложенные ему действия, не задавая вопросов «почему» и «зачем».

В информатике универсальным исполнителем алгоритмов является компьютер.

К основным свойствам алгоритмов относятся:

1) понятность для исполнителя – исполнитель алгоритма должен знать, как его выполнять;

2) дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное исполнение простых (или ранее определенных) шагов (этапов);

3) определенность – каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Это свойство обеспечивает выполнение алгоритма механически, не требуя никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче;

4) результативность (или конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов;

5) массовость – алгоритм решения задачи производится в общем виде, т. е. его можно будет применять для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из определенной области, которая называется областью применимости алгоритма.

На практике чаще всего встречаются следующие формы представления алгоритмов:

• словесная – записывается на естественном языке;

• графическая – с помощью изображения из графических символов;

• псевдокоды – полуформализованные описания алгоритмов на некотором условном алгоритмическом языке, которые включают в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.;

• программная – тексты на языках программирования.

Словесный способ записи алгоритмов является описанием последовательных этапов обработки данных. Алгоритм может быть задан в произвольном изложении на естественном языке. Например, алгоритм нахождения наибольшего общего делителя двух натуральных чисел можно представить как следующую последовательность действий:

1) задание двух чисел;

2) если числа равны, то выбор любого из них в качестве ответа и остановка, в противном случае – продолжение выполнения алгоритма;

3) определение большего из чисел;

4) замена большего из чисел разностью большего и меньшего из чисел;

5) повтор алгоритма с шага 2.

Приведенный алгоритм используется для любых натуральных чисел и должен приводить к решению поставленной задачи.

Словесный способ не имеет широкого распространения, так как обладает некоторыми недостатками:

• данные описания строго не формализуемы;

• отличаются многословностью записей;

• допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний.

Графический способ представления алгоритмов оказывается более компактным и наглядным по сравнению со словесным. При данном виде представления алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению некоторого числа действий.

Для графического представления алгоритм использует изображение в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. Это графическое представление называется схемой алгоритма, или блок-схемой.

В блок-схеме каждый из типов действий (ввод исходных данных, вычисление значений выражений, проверка условий, управление повторением действий, окончание обработки и т. п.) соответствует геометрической фигуре, представленной в виде блочного символа. Блочные символы соединены линиями переходов, которые определяют очередность выполнения действий.

Псевдокод является системой обозначений и правил, которая предназначена для единообразной записи алгоритмов. Он занимает промежуточное место между естественным и формальным языками. С одной стороны, псевдокод похож на обычный естественный язык, поэтому алгоритмы могут на нем записываться и читаться как обычный текст. С другой стороны, в псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и математическая символика, благодаря чему запись алгоритма приближается к общепринятой математической записи.

В псевдокоде не применяются строгие синтаксические правила для записи команд, которые присущи формальным языкам, что облегчает запись алгоритма на стадии его проектирования и дает возможность использовать более широкий набор команд, рассчитанный на абстрактного исполнителя. Однако в псевдокоде чаще всего имеются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от записи на псевдокоде к записи алгоритма на формальном языке. Например, в псевдокоде, также каки в формальных языках, существуют служебные слова, смысл которых определен раз и навсегда. Их выделяют в печатном тексте жирным шрифтом, а в рукописном тексте подчеркивают. Единый или формальный подход к определению псевдокода не существует, поэтому используются различные псевдокоды, отличающиеся набором служебных слов и основных (базовых) конструкций.

Программная форма представления алгоритмов иногда характеризуется некоторыми структурами, состоящими из отдельных базовых (основных) элементов. При данном подходе к алгоритмам изучение основных принципов их конструирования следует начинать с этих базовых элементов. Их описание осуществляется с использованием языка схем алгоритмов и алгоритмического языка.

9.2. Системы программирования

Машинно-ориентированные языки относятся к машинно-зависимым языкам программирования. Основные конструктивные средства таких языков позволяют учитывать особенности архитектуры и принципов работы определенной ЭВМ, т. е. они имеют те же возможности и требования к программистам, что и машинные языки. Однако в отличие от последних они требуют предварительной трансляции на машинный язык составленных с их помощью программ.

Данными видами языков программирования могут быть: автокоды, языки символического кодирования и ассемблеры.

Для машинно-независимых языков не требуется полного знания специфики компьютеров. С их помощью можно записывать программу в виде, допускающем ее реализацию на ЭВМ с различными типами машинных операций, привязка к которым возлагается на соответствующий транслятор.

Причина бурного развития и применения высокоуровневых языков программирования заключается в быстром росте производительности ЭВМ и хронической нехватке программистских кадров.

Промежуточное место между машинно-независимыми и машинно-зависимыми языками отводится языку Си. Он создавался при попытке объединения достоинств, присущих языкам обоих классов. Данный язык обладает рядом особенностей:

• максимально использует возможности конкретной вычислительной архитектуры; из-за этого программы на языке Си компактны и работают эффективно;

• позволяет налучшим образом использовать огромные выразительные средства современных языков высокого уровня.

Языки разделяют на процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные.

Процедурно-ориентированные языки, например Фортран, Кобол, Бейсик, Паскаль, наиболее часто используются для описания алгоритмов решения широкого класса задач.

Проблемно-ориентированные языки, в частности РПГ, Лисп, АПЛ, GPSS, применяются для описания процессов обработки информации в более узкой, специфической области.

Объектно-ориентированные языки программирования позволяют разрабатывать программные приложения для большого круга разнообразных задач, имеющих общность в реализуемых компонентах.

Рассмотрим методы использования языков программирования.

Интерпретация представляет собой пооператорную трансляцию и последующее выполнение оттранслированного оператора исходной программы. Существует два основных недостатка метода интерпретации:

1) интерпретирующая программа должна располагаться в памяти ЭВМ на протяжении всего процесса выполнения исходной программы. Другими словами, она должна занимать некоторый установленный объем памяти;

2) процесс трансляции одного и того же оператора повторяется такое число раз, которое должна исполнять эта команда в программе. Это приводит к резкому снижению производительности работы программы.

Трансляторы-интерпретаторы являются достаточно распространенными, так как они поддерживают диалоговый режим.

Процессы трансляции и выполнения при компиляции разделяются во времени: сначала исходная программа в полном объеме переводится на машинный язык, после чего оттранслированная программа может многократно исполняться. Для трансляции методом компиляции необходим неоднократный «просмотр» транслируемой программы, т. е. трансляторы-компиляторы являются многопроходными. Трансляция методом компиляции носит название объектного модуля, который представляет собой эквивалентную программу в машинных кодах. Необходимо, чтобы перед исполнением объектный модуль обрабатывался специальной программой ОС и преобразовывался в загрузочный модуль.

Применяют также трансляторы интерпретаторы-компиляторы, объединяющие в себе достоинства обоих принципов трансляции.

9.3. Классификация языков программирования высокого уровня

Высокоуровневые языки используются в машинно-независимых системах программирования. Такие системы программирования в сравнении с машинно-ориентированными системами предстают более простыми в использовании.

Языки программирования высокого уровня подразделяют на процедурно-ориентированные, проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные.

Процедурно-ориентированные языки применяются для записи процедур или алгоритмов обработки информации на каждом определенном круге задач. К ним относятся:

а) язык Фортран (Fortran), название которого происходит от слов Formulae Translation – «преобразование формул». Фортран представляет собой один из старейших языков программирования высокого уровня. Длительность его существования и применения можно объяснить простотой структуры данного языка;

б) язык Бейсик (Basic), который расшифровывается как Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code, что в переводе означает – «многоцелевой символический обучающий код для начинающих», разработан в 1964 г. как язык для обучения программированию;

в) язык Си (С), применяемый с 1970-х гг. как язык системного программирования специально для написания ОС UNIX. В 1980-е гг. на основе языка С был разработан язык C++, практически включающий в себя язык С и дополненный средствами объектно-ориентированного программирования;

г) язык Паскаль (Pascal), который назван в честь французского ученого Б. Паскаля, начал применяться с 1968–1971 гг. Н. Виртом. При создании Паскаль использовался для обучения программированию, но со временем стал широко применяться для разработки программных средств в профессиональном программировании.

Проблемно-ориентированные языки используются для решения целых классов новых задач, возникших в связи с постоянным расширением области применения вычислительной техники:

а) язык Лисп (Lisp – List Information Symbol Processing), который был изобретен в 1962 г. Дж. Маккарти. Первоначально он применялся как средство для работы со строками символов. Лисп употребляется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т. п.;

б) язык Пролог (Prolog – Programming in Logic), используемый для логического программирования в системах искусственного интеллекта.

Объектно-ориентированные языки развиваются и в настоящий момент. Большинство из этих языков являются версиями процедурных и проблемных языков, но программирование с помощью языков этой группы является более наглядным и простым. К наиболее часто употребляемым языкам относятся:

9.4. Система VBA

Система VBA представляет собой подмножество VB и вклю – чает себя средства образования приложений VB, его структуры данных и управляющие структуры, дающие возможность создавать пользовательские типы данных. Так же как и VB, VBA – является системой визуального программирования, управляемого событиями. В ней имеется возможность создания форм со стандартным набором элементов управления и написания процедур, обрабатывающих события, которые возникают при тех или иных действиях системы и конечного пользователя. Также она позволяет использовать элементы ActiveX и автоматизации. Система VBA представляет собой полноценную систему программирования, но не имеет полного набора возможностей, которыми обладает последняя версия VB.

Программирование в среде VBA обладает рядом особенностей. В частности, в ней нельзя создавать проект независимо от этих приложений.

Из-за того что VBA является визуальной системой, программист способен создавать видимую часть приложения, которая является основой интерфейса «программа – пользователь». Благодаря этому интерфейсу производится взаимодействие пользователя с программой. На принципах объектно-ориентированного подхода, который реализуется в VBA применительно к приложениям, выполняемым под управлением Windows, разрабатывается программный интерфейс.

Характерным для данных приложений является то, что на экране в любой момент присутствует множество объектов (окон, кнопок, меню, текстовых и диалоговых окон, линеек прокрутки). С учетом алгоритма программы пользователь обладает определенной свободой выбора относительно использования этих объектов, т. е. он может сделать щелчок по кнопке, перенести объект, ввести данные в окно и т. п. При создании программы программист не должен ограничивать действия пользователя, он должен разрабатывать программу, правильно реагирующую на любое действие пользователя, даже некорректное.

Для любого объекта определяется ряд возможных событий. Одни события обусловлены действиями пользователя, например одинарным или двойным щелчком мыши, переносом объекта, нажатием клавиши клавиатуры и т. п. Некоторые события происходят в результате свершения других событий: окно открывается или закрывается, элемент управления становится активным или теряет активность.

Любое из событий проявляется в определенных действиях программы, а виды возможных действий можно разделить на две группы. Действия первой группы являются следствием свойств объекта, устанавливающихся из некоторого стандартного перечня свойств, которые задаются системой программирования VBA и самой системой Windows, например свертывание окна после щелчка по кнопке Свернуть. Вторую группу действий на события может определить только программист. Для любого возможного события отклик обеспечивается созданием процедуры VBA. Теоретически возможно создать процедуру для каждого события, но практически программист заполняет кодом процедуры только для событий, представляющих в данной программе интерес.

Объекты VBA являются функциональными, т. е. они действуют определенным образом и способны откликаться на конкретные ситуации. Внешний вид объекта и его поведение влияют на его свойства, а методы объекта определяют функции, которые способен выполнять данный объект.

Свойствами-участниками являются свойства, которые задают вложенные объекты.

Объекты способны реагировать на события – инициируемые пользователем и генерируемые системой. События, инициируемые пользователем, появляются, например, при нажатии клавиши, щелчка кнопками мыши. Исходя из этого любое действие пользователя может привести к целому набору событий. События, генерируемые системой, проявляются автоматически в случае, предусмотренном программным обеспечением компьютера.

9.5. Язык программирования VBA

Язык программирования VBA предназначен для написания кода программы. Он обладает своим алфавитом, который включает в себя:

• строчные и прописные буквы латинского алфавита (А, B. Z,a,b. z);

• строчные и прописные буквы кириллицы (А—Я, а—я);

• неотображаемые символы, используемые для отделения лексем (лексических единиц) друг от друга;

• специальные символы, участвующие в построении конструкций языка: +-*?^=> =, <>.

Лексема является единицей текста программы, которая имеет определенный смысл для компилятора и не может быть разбита в дальнейшем.

Программный код VBA – это последовательность лексем, записанных в соответствии с принятыми синтаксическими правилами, которая реализует нужную семантическую конструкцию.

Идентификатор представляет собой последовательность букв, цифр и символов подчеркивания.

Система VBA определяет некоторые ограничения, которые накладываются на имена:

1) имя следует начинать с буквы;

2) имя не должно включать в себя точки, пробелы, разделительные символы, знаки операций, специальные символы;

3) имя должно быть уникальным и не совпадать с зарезервированными словами VBA или другими именами;

4) длина имени не должна превышать 255 символов;

5) при составлении имен необходимо соблюдать соглашения по стилю;

6) идентификатор должен ясно отражать назначение переменной для понимания программы;

7) в именах лучше применять строчные буквы; если имена включают в себя несколько названий, их нужно отделять друг от друга подчеркиванием или начинать новое слово с прописной буквы;

имена констант следует составлять из прописных букв;

9) название идентификатора необходимо начинать со специального знака, указывающего на тип данных, связанный с этим идентификатором.

Переменные являются объектами, которые предназначены для хранения данных. Перед применением переменных в программе необходимо их объявлять (декларировать). Правильный выбор типа переменной обеспечивает эффективное использование памяти компьютера.

Строковые переменные могут быть переменной и фиксированной длины.

Объекты, значения которых не изменяются и не могут быть изменены во время выполнения программы, носят название констант. Их подразделяют на именованные и неименованные.

Перечни используются для декларации группы констант, объединенных общим именем, к тому же они могут быть объявлены только в разделе глобальных объявлений модуля или формы.

Переменные подразделяют на два вида – простые и переменные структурного вида. Массивы бывают одномерными и многомерными.

После декларации значение переменной может оказаться произвольным. Для присвоения переменной необходимого значения применяется операция присваивания.

Математические операции используются для записи формулы, представляющей собой программный оператор, который содержит числа, переменные, операторы и ключевые слова.

Операции отношения могут привести к появлению значения, причем существуют только два результирующих значения: истина и ложно.

Логические операции используются в логических выражениях, это происходит при существовании нескольких условий выбора в операциях отношения.

Операции для работы со строками – это операции конкатенации, которые позволяют объединить значения двух или нескольких строковых переменных или строковых констант. Результатом такой операции является более длинная строка, составленная из исходных строк.