МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ И РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА ЭВМ

Любая задача начинается с постановки задачи. На основе словесной формулировки задачи выбираются переменные, подлежащие определению, записываются ограничения, связи между переменными, в совокупности образующие математическую модель решаемой проблемы. Анализируется метод решения. На этом этапе необходимо принять очень важное решение – использовать ли имеющееся готовое программное обеспечение или разработать собственную программу. Дешевле и быстрее использовать имеющиеся в наличии готовые разработки. Обновление программного обеспечения – задача программистов. В этом случае традиционно выделяют следующие основные этапы решения задачи на ЭВМ:

1) постановка задачи, разработка математической модели;

2) выбор метода численного решения;

3) разработка алгоритма и структуры данных;

4) проектирование программы;

5) решение задачи на ЭВМ;

6) Анализ результатов.

Постановка задачи – точное описание исходных данных, условий задачи и целей ее решения. На этом этапе многие из условий задачи, данные в форме различных словесных описаний, необходимо выразить на точном (формальном) языке математики. Часто задача программирования задается в математической формулировке, поэтому необходимость выполнении этапов 1 и 2 отпадает. Для решения достаточно сложных задач этап формализации может потребовать значительных усилий и времени. Среди опытных программистов распространено мнение, что выполнить этап формализации – это, значит, сделать половину всей работы по созданию программы.

Выбор метода решения тесно связан с постановкой задачи. На первом этапе задача сводится к математической модели, для которой известен метод решения. Метод численного решения сводит решение задачи к последовательности арифметических и логических операций. Однако возможно, что для полученной модели известны несколько методов решения и тогда предстоит выбрать оптимальный. Можно усовершенствовать существующий или разработать новый метод решения формализованной задачи. Эта работа по своему характеру является научно-исследовательской и может потребовать значительных усилий. Разработкой и изучением таких методов занимается раздел математики, называемый численным анализом.

При выборе метода надо учитывать требования, предъявляемые постановкой задачи, и возможности его реализации на конкретной ЭВМ: точность решения, быстроту получения результатов, требуемые затраты оперативной памяти для хранения исходных промежуточных данных и результатов.

Алгоритм - это организованная последовательность конечного числа точных и понятных действий, необходимых для решения любой задачи данного класса. Алгоритм устанавливает последовательность точно определенных действий, приводящих к решению задачи. При этом последовательность действий может задаваться посредством словесного или графического описания. Если выбранный для решения задачи численный метод реализован в виде стандартной библиотечной программы, то алгоритм обычно сводится к описанию и вводу исходных данных, вызову стандартной программы и выводу результатов на экран или на печать. Более характерен случай, когда стандартные подпрограммы решают лишь какую-то часть задачи. Здесь эффективным подходом является разделение сложной исходной задачи на некоторые подзадачи, реализующиеся отдельными модулями. Определяется общая структура алгоритма, взаимодействие между отдельными модулями, детализируется логика. Этот этап тесно связан со следующим этапом проектирования программы.

Проектирование программы включает в себя несколько подзадач. Во-первых, необходимость выбрать язык программирования. Во-вторых, определить, кто будет использовать разработанное программное обеспечение и каким должен быть интерфейс (средство общение с пользователем). В-третьих, решить все вопросы по организации данных. В-четвертых, кодирование, т.е. описание алгоритмов с помощью инструкций выбранного языка программирования. Если задача, для которой разрабатывается алгоритм, сложная, то не следует сразу пытаться решить все проблемы. Сложившийся в настоящее время подход к разработке сложных программ состоит в последовательном использовании принципов проектирования сверху вниз, модульного и структурного программирования.

Окончательный программный продукт получается после отладки и испытания программы. При программировании и вводе данных с клавиатуры могут быть допущены ошибки. Их обнаружение, локализацию и устранение выполняют на этапе отладки и испытания (тестирования) программы. Причем могут быть допущены логические ошибки и на этапе постановки задачи, и на этапе алгоритмизации. В этом случае необходимо вернуться к предыдущим этапам. Дорабатывать и улучшать программу можно в течение всего жизненного цикла программного продукта.

Решение задачи на ЭВМ – выполнение всех предусмотренных программой вычислений и вывод результатов на экран дисплея или на печать.

Сам термин “алгоритм” ведет начало от перевода на европейские языки имени арабского математика IX в. аль-Хорезми, которым были описаны правила (в нашем понимании - алгоритмы) выполнения основных арифметических действий в десятичной системе исчисления.