Базовые структуры

Преимущество компьютеров и в то же время трудность их использования состоит в том, что они без труда выполняют операции, которые весьма трудоемки или практически невыполнимы людьми, и наоборот, действия, которые нам кажутся столь очевидными, что мы и не пытаемся их анализировать, зачастую становятся проблемой, когда предпринимается попытка их запрограммировать. Внешне заманчивая возможность, предписав одним росчерком пера выполнение тысяч элементарных действий, ставит трудную задачу понимания сложности, проблему, для решения которой необходимо вооружить себя определенными средствами. Такие средства алгоритмизации и программирования носят название базовых (управляющих) структур.

Как всякое автоматическое устройство, компьютер способен выполнять некоторое число элементарных операций: сложение, вычитание, сравнение, запись и чтение данных. Причем он обладает способностью самостоятельно управлять выполнением этих операций во времени. Если попытаться явно выразить возможности этого управления, то можно выделить три основные (базовые) управляющие структуры : цепочка (следование), ветвление, цикл. Эти комбинируемые по желанию структуры дают нам конструктор, позволяющий описать процесс вычислений произвольной сложности и полностью контролировать действия, предписываемые программой.

Практика разработки алгоритмов показывает, что в отдельных случаях одна и та же задача может быть успешно решена по алгоритмам, имеющим различную структуру. Главное требование к алгоритму заключается в том, чтобы он правильно решал поставленную задачу. Для удовлетворения этого требования алгоритм должен быть легким для понимания, простым для доказательства его правильности и удобным для модификации.

Опыт практической алгоритмизации привел к формированию особой методики организации алгоритмов, использование которой уменьшает вероятность ошибок в процессе их разработки и записи, упрощает их понимание и модификацию. Эту методику алгоритмизации называют структурнымпрограммированием.

При структурном программировании алгоритм как бы собирается из трех базовых структур, каждая из которых имеет один вход и один выход – цепочек, ветвлений и циклов. С помощью этих структур можно построить алгоритмы любой сложности, подсоединяя одну структуру к другой и развивая алгоритм не только вширь, но и вглубь. Конструируемые по этой методике алгоритмы четки и понятны, легко поддаются проверке, так как состоят из ограниченного числа одинаково устроенных блоков.

Для использования методики структурного программирования при словесной записи алгоритмов необходимо, чтобы такая запись располагала специальными средствами, адекватно реализующими базовые структуры. Если таких средств в том или ином алгоритмическом языке нет, то для облегчения последующей работы по переводу алгоритма в программу (кодирования) необходимо отработать языковые шаблоны, эквивалентно представляющие базовые структуры.

Таким образом, в соответствии с принципами структурного программирования любой алгоритм можно представить, используя только три базовые структуры – цепочку, ветвление, цикл.