Алгоритмы решения задач

Логическая структура алгоритма решения любой задачи может быть выражена комбинацией трех базовых структур: следования, ветвления и цикла (это содержание теоремы Бема – Якопини).

Линейная структура (следование) самая важная из структур. Она означает, что действия могут быть выполнены друг за другом (рис. 5.2.1.).

Прямоугольники могут представлять как одну единственную команду, так и множество операторов, необходимых для выполнения сложной обработки данных.

Пример 5.2.1.

Опишем алгоритм сложения двух чисел на псевдокоде и в виде блок-схемы (рис. 5.2.2.).

1. Псевдокод:

2. Ввод двух чисел a, b

3. Вычисляем сумму S = a + b

4. Вывод S

5. Конец.

Рис. 5.2.2. Блок - схема к примеру 5.2.1.

Ветвление (развилка) – это структура, обеспечивающая выбор между двумя альтернативами. Выполняется проверка условия, а затем выбирается один из путей (рис. 5.2.3). Если условие имеет значение «Истина», то выполняется «Действие А». Если условие имеет значение «Ложь», выполняется «Действие В». Эта структура называется, также «Если – ТО – ИНАЧЕ» или «развилка». Каждый путь (ТО или ИНАЧЕ) ведет к общей точке слияния, так что выполнение алгоритма продолжается независимо от того, какой путь был выбран. Может оказаться, что для одного из результатов проверки ничего выполнять не надо. В этом случае можно применить только один обрабатывающий блок (рис. 5.2.4).

Вход

Ложь (НЕТ) Истина (ДА)

Выход

Рис. 5.2.3. Полное ветвление

Вход

ДА НЕТ

Рис. 5.2.4. Структура «непол-

ное ветвление»

Выход

Такая структура называется «неполным ветвлением» или «неполной развилкой».

Пример 5.2.2.

Вывести значение наибольшего числа из двух чисел (рис. 5.2.5).

Псевдокод:

1. Ввод двух чисел a, b

2. ЕСЛИ a>b, ТО «выводим a»,

ИНАЧЕ «выводим b»

3.

НЕТ ДА

Рис. 5.2.5. Блок – схема к примеру 5.2.2.

Цикл (или повторение) предусматривает повторное выполнение некоторого набора команд алгоритма. Циклы позволяют записать длинные последовательности операций обработки данных с помощью небольшого числа повторяющихся команд. Различают два типа циклов: «цикл с предусловием» и «цикл с постусловием».

Цикл с предусловием («Пока») (рис. 5.2.6).

Ложь

Рис. 5.2.6. Структура цикла «Пока».

Цикл начинается с проверки логического выражения. Если оно истинно, то выполняется тело цикла, затем все повторяется, пока логическое выражение сохраняет значение «истина». Как только оно становится ложным, выполнение операций прекращается и управление передается дальше. Особенностью цикла с предусловием является то, что если изначально логическое выражение имеет значение «ложь», то тело цикла не выполнится ни разу.

Пример 5.2.3.

Вычислить сумму 100 чисел (рис. 5.2.7).

Псевдокод:

1. НАЧ

2. I =1; S = 0

3. ПОКА i<=100 делать

НЦ

4. Ввести a_i

5. S = S + a_i

6. i = i + 1

КЦ

7. Вывод S

8.

НЕТ

ДА

Рис. 5.2.7. Блок – схема к примеру 5.2.3 с циклом «Пока»

Цикл с постусловием («До»).

Вход Истина

Ложь Выход

Рис. 5.2.8. Структура «цикла с постусловием».

Пример 5.2.4.

Вывести максимальное значение из 100 натуральных чисел (рис. 5.2.9).

Псевдокод:

1. Начало

_2.

3. max = a₁; i = 2

4. НЦ

a. Ввести a_i

b. ЕСЛИ max < a_i ТО max = a_i

c. i = i + 1

5. ДО I>100;

6. КЦ

7. Вывести max.

8. Конец.

Истина

Ложь Истина

Рис. 5.2.9. Блок – схема к примеру 5.2.4. с циклом «До»

Базовые алгоритмические структуры можно комбинировать одну с другой – как путем организации их следования, так и путем создания суперпозиций (вложений одной структуры в другую). Используя описанные структуры, можно полностью исключить использование каких-либо еще операторов условного и безусловного перехода, что является важным признаком структурного программирования. Приведем несколько примеров (рис. 5.2.10, 5.2.11, 5.2.12, 5.2.13).

-

+

- +

Рис. 5.2.10. Алгоритм типа «развилка, вложенная в цикл, с предусловием», для нахождения суммы положительных чисел и N возможных

- +

-

+

Рис. 5.2.11. Алгоритм типа «цикл, с предусловием, вложенный в неполную развилку»

- +

Рис. 5.2.12. Алгоритм типа «неполная развилка, вложенная в пол-

- + ную развилку».

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение алгоритма и поясните его.

2. Какие формы представления алгоритма вы знаете?

3. В чем особенности графического представления алгоритма?

4. Назовите основные (базовые) алгоритмические структуры?

5. Перечислите свойства алгоритмов и объясните, чем они определены.