Модуль 3. Управляющие конструкции языка ТП




Основы алгоритмизации


1.1 Этапы решения задач на ЭВМ.

Решение задачи разбивается на этапы:

1. Постановка задачи

2. Формализация (математическая постановка)

3. Выбор (или разработка) метода решения

4. Разработка алгоритма

5. Составление программы

6. Отладка программы

7. Вычисление и обработка результатов

1. При постановке задачи выясняется конечная цель и вырабатывается общий подход к решению задачи. Выясняется сколько решений имеет задача и имеет ли их вообще. Изучаются общие свойства рассматриваемого физического явления или объекта, анализируются возможности данной системы программирования.

2. На этом этапе все объекты задачи описываются на языке математики, выбирается форма хранения данных, составляются все необходимые формулы.

3. Выбор существующего или разработка нового метода решения (очень важен и, в то же время личностный этап).

4. На этом этапе метод решения записывается применительно к данной задаче на одном из алгоритмических языков (чаще на графическом).

5. Переводим решение задачи на язык, понятный машине.


1.2. Алгоритм. Свойства алгоритмов.

Алгоритм - это определенным образом организованная последовательность действий, за конечное число шагов приводящая к решению задачи.
Свойства алгоритмов:

1. Определенность

2. Дискретность

3. Целенаправленность

4. Конечность

5. Массовость

Порядок выполнения алгоритма:

1. Действия в алгоритме выполняются в порядке их записи

2. Нельзя менять местами никакие два действия алгоритма

3. Нельзя не закончив одного действия переходить к следующему

Для записи алгоритмов используются специальные языки:

1. Естественный язык (словесная запись)

2. Формулы

3. Псевдокод

4. Структурограммы

5. Синтаксические диаграммы

6. Графический (язык блок-схем)

1. Естественный язык:
если условие то действие1 иначе действие2

2. Структурограмма:

3. Синтаксическая диаграмма:

4. Графический язык:

 

Название   Символ (рисунок) Выполняемая функция (пояснение)
1. Блок вычислений     Выполняет вычислительное действие или группу действий    
2. Логический блок   Выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от условия  
3. Блоки ввода/вывода     Ввод или вывод данных вне зависимости от физического носителя  
  Вывод данных на печатающее устройство  
4. Начало/конец (вход/выход)     Начало или конец программы, вход или выход в подпрограмму  
5. Предопределенный процесс     Вычисления по стандартной или пользовательской подпрограмме  
6. Блок модификации     Выполнение действий, изменяющих пункты алгоритма  
7. Соединитель     Указание связи между прерванными линиями в пределах одной страницы  
8. Межстраничный соединитель     Указание связи между частями схемы, расположенной на разных страницах  

Правила построения блок-схем:

1. Блок-схема выстраивается в одном направлении либо сверху вниз, либо слева направо

2. Все повороты соединительных линий выполняются под углом 90 градусов


1.3. Алгоритмическая конструкция ветвления.

 

Ветвление - управляющая структура, организующая выполнение лишь одного из двух указанных действий в зависимости от справедливости некоторого условия.
Условие - вопрос, имеющий два варианта ответа: да или нет.
Запись ветвления выполняется в двух формах: полной и неполной.
Полная форма:

Неполная форма:

 

Пример: найти наименьшее из трех чисел.
1 вариант решения:

 

2 вариант решения:

 

1.4. Алгоритмическая конструкция цикла.

Цикл - управляющая структура, организующая многократное выполнение указанного действия.

Цикл "пока":

Выполнение цикла "пока" начинается с проверки условия, поэтому такую разновидность циклов называют циклы с предусловием. Переход к выполнению действия осуществляется только в том случае, если условие выполняется, в противном случае происходит выход из цикла. Можно сказать что условие цикла "пока" - это условие входа в цикл. В частном случае может оказаться что действие не выполнялось ни разу. Условие цикла необходимо подобрать так, чтобы действия выполняемые в цикле привели к нарушению его истинности, иначе произойдет зацикливание.
Зацикливание - бесконечное повторение выполняемых действий.
Цикл "до":

 

Исполнение цикла начинается с выполнения действия. Таким образом тело цикла будет реализовано хотя бы один раз. После этого происходит проверка условия. Поэтому цикл "до" называют циклом с постусловием. Если условие не выполняется, то происходит возврат к выполнению действий. Если условие истинно, то осуществляется выход из цикла. Таким образом условие цикла "до" - это условие выхода. Для предотвращения зацикливания необходимо предусмотреть действия, приводящие к истинности условия.
Цикл с параметром, или цикл со счетчиком, или арифметический цикл - это цикл с заранее известным числом повторов.

 

В блоке модификации указывается закон изменения переменной параметра.
Xo - начальное значение параметра
h - шаг
Xn - последнее значение параметра
Для создания циклов с параметром необходимо использовать правила:

1. Параметр цикла, его начальное и конечное значения и шаг должны быть одного типа

2. Запрещено изменять в теле цикла значения начальное, текущее и конечное для параметра

3. Запрещено входить в цикл минуя блок модификации

4. Если начальное значение больше конечного, то шаг - число отрицательное

5. После выхода из цикла значение переменной параметра неопределенно и не может использоваться в дальнейших вычислениях

6. Из цикла можно выйти не закончив его, тогда переменная параметр сохраняет свое последнее значение


1.5. Использование циклов с параметром для обработки массивов.

Массив - упорядоченная структура, предназначенная для хранения однотипных данных.
Упорядочение элементов в массиве происходит по их индексам.
Индекс - порядковый номер элемента.
Массив задается именем (заглавные латинские буквы), типом данных и размерностью.
Размерность - максимально возможное количество элементов в массиве. В один момент времени можно обратиться только к одному элементу массива. Для этого указывается имя массива и в скобках индекс элемента.
Массивы делятся на одномерные (линейные) и двумерные.
Прообразом в математике для одномерного массива является вектор. Для двумерного - матрица.
Пример: вычислить n!

 

Пример: вычислить an

 

Пример: ввести элементы массива:
а)одномерного, размерности 10

 

б)двумерного, 5x5

 

Основные конструкции ТП

 

2.1. Алфавит и программа.

Алфавит языка состоит из нескольких разделов:

1. Латинские буквы: A a B b…

2. Цифры: 0 1 2..9

3. Знаки математических операций: + - * /

4. Знаки математических отношений: < > =

5. Знаки препинания:.,:;

6. Специальные знаки: { } [ ] () $ ^

Программа может содержать следующие разделы:

1. Заголовок

2. Раздел меток

3. Раздел констант

4. Раздел типов

5. Раздел переменных

6. Раздел процедур и функций

7. Раздел операторов

Все программы обязательно имеют раздел заголовок и раздел операторов. Остальные составляющие могут отсутствовать. При отсутствии некоторых частей программы общий порядок их следования сохраняется.
Разделы между собой разделяются знаком ";"
Раздел операторов заключается в операторные скобки. Это зарезервированные слова begin, end. Раздел операторов заканчивается точкой. Запись внутри операторных скобок ведется с отступом в три знака.
Раздел "заголовок" начинается с зарезервированного слова, за которым указывается имя программы. В качестве имени может использоваться любой набор символов алфавита с несколькими исключениями:

1. Нельзя использовать зарезервированные слова

2. Нельзя начинать имя с цифры

3. При использовании имени не используется пробел


Простые типы данных.

 

Любые данные характеризуются своими типами. Тип определяет:

1. Формат представления данных в памяти компьютера

2. Множество допустимых значений, принимаемое переменной или константой, принадлежащей к выбранному типу

3. Множество допустимых операций применимых к этому типу

Тип переменной определяется при ее декларации. Одна из базовых концепций Паскаля заключается в жесткой проверке соответствия типов в операциях присваивания.
Типы данных делятся на 5 основных классов:

1. Простые типы

2. Структурированные типы

3. Ссылочные типы

4. Процедурные типы

5. Объектные типы

К простым типам относятся: целочисленные типы, логический тип, символьный тип, перечисляемый тип, интервальный тип, вещественные типы.
Среди этих видов выделяют подмножества типов, отличных от вещественного, называемых порядковым типом.
Порядковые типы обладают четырьмя характеристиками:

1. Все возможные значения данного порядкового типа представляют собой упорядоченное множество и каждое возможное значение связано с порядковым номером, который является целым числом

2. Значения любого порядкового типа, за исключением целочисленного начинается с порядкового номера ноль (следующий порядковый номер 1, 2, 3…)

3. Порядковым номером значения целочисленного типа является само значение

4. В любом порядковом типе каждому значению кроме первого есть предыдущее и каждому значению кроме последнего есть последующее

К данным любого порядкового типа можно применить любую из пяти операций:

1. Стандартная операция Ord возвращает порядковый номер указанного значения. Значение указывается в скобках

2. Стандартная операция Pred возвращает значение, предшествующее указанному, если эта функция применяется к первому значению данного типа, то выдается сообщение об ошибке

3. Стандартная операция Succ возвращает следующее значение за указанным, если операция применяется к последнему элементу типа, то выдается сообщение об ошибке

4. Стандартная операция Low возвращает наименьшее значение в диапазоне порядкового типа, указанного данного

5. Стандартная операция High возвращает наибольшее значение в диапазоне порядкового типа, указанного данного

Имеется 5 основных предопределенных, целочисленных типов. Каждый тип обозначает определенное подмножество целых чисел:

 

Тип Диапазон Формат
Короткое целое shortint -128..127 8 бит со знаком
Целое integer -32768..32767 16 бит со знаком
Длинное целое longint -2147483648..2147483647 32 бита со знаком
Длиной в байт byte 0..255 8 бит без знака
Длиной в слово word 0..65535 16 бит без знака

 

Верхнее граничное значение и нижнее граничное значение целочисленных типов задаются как константы и имеют соответствующее имя.
В тексте программы данные целочисленных типов записываются в десятичном или шестнадцатеричном формате и не должны содержать десятичные точки.
Пример:
1 - целый тип
1.0 - не целый тип
100 - десятичный формат (100)
#100 - шестнадцатеричный формат (256)
Над целочисленными данными возможно выполнение операций сложения, вычитания и умножения, а также операций сравнения. Арифметические действия над операндами целочисленного типа предполагают восьмибитовую, 16-битовую или 32-битовую точность вычислений, в соответствии со следующими правилами:

3. Тип целой константы представляет собой встроенный целочисленный тип с наименьшим диапазоном, включающий значение данной константы

4. В случае бинарной операции оба операнда преобразуются к общему типу. Общим типом будет целочисленный тип с наименьшим диапазоном, включающим значение обоих операндов. Действие выполняется в соответствии с точностью общего типа и результатом будет общий тип

5. Выражение справа в операторе присваивания вычисляется независимо от размера или типа переменной слева

6. Любые операнды размера в байт преобразуются в операнды размера слово

К логическим типам относятся данные типов Boolean, ByteBool, WordBool, LongBool.
Значением каждого данного логического типа могут являться 2 значения: TRUE (1) и FALSE (0).
Для данных логического типа применимы только две операции сравнения: равно и не равно.
Переменные типа Boolean и ByteBool занимают один байт; переменная WordBool - 2 байта; LongBool - 4 байта.
Boolean - это предпочтительный тип, использующий меньше памяти. Остальные типы обеспечивают совместимость с другими языками и средой Windows.
Предполагается, что тип Boolean имеет порядковые значения 0 и 1, а другие типы могут иметь другие порядковые значения. Когда выражение типа ByteBool, WordBool или LongBool равно 1, то его значение истинно, когда 0 - ложь; любое другое значение преобразуется к единице и считается истинным.
Символьный тип (char) представляет собой тип данных, предназначенный для хранения одного символа (буквы, знака или кода). В переменную этого типа может быть помещен любой из 256 символов расширенного кода ASCII.
Переменная типа char занимает один байт памяти. Значения типа char задаются в апострофах. Кроме того можно задавать значения используя код из таблицы ASCII. Над данными символьного типа можно выполнять операции сравнения.
Перечисляемый тип определяется как упорядоченный набор идентификаторов, заданный путем их перечисления. При этом список идентификаторов разделенных запятой указывается в круглых скобках. Задается перечисляемый тип в разделе type.
Пример:
type A=(2, 4, 1, 7);
B=('c', 'L', '3', '|');
Значения переменных перечисляемого типа не могут вводиться с клавиатуры и выводиться на экран.
Интервальный тип данных определяется посредством задания подмножества значений одного из ранее определенных типов. Можно использовать все простые типы, за исключением вещественного. При задании диапазона указывается наименьшее и наибольшее значения, разделенные двумя точками. При этом оба значения обязательно одного типа.
К вещественному типу относится подмножество вещественных чисел, представленных в формате с плавающей точкой и фиксированным числом цифр.
В ТП имеется 5 видов вещественных типов:


Тип Диапазон Точность Формат
Real (вещественное) 2.9*10-39..1.7*1038 11-12 знаков 6 байт
Single (с одинарной точностью) 1.5*10-45..3.4*1038 7-8 знаков 4 байта
Double (с двойной точностью) 5.0*10-324..1.7*10308 15-16 знаков 8 байт
Extended (с повышенной точностью) 3.4*10-4932..1.1*104932 19-20 знаков 10 байт
Comp (сложное) -9.2*1018..9.2*1018 19-20 знаков 8 байт

 

Действия над типами с одинарной, двойной, повышенной точностью и сложным типом могут выполняться только при наличии числового сопроцессора. Поэтому считается что постоянно доступным является только тип Real.


Константы, переменные и оператор присваивания.

Константа - это идентификатор отмечающий значение, которое не может изменяться. Идентификатор константы не может быть включен в свое собственное описание. Константы должны объявляться в декларационной части программы до момента их использования в вычислениях. Эта декларационная часть начинается с зарезервированного слова const. При декларации указывается имя константы, символ равенства и значение этой константы. В ТП применяется 5 видов констант простых типов:

7. Целочисленные константы. В качестве значений может использоваться любое целочисленное данное в десятичном или шестнадцатеричном формате (year=2003)

8. Вещественные константы определяются числами, записанными в десятичном формате данных (time=0.2e+4, yyy=304.0)

9. Символьные константы могут быть определены только посредством символов таблицы ASCII. При этом сам символ заключается в апострофы (var1='A')

10. Строковые константы определяются произвольной последовательностью символов, заключенных в апострофы (stroke='IBM')

11. Типизированные константы (переменные с начальным значением). Каждой типизированной константе ставится в соответствие имя, тип, начальное значение (year1:integer =1995)

Переменной называется элемент программы, который предназначен для хранения, коррекции и передачи данных внутри программы.
Раздел описания переменных начинается с зарезервированного слова var.
Для объявления переменной необходимо указать имя переменной и ее тип. Однотипные переменные могут перечисляться через запятую перед указанием их типа.
Пример:
a: integer;
b: boolean;
c, b: real;
e: integer;
Все переменные делятся на глобальные и локальные. Глобальными являются переменные, объявленные вне процедур и функций, а локальными - объявленные внутри процедур и функций.
ТП накладывает ряд ограничений на использование переменных:

1. Среди глобальных переменных не может быть двух с одинаковыми идентификаторами;

2. Среди локальных переменных в пределах одной процедуры или функции не может быть двух с одинаковыми идентификаторами;

3. В тексте программы любой глобальный идентификатор может дублировать любой локальный идентификатор, т.к. даже при одинаковых именах они хранятся в разных участках памяти.

Оператор присваивания - это основной оператор любого языка программирования. Данный оператор позволяет поместить определенное значение в необходимую вам переменную.
Оператор присваивания имеет вид:
идентификатор:= выражение;
При составлении выражений могут быть использованы следующие математические функции:


Имя функции Математическое значение Тип результата
a mod b Остаток деления a на b Целое
a div b Целая часть деления a на b Целое
abs (a) |a| Совпадает с типом аргумента
sqr (a) a2 Совпадает с типом аргумента
sqrt (a)   Вещественное
sin (a) sin a Вещественное
cos (a) cos a Вещественное
arctan (a) arctg a Вещественное
ln (a) ln a Вещественное
exp (a) ea Вещественное

При составлении сложных выражений осуществляется приоритет выполнения операций:

12. not, @

13. *, /, div, mod, and, shl, shr

14. +, -, or, xor

15. =, <>, <=, >=, >, <, in


2.6. Операторы ввода/вывода.

ТП содержит четыре оператора ввода/вывода: read, readln, write, writeln.
Оператор read осуществляет ввод данных с клавиатуры и размещение их в стандартном файле ввода input. Вводимые данные размещаются в качестве значений переменных, имена которых перечислены в круглых скобках за оператором read.
read (a, b, c);
Вводятся данные тоже списком, в котором они разделяются пробелом. Ввод заканчивается нажатием Enter. Курсор, отмечающий позицию следующего ввода/вывода остается за последним введенным данным.
Оператор readln выполняет аналогичные действия и переводит курсор на следующую строку.
Оператор write осуществляет вывод на экран или печатающее устройство с одновременным размещением в стандартном файле вывода output. Оператор может выводить сообщение или значение переменной. Сообщения записываются в апострофах. Для вывода значения переменной указывается имя переменной. Сообщения и переменные можно чередовать в одном списке, разделяя их запятыми. Курсор остается за последним выведенным данным.
Оператор writeln выполняет аналогичные действия и переводит курсор на следующую строку.
Операторы write и writeln допускают т.н. форматированный вывод данных.
write (a:5:2);
Первое из чисел указывает сколько экранных знаков отводится под вывод. Второе число указывает количество знаков после запятой в числе и может отсутствовать.

 

Модуль 3. Управляющие конструкции языка ТП

 

3.1. Безусловные конструкции.

Оператор языка представляет собой неделимый элемент программы, который позволяет выполнять определенные алгоритмические действия. Все операторы можно условно разделить на две группы: простых операторов и структурированных операторов. К простым относятся те операторы, которые не содержат других операторов. К структурированным - те, которые состоят из других операторов.
В ТП 7.0 существует всего один оператор безусловного перехода Goto и четыре безусловных функции: Break, Continue, Exit, Halt.
Оператор безусловного перехода Goto представляет собой простой оператор, используя который можно изменять порядок выполнения операторов в программе. Общий вид оператора безусловного перехода:
goto <метка>, где <метка> - это идентификатор или целое число от 0 до 9999, объявленное в разделе меток label.
Применение оператора безусловного перехода в ТП - программе является нежелательным, т.к. его присутствие нарушает структурную целостность и наглядность. Такую программу трудно читать, отлаживать и модифицировать.
Функция Break позволяет досрочно закончить цикл.
Функция Continue - позволяет начать новую итерацию цикла, даже если предыдущая не была завершена.
Функция Exit - позволяет завершить работу текущего программного блока.
Функция Halt (n), где n - некоторое целое число - позволяет завершить работу программы с кодом завершения n.


3.2. Условные конструкции.

1) неполная форма с одним оператором

 

2) полная форма с одним оператором

3) неполная форма с несколькими операторами

 

4) полная форма с несколькими операторами

 

1) IF условие THEN оператор;
2) IF условие THEN оператор1 ELSE оператор2;
3) IF условие THEN BEGIN
оператор1;
оператор2;

операторN;
END;
4) IF условие THEN BEGIN
оператор1;
оператор2;

операторN;
END ELSE
BEGIN
оператор1;
оператор2;

операторN;
END;

Пример: ввести оценку студента в баллах и сообщить ее название.

 

Begin
Read(b)
If b=5 then Write('отлично') else
If b=4 then Write('хорошо') else
If b=3 then Write('удовл.') else
If b=2 then Write('неудовл.') else
Write('это не оценка');
End.


3.3. Конструкция выбор.

Ситуации, реализующие систему вложенных ветвлений могут быть разрешены с использованием конструкции выбор.
Оператор выбора является структурированным и использует в своей записи операторы case, of, else, end и операторные скобки по необходимости.
В самом общем виде оператор выбора можно записать так:
Case порядковая переменная of
значение1: begin оператор1; оператор2; …; операторN; end;
значение2: begin оператор1; оператор2; …; операторN; end;

значениеM: begin оператор1; оператор2; …; операторN; end;
else begin оператор1; оператор2; …; операторN; end;
end;

Пример: ввести оценку студента в баллах и сообщить ее название.
Begin
Read(b)
Case b of
5: Write('отлично');
4: Write('хорошо');
3: Write('удовл.');
2: Write('неудовл.');
else Write('это не оценка');
end;
End.

Порядковая переменная, значение которой при выполнении программы определяет ветвь в операторе выбора, подлежащую выполнению, может принадлежать любому целочисленному типу. В случае, когда для нескольких значений выполняемые действия одинаковы, их можно указать один раз, а сами значения перечислить через запятую.
Пример: напечатать количество дней во введенном месяце:
Begin
Read(m);
Case m of
янв, мар, май, июл, авг, окт, дек: Write('31');
апр, июн, сен, ноя: Write('30');
фев: Write('28');
else Write ('это не месяц');
end;
End.


3.4. Циклические конструкции.

1. Цикл с предусловием.
Для реализации циклов с предусловием используется составной оператор, включающий оператор while, do, операторные скобки.
В общем виде цикл реализуется записью:
while <условие> do <действие>;
Если тело цикла содержит более одного действия, то необходимо использовать операторные скобки:
while <условие> do
begin
<оператор 1>;
<оператор 2>;
...
<оператор n>;
end;

2. Цикл с постусловием.
Для реализации цикла используется составной оператор, состоящий из операторов repeat и until.
В общем виде цикл записывается так:
repeat
<действие>;
until <условие>;

Пример: задано целое число. Вывести на печать все цифры введенного числа.
1 способ:

var a,b:longint;
Begin
read(a);
repeat
b:=a mod 10;
writeln(b);
a:=a div 10;
until a=0;
End.

2 способ:

var a,b:longint;
Begin
read(a);
while a<>0 do
begin
b:=a mod 10;
write(b:3);
a:=a div 10;
end;
End.

Цикл с параметром.

Для реализации в языке Pascal используется составной оператор, состоящий из операторов for, to, downto, do и при необходимости из операторных скобок. Переменная параметр обязательно объявляется в декларационной части программы и может принадлежать одному из порядковых типов.
Если при изменении переменной параметра необходимо использовать переход к следующему значению, то используется оператор to; если переход необходимо осуществить к предыдущему значению, то используется оператор downto. Тогда в общем виде цикл записывается так:
for I:=I0 to In do
begin
<оператор 1>;
<оператор 2>;
...
<оператор n>;
end;




Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: