Дәріс 3-4. Программалауға кіріспе. Алгоритмдеу есептерінің негізі

Алгоритм – берілген есепке бағытталған, нақты орындаушыға арналған, қайталанушы әрекеттер бойынша жазу.

Информатикада қолданылатын алгоритмдерді келтіру түрлері:

q блок-схема тілі, алгоритмді графикалық түрде жазу;

q программалау тілдері.

Программа – алгоритмді жазу тәсілдерінің бірі. Бұл программалау тілдерінің бірі бойынша жазылған алгоритм.

Программалау тілінің көптеген түрі бар: машинабағыттылық, рәсімдік (процедура), функциональдық, логикалық программалау және т.б. Бұлардың бәрі қатаң ереже бойынша тіл конструкциясын құратын формальды тіл болып табылады, көбіне формальды орындаушы (атқарушы) – компьютерге бағытталған.

Олар бір-бірімен әрекеттері (командалар жүйесі, кейде көптеген операторлар деп аталады) және олардың орындалуын ұйымдастыру әдістері (амалдары) арқылы ерекшеленеді. Бұл айырмашылық мынада: есептің тағайындалған класын шешуде, деректердің ерекшеліктерінде және оларды шешудің дәстүрлі әдістерінде. Біз информатикада процедуралық тілдермен (Pascal, Basic, C және оның әртүрлі версиясы) таныстық. Программа бірнеше әрекеттерді орындайтын қайталанушы процедуралардан тұратын тілдердің операторлары сияқты тіл (әрекет: қарапайым және құрамды болуы мүмкін). Барлық кіретін операторлар мен оларды қолдану кезіндегі ереже мен программалау тілінің синтаксисін құрайды. Негізгі операторларға бастапқы берілгендерді енгізу операторлары, меншіктеу операторлары, таңдау операторлары, цикл операторлары, шығару операторлары және т.б жатады.

Алгоритмді кейбір есептерді шешу үшін дайындайды және есептің теориялық талдауы алгоритмизацияның бірінші сатысы болып табылады. Аталған аймақта алгоритмдеумен шешілетін есептер оқшау пайда болмайды, керісінше бізді қоршап тұрған әлемнің кейбір бөлшектерімен тығыз байланыста болады. Есептің теориялық талдауы біріншіден заттық аймақтағы модельдің құрылуынан тұрады, яғни объектілерін белгілеп және олардың қаиеттері мен өзара байланысын орнатудан тұрады. Сонымен қатар модельде есептің шешіміне әкелетін формулаларды мүмкіндігінше нақты анықтауға болатын процестер мен әрекеттер түрі суреттеледі.

Есепті теориялық талдау ережесі бойынша көптеген бастапқы деректер анықталады. Олар қарапайым айнымалы түрінде болуы мүмкін, біртиптегілер массивте кездеседі, әртиптілі – жазбада, деректерді объектілерге қосуға болады және т.б.Деректер құрылымы есептің мәндер аймағының ақпараттық моделі болып табылады.

Есептің шешімі ізделінген нәтижені табу кезінде бастапқы деректердің өзгеруінен жинақталады. Бұл түрлендірулер алгоритм орындаушының қызмет көрсетуінің ақпараттық моделі болып табылады және алгоритм болып сипатталады.

Жалпы жағдайда алгоритмизация жұмыс істеушілерден терең білім мен талап қажет ететін шығармашылық процесс болып табылады. Есептер пайда болатын аймақта (шекте), яғни математикада, физикада, лингвистикада, экономикада есептерді шешу әдістері жасалып, оқытылады. Көбінесе информатикті әмбебеап және эффектті алгоритмді іздеу, есепті кең көлемде шешу және барлық белгілі әрекеттер сияқты компьютер түсінетін тілше ауыстырулар қызықтырады.

Есепті шешу тәсілі және бастапқы мәліметтер құрылымы белгілі болған кезде, алгоритмнің құрылымы келесідей:

q шешу тәсілі бойынша әрекеттерді орындаудың нақты тізімділігі анықталады;

q алгоритмді жазу тәсілі таңдалады;

q әрекеттердің тізімділігі осы тәсіл брйынша жазылады.

Алгоритмдердің орындалуы. Алгоритм – арнайы іс-әрекеттердің белгілі бір кезекпен орналасқан тәртібі. Ол алгоритмді атқарушы ЭЕМ-ге жұмыс тәртібін түсіндіретін ережелер мен нұсқаулар тізбегінен тұрады. Сонымен, алға қойылған мақсатқа жету үшін немесе берілген есепті шешу барысында орындаушыға біртіндеп қандай әрекеттер жасау керектігін түсінікті, әрі дәл көрсететін нұсқау алгоритм деп аталады. Алгоритмді орындаушының рөлін негізінен адам немесе автоматтандырылған аспап, яғни ЭЕМ, робот т.б. атқарады. Мысалы, y=(ax+b)(cx-d) функциясын есептеу төменгі іс-әрекеттерден тұрады:

1) а -ны х -ке көбейту, оны деп белгілеу;

2) оған b -ны қосу, нәтижесін деп белгілеу;

3) с -ны х -ке көбейту, оны деп белгілеу;

4) одан d -ны алу, оны деп белгілеу;

5) -ні -ке көбейту, оны y деп белгілеу.

Сонымен, әрбір нұсқау – команда. Алгоритмнің командалары кезекпен бірінен кейін бірі орындалады. Алгоритмнің орындалу кезінде оны орындау-шыға келесі жолы қандай нұсқау бойынша орындалатыны белгілі болуы қажет. Ал орындаушының жүзеге асыра алатын командалар жиыны – коман-далар жүйесін құрайды.

Алгоритмді машинаға енгізу үшін оны белгілі бір заңдылықпен текст түрінде жазып, ЭЕМ-нің жадына кіргізу қажет. Ал алгоритмдер мен олардың орындалуын ЭЕМ-де жүргізу үшін қолданылатын бірыңғай және дәл жазуға арналған ережелер жүйесі программа болып табылады.

Алгоритм мен программаға байланысты ЭЕМ-нің мынадай жұмыс ерекшеліктері болады:

1) есепті шығару жолы алгоритм түрінде өрнектелуі қажет;

2) алгоритм программаға айналдырылуы тиіс;

3) программа машина жадына енгізіліп, ретімен орындалуы керек. Сонымен, керекті нәтижені алу жолында ақпаратқа қолданылатын әре-кеттердің орындалу ретін анықтайтын нұсқау – алгоритм болып есептеледі. Алгоритм күнделікті тұрмыста да кеңінен қолданылады, Мысалы, студент болу үшін алгоритмнің мынадай қадамдарын орындау керек.

1. Орта мектепті бітіріп, аттестат алу.

2. Керекті құжаттарды аттестаттың түпнұсқасымен бірге белгілі бір институтқа өткізу.

3. Қабылдау емтихандарын "2"-ден жоғары бағалармен тапсыру.

4. Конкурстан өту.

Бұл көрсетілген пункттердің орнын ауыстыруға болмайды. Олар көрсетілген ретпен кезектесіп орындалуы тиіс. Сонда ғана керекті нәтижеге (студент болу) қолымыз жетеді.

Алгоритм информатика мен есептеу техникасының іргелі ұғымдарының бірі. Квадрат теңдеудің түбірін табу ережесі, үшбұрыштың ауданын есептеу жолдары алгоритмдердің мысалдары болып табылады. Сонымен, алгоритм есептерді шығару тәсілі, яғни белгілі бір нәтижеге жету үшін қолданылатын амалдардың реттелген жиыны.

Алгоритм қасиеттері. Алгоритм ұғымының мәнін ашатын негізгі қасиеттерінен немесе оған қойылатын талаптардан қысқаша мағлұматтар келтірейік. ЭЕМ-де орындалуға тиіс алгоритмдерге мынадай талаптар қойылады:

1) анық әрі дәл өрнектелуі тиіс;

2) алгоритм шектелген уақыттан соң нәтиже беруі тиіс, яғни алгоритм қадамдарының саны шексіз болмауы керек;

3) бір тектес есептерге жалпы бір ғана алгоритм қолданылуы тиіс;

4) модулдік (бөлік), яғни алгоритмді кішкене бөліктерге бөлу мүмкіндігі болуы қажет.

Біріншіден, алгоритм анық, әрі дәл өрнектелуі қажет. Онда қандай қадамдар көрсетілсе, тек соны ғана орындау керек. Есеп шығару жолына керектің бәрі біржақты анықталуы және орындаушыға түсінікті, әрі нақты болуы тиіс. Екіншіден, алгоритм нәтижелі болуы керек. Әрекеттердің шектелген санынан кейін белгілі бір уақыт ішінде қорытынды нәтиже алуымыз қажет. Әрбір алгоритм біршама бастапқы мәліметтердің болуын талап етеді және іздеген нәтижені алуға жеткізеді. Мысалы, сандарды қосу алгоритмі үшін бастапқы мәліметтерге қосылғыштар мәні жатады, ал нәтижесі қосынды болады. Үшіншіден, алгоритмнің жалпылық қасиеті болады, яғни бастапқы мәліметтер мәнінің бір жиыны бір ғана нәтиже береді. Егер берілген мәліметтер өзгерсе, нәтиже де өзгереді. Басқаша айтқанда, бір алгоритм бір типтес есептердің әр түрлі алғашқы мәліметтері үшін әр түрлі нәтижелер беруі тиіс. Мысалы, квадрат теңдеуді шешу алгоритмі кез келген а, b, с мәндері үшін оның түбірін дұрыс табуы керек. Төртіншіден, алгоритмнің үздік модулдерге бөліну қасиеті болуы тиіс, яғни үлкен алгоритмді бірнеше кішкене алгоритмдерге жіктеуге әрқашанда мүмкіншілік болуы керек. Сондықтан алгоритмді екі-үш бөлікке бөліп, оларды өзінше құра алатын дәрежеде жұмыс істелуі қажет. Олар тек бірінің қорытындысын келесі жолы керекті мәлімет ретінде қолдануы тиіс.

Алгоритмдерді ЭЕМ-де орындау үшін оларды алдын ала жазып алу керек, яғни ол белгілі бір заңдылықпен өрнектелуі тиіс. Жалпы алгоритмді өрнектеу түрлеріне:

1) табиғи тіл арқылы жазу;

2) белгілі бір терминдер – псевдокодтар арқылы жазу;

3) графика жолымен жазу;

4) алгоритмдік тілдермен жазу жолдарын жатқызуға болады.

Бірақ алгоритмді табиғи тілде өрнектеу ЭЕМ-дерде қолданылмайды, өйткені онда дәлдік, нақтылық болмайды. Ал алгоритмді екінші көрсетілген жолмен өрнектеу ағылшын тілінде сөйлейтін елдерде кеңінен қолданылып жүр. Мұны олардың ағылшын тіліне негізделіп жасалған программалау тілдеріне жақындығымен түсіндіруге болады. Қазіргі ТМД елдерінде бұл тәсіл кең қолданыс таба алмады.

Алгоритмдерді графика жолымен жазу, онан кейін оны программаға айналдыру істері мемлекеттік стандартпен бекітіліп ақпарат өңдеу жұмысында кеңінен қолданылып келеді.

Алгоритмнің блок-схема түріндегі сипатталуы. Блок-схема деп алгоритмнің бағытталған байланысы бар геометриялық фигуралармен сипатталып берілуін айтамыз. Блок-схемада алгоритмнің басқарылуы жақсы көрінеді. Блок-схемада пайдаланылатын геометриялық фигуралар символдар блогы, ал байланыстар ағындар линиясы деп аталады. Әрбір блок-схеманың басы және соңы болады. Оның шартты белгіленуі төмендегідей: