Πρακτικά τα πάντα στον κόσμο μας υπόκεινται σε ορισμένους νόμους και κανόνες. Η σύγχρονη επιστήμη δεν μένει ακίνητη, χάρη στην οποία η ανθρωπότητα γνωρίζει πολλούς τύπους και αλγόριθμους, ακολουθώντας τους οποίους μπορείτε να υπολογίσετε και να αναδημιουργήσετε πολλές ενέργειες και δομές που δημιουργήθηκαν από τη φύση και να ζωντανέψετε τις ιδέες που εφευρέθηκε από τον άνθρωπο.
Σε αυτό το άρθρο θα αναλύσουμε τις βασικές έννοιες του αλγορίθμου.
Το ιστορικό της εμφάνισης των αλγορίθμων
Αλγόριθμος - μια έννοια που εμφανίστηκε τον XII αιώνα. Η ίδια η λέξη "αλγόριθμος" προέρχεται από τη λατινική ερμηνεία του ονόματος του διάσημου μαθηματικού της Μέσης Ανατολής Muhammad al-Khwarizmi, ο οποίος έγραψε το βιβλίο "On Indian Counting". Αυτό το βιβλίο περιγράφει πώς να γράφετε σωστά φυσικούς αριθμούς χρησιμοποιώντας αραβικούς αριθμούς και περιγράφει τον αλγόριθμο ενεργειών με μια στήλη πάνω από τέτοιους αριθμούς.
Τον 12ο αιώνα, το βιβλίο "On the Indian Account" μεταφράστηκε στα λατινικά και στη συνέχεια εμφανίστηκε αυτός ο ορισμός.
Αλληλεπίδραση του αλγορίθμου με τον άνθρωπο και τη μηχανή
ΔημιουργίαΟ αλγόριθμος απαιτεί μια δημιουργική προσέγγιση, επομένως μόνο ένα ζωντανό ον μπορεί να δημιουργήσει μια νέα λίστα διαδοχικών ενεργειών. Αλλά για την εκτέλεση των υπαρχουσών εντολών, δεν είναι απαραίτητο να υπάρχει φαντασία, ακόμα και η άψυχη τεχνολογία μπορεί να το χειριστεί αυτό.
Ένα εξαιρετικό παράδειγμα για να ακολουθήσετε ακριβώς μια δεδομένη οδηγία είναι ένας άδειος φούρνος μικροκυμάτων που συνεχίζει να λειτουργεί παρά την απουσία φαγητού μέσα του.
Ένα υποκείμενο ή ένα αντικείμενο που δεν χρειάζεται να κατανοήσει την ουσία του αλγορίθμου ονομάζεται επίσημος εκτελεστής. Ένα άτομο μπορεί επίσης να γίνει επίσημος εκτελεστής, αλλά σε περίπτωση που η μία ή η άλλη ενέργεια είναι ασύμφορη, ένας σκεπτόμενος εκτελεστής μπορεί να κάνει τα πάντα με τον δικό του τρόπο. Ως εκ τούτου, οι κύριοι εκτελεστές είναι οι υπολογιστές, οι φούρνοι μικροκυμάτων, τα τηλέφωνα και άλλος εξοπλισμός. Η έννοια του αλγορίθμου στην επιστήμη των υπολογιστών είναι υψίστης σημασίας. Κάθε αλγόριθμος συντάσσεται με την προσδοκία ενός συγκεκριμένου θέματος, λαμβάνοντας υπόψη τις επιτρεπόμενες ενέργειες. Αυτά τα αντικείμενα στα οποία το υποκείμενο μπορεί να εφαρμόσει οδηγίες αποτελούν το περιβάλλον του εκτελεστή.
Πρακτικά τα πάντα στον κόσμο μας υπόκεινται σε ορισμένους νόμους και κανόνες. Η σύγχρονη επιστήμη δεν μένει ακίνητη, χάρη στην οποία η ανθρωπότητα γνωρίζει πολλούς τύπους και αλγόριθμους, ακολουθώντας τους οποίους μπορείτε να υπολογίσετε και να αναδημιουργήσετε πολλές ενέργειες και δημιουργίες της φύσης και να ζωντανέψετε τις ιδέες που εφευρέθηκε από τον άνθρωπο. Σε αυτό το άρθρο, θα αναλύσουμε τις βασικές έννοιες του αλγορίθμου.
Τι είναι ένας αλγόριθμος;
Οι περισσότερες από τις δραστηριότητες που κάνουμε κατά τη διάρκεια της ζωής μας απαιτούν την τήρηση ορισμένων κανόνων. Από το πόσο ένα άτομο έχει μια σωστή ιδέα για αυτότι, πώς και με ποια σειρά πρέπει να κάνει, εξαρτάται από την ποιότητα και το αποτέλεσμα των καθηκόντων που του ανατίθενται. Από την παιδική ηλικία, οι γονείς προσπαθούν να αναπτύξουν στο παιδί τους έναν αλγόριθμο για τις κύριες ενέργειες, για παράδειγμα: ξυπνήστε, στρώστε το κρεβάτι, πλύνετε και βουρτσίστε τα δόντια σας, κάνετε ασκήσεις, τρώτε πρωινό κ.λπ., τη λίστα που κάνει ένα άτομο όλη του η ζωή το πρωί μπορεί επίσης να θεωρηθεί ένα είδος αλγορίθμου.
Ο αλγόριθμος είναι μια έννοια που αναφέρεται σε ένα σύνολο οδηγιών που πρέπει να ακολουθήσει ένα άτομο για να λύσει ένα συγκεκριμένο πρόβλημα.
Γενικά, ο αλγόριθμος έχει πολλούς ορισμούς, αρκετοί επιστήμονες τον χαρακτηρίζουν διαφορετικά.
Αν ο αλγόριθμος που χρησιμοποιεί ένα άτομο κάθε μέρα είναι διαφορετικός για τον καθένα και μπορεί να αλλάξει ανάλογα με την ηλικία και τις καταστάσεις στις οποίες βρίσκεται ο ερμηνευτής, τότε το σύνολο των ενεργειών που πρέπει να εκτελεστούν για την επίλυση ενός μαθηματικού προβλήματος ή η χρήση της τεχνολογίας είναι η ίδια για όλους και παραμένει πάντα η ίδια.
Υπάρχει μια διαφορετική έννοια του αλγορίθμου, οι τύποι των αλγορίθμων διαφέρουν επίσης - για παράδειγμα, για ένα άτομο που επιδιώκει έναν στόχο και για την τεχνολογία.
Στην εποχή μας της τεχνολογίας των πληροφοριών, οι άνθρωποι ακολουθούν καθημερινά ένα σύνολο οδηγιών που έχουν δημιουργηθεί πριν από αυτούς από άλλα άτομα, επειδή η τεχνολογία απαιτεί ακριβή εκτέλεση μιας σειράς ενεργειών όταν χρησιμοποιείται. Ως εκ τούτου, το κύριο καθήκον των δασκάλων στα σχολεία είναι να διδάξουν στα παιδιά πώς να χρησιμοποιούν αλγόριθμους, να κατανοούν γρήγορα και να αλλάζουν τους υπάρχοντες κανόνες σύμφωνα με την τρέχουσα κατάσταση. Η δομή του αλγορίθμου είναι μία από αυτέςέννοιες, που μελετάται στο μάθημα των μαθηματικών και της πληροφορικής σε κάθε σχολείο.
Βασικές ιδιότητες του αλγορίθμου
1. Διακριτικότητα (ακολουθία μεμονωμένων ενεργειών) - οποιοσδήποτε αλγόριθμος πρέπει να αναπαρίσταται ως μια σειρά απλών ενεργειών, καθεμία από τις οποίες θα πρέπει να ξεκινά μετά την ολοκλήρωση της προηγούμενης.
2. Βεβαιότητα - κάθε ενέργεια του αλγορίθμου πρέπει να είναι τόσο απλή και ξεκάθαρη ώστε ο ερμηνευτής να μην έχει ερωτήσεις και να μην έχει ελευθερία δράσης.
3. Αποδοτικότητα - η περιγραφή του αλγορίθμου πρέπει να είναι σαφής και πλήρης, έτσι ώστε μετά την εκτέλεση όλων των εντολών, η εργασία να φτάσει στο λογικό της τέλος.
4. Μαζικός χαρακτήρας - ο αλγόριθμος πρέπει να είναι εφαρμόσιμος σε μια ολόκληρη κατηγορία προβλημάτων, τα οποία μπορούν να λυθούν μόνο αλλάζοντας τους αριθμούς στον αλγόριθμο. Αν και υπάρχει η άποψη ότι το τελευταίο σημείο δεν ισχύει για αλγόριθμους, αλλά για όλες τις μαθηματικές μεθόδους γενικά.
Συχνά στα σχολεία, για να δώσουν στα παιδιά μια καλύτερη κατανόηση των αλγορίθμων, οι δάσκαλοι χρησιμοποιούν το παράδειγμα της μαγειρικής από ένα βιβλίο μαγειρικής, της παρασκευής φαρμάκων από μια συνταγή ή της παρασκευής μιας διαδικασίας παρασκευής σαπουνιού με βάση ένα master class. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη τη δεύτερη ιδιότητα του αλγορίθμου, η οποία λέει ότι κάθε στοιχείο του αλγορίθμου πρέπει να είναι τόσο σαφές ώστε να μπορεί να εκτελεστεί από απολύτως οποιοδήποτε άτομο, ακόμη και μια μηχανή, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οποιαδήποτε διαδικασία απαιτεί τουλάχιστον κάποιο είδος της φαντασίας, ο αλγόριθμος δεν μπορεί να ονομαστεί. Και η μαγειρική και η κεντητική απαιτούν ορισμένες δεξιότητες και μια καλά ανεπτυγμένη φαντασία.
Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι αλγορίθμων,αλλά υπάρχουν τρεις κύριες.
Κυκλικός αλγόριθμος
Σε αυτόν τον τύπο, ορισμένα στοιχεία επαναλαμβάνονται πολλές φορές. Η λίστα των ενεργειών που πρέπει να επαναληφθούν για να επιτευχθεί ο στόχος ονομάζεται σώμα του αλγορίθμου.
Επανάληψη ενός βρόχου είναι η εκτέλεση όλων των στοιχείων που περιλαμβάνονται στο σώμα του βρόχου. Τα μέρη του βρόχου που εκτελούνται συνεχώς ορισμένες φορές ονομάζονται βρόχος με σταθερό αριθμό των επαναλήψεων.
Αυτά τα μέρη του κύκλου, η συχνότητα των οποίων εξαρτάται από έναν αριθμό συνθηκών, ονομάζονται απροσδιόριστα.
Ο απλούστερος τύπος κύκλου διορθώθηκε.
Υπάρχουν δύο είδη κυκλικών αλγορίθμων:
- Loop με προϋπόθεση. Σε αυτήν την περίπτωση, το σώμα του βρόχου ελέγχει την κατάστασή του πριν από την εκτέλεσή του.
- Ένας βρόχος με μετασυνθήκη. Σε έναν βρόχο με μετασυνθήκη, η συνθήκη ελέγχεται μετά το τέλος του βρόχου.
Γραμμικοί τύποι αλγορίθμων
Οι εντολές τέτοιων κυκλωμάτων εκτελούνται μία φορά με τη σειρά με την οποία παρουσιάζονται. Για παράδειγμα, η διαδικασία του στρώσιμου κρεβατιού ή του βουρτσίσματος των δοντιών μπορεί να θεωρηθεί γραμμικός αλγόριθμος. Αυτός ο τύπος περιλαμβάνει επίσης μαθηματικά παραδείγματα, όπου υπάρχουν μόνο πράξεις πρόσθεσης και αφαίρεσης.
Αλγόριθμος διακλάδωσης
Υπάρχουν πολλές επιλογές σε έναν τύπο διακλάδωσης, ποια θα εφαρμοστεί εξαρτάται από την κατάσταση.
Παράδειγμα. Ερώτηση: «Βρέχει;» Επιλογές απάντησης: "Ναι" ή "Όχι". Αν ένα"ναι" - ανοίξτε την ομπρέλα, αν "όχι" - βάλτε την ομπρέλα στην τσάντα.
Βοηθητικός αλγόριθμος
Ο βοηθητικός αλγόριθμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε άλλους αλγόριθμους καθορίζοντας μόνο το όνομά του.
Βρέθηκαν όροι σε αλγόριθμους
Η συνθήκη βρίσκεται μεταξύ των λέξεων "αν" και "τότε".
Για παράδειγμα: εάν γνωρίζετε αγγλικά, πατήστε ένα. Σε αυτήν την πρόταση, το μέρος της φράσης "ξέρεις αγγλικά" θα είναι η προϋπόθεση.
Τα δεδομένα είναι πληροφορίες που φέρουν ένα συγκεκριμένο σημασιολογικό φορτίο και παρουσιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να μεταδοθούν και να χρησιμοποιηθούν για αυτόν τον αλγόριθμο.
Αλγοριθμική διαδικασία - επίλυση ενός προβλήματος σύμφωνα με έναν αλγόριθμο χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα δεδομένα.
Δομή του αλγορίθμου
Ο αλγόριθμος μπορεί να έχει διαφορετική δομή. Για να περιγράψετε έναν αλγόριθμο, η έννοια του οποίου εξαρτάται επίσης από τη δομή του, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πολλούς διαφορετικούς τρόπους, για παράδειγμα: προφορικούς, γραφικούς, χρησιμοποιώντας μια ειδικά αναπτυγμένη αλγοριθμική γλώσσα.
Ποια μέθοδος θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: την πολυπλοκότητα της εργασίας, πόσο λεπτομερής πρέπει να είναι η διαδικασία επίλυσης του προβλήματος κ.λπ.
Γραφική έκδοση του αλγορίθμου
Γραφικός αλγόριθμος - μια έννοια που υποδηλώνει την αποσύνθεση των ενεργειών που πρέπει να εκτελεστούν για την επίλυση ενός συγκεκριμένου προβλήματος, σύμφωνα με ορισμένα γεωμετρικά σχήματα.
Τα γραφικά διαγράμματα δεν εμφανίζονται τυχαία. Για να μπορέσουνΓια την κατανόηση οποιουδήποτε προσώπου, χρησιμοποιούνται συχνότερα διαγράμματα ροής και δομογράμματα Nassi-Schneiderman.
Επίσης, τα μπλοκ διαγράμματα σχεδιάζονται σύμφωνα με τα GOST-19701-90 και GOST-19.003-80. Τα γραφικά σχήματα που χρησιμοποιούνται στον αλγόριθμο χωρίζονται σε:
- Βασικό. Οι κύριες εικόνες χρησιμοποιούνται για να υποδείξουν τις λειτουργίες που απαιτούνται για την επεξεργασία δεδομένων κατά την επίλυση ενός προβλήματος.
- Βοηθητικό. Χρειάζονται βοηθητικές εικόνες για να υποδείξουν μεμονωμένα, όχι τα πιο σημαντικά, στοιχεία επίλυσης του προβλήματος.
Σε έναν γραφικό αλγόριθμο, τα γεωμετρικά σχήματα που χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση δεδομένων ονομάζονται μπλοκ.
Όλα τα μπλοκ πηγαίνουν με τη σειρά "από πάνω προς τα κάτω" και "από αριστερά προς τα δεξιά" - αυτή είναι η σωστή κατεύθυνση ροής. Με τη σωστή σειρά, οι γραμμές που συνδέουν τα μπλοκ μεταξύ τους δεν δείχνουν την κατεύθυνση. Σε άλλες περιπτώσεις, η κατεύθυνση των γραμμών υποδεικνύεται με βέλη.
Ένα σωστό σχήμα αλγορίθμου δεν πρέπει να έχει περισσότερες από μία εξόδους από μπλοκ επεξεργασίας και λιγότερες από δύο εξόδους από μπλοκ που είναι υπεύθυνα για λογικές λειτουργίες και έλεγχο συνθηκών.
Πώς να δημιουργήσετε έναν αλγόριθμο σωστά;
Η δομή του αλγορίθμου, όπως προαναφέρθηκε, πρέπει να κατασκευαστεί σύμφωνα με το GOST, διαφορετικά δεν θα είναι κατανοητό και προσβάσιμο σε άλλους.
Η γενική μεθοδολογία καταγραφής περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:
Το όνομα με το οποίο θα είναι σαφές ποιο πρόβλημα μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας αυτό το σχήμα.
Κάθε αλγόριθμος πρέπει να έχει ξεκάθαρα σημειωμένη αρχή και τέλος.
Αλγόριθμοιόλα τα δεδομένα, τόσο εισόδου όσο και εξόδου, πρέπει να περιγράφονται με σαφήνεια και σαφήνεια.
Κατά τη σύνταξη ενός αλγόριθμου, πρέπει να σημειωθούν οι ενέργειες που θα επιτρέψουν την εκτέλεση των ενεργειών που είναι απαραίτητες για την επίλυση του προβλήματος στα επιλεγμένα δεδομένα. Κατά προσέγγιση προβολή του αλγορίθμου:
- Όνομα Chema.
- Δεδομένα.
- Έναρξη.
- Ομάδες.
- Τέλος.
Η σωστή κατασκευή του κυκλώματος θα διευκολύνει πολύ τον υπολογισμό των αλγορίθμων.
Γεωμετρικά σχήματα υπεύθυνα για διαφορετικές ενέργειες στον αλγόριθμο
Οριζόντια οβάλ - αρχή και τέλος (σύμβολο τέλους).
Οριζόντιο ορθογώνιο - υπολογισμός ή άλλες ενέργειες (σύμβολο διαδικασίας).
Οριζόντιο παραλληλόγραμμο - είσοδος ή έξοδος (σύμβολο δεδομένων).
Οριζόντιος ρόμβος - έλεγχος κατάστασης (σύμβολο απόφασης).
Μήκος, οριζόντιο εξάγωνο - τροποποίηση (σημάδι προετοιμασίας).
Τα μοντέλα αλγορίθμων εμφανίζονται παρακάτω.
Φόρμουλα-λεκτική έκδοση της κατασκευής αλγορίθμου.
Οι αλγόριθμοι τύπου-λεκτικοί γράφονται σε αυθαίρετη μορφή, στην επαγγελματική γλώσσα της περιοχής στην οποία ανήκει η εργασία. Η περιγραφή των ενεργειών με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας λέξεις και τύπους.
Η έννοια ενός αλγορίθμου στην επιστήμη των υπολογιστών
Στο πεδίο του υπολογιστή, όλα βασίζονται σε αλγόριθμους. Χωρίς σαφείς οδηγίες που έχουν εισαχθεί με τη μορφή ειδικού κωδικού, καμία τεχνική δεν θα λειτουργήσει ήπρόγραμμα. Στα μαθήματα πληροφορικής, οι μαθητές προσπαθούν να δώσουν τις βασικές έννοιες των αλγορίθμων, να τους διδάξουν πώς να τους χρησιμοποιούν και να τους δημιουργούν μόνοι τους.
Η δημιουργία και η χρήση αλγορίθμων στην επιστήμη των υπολογιστών είναι μια πιο δημιουργική διαδικασία από ό,τι, για παράδειγμα, η παρακολούθηση οδηγιών για την επίλυση ενός προβλήματος στα μαθηματικά.
Υπάρχει επίσης ένα ειδικό πρόγραμμα "Αλγόριθμος" που βοηθά τους ανθρώπους που έχουν άγνοια στον τομέα του προγραμματισμού να δημιουργήσουν τα δικά τους προγράμματα. Ένας τέτοιος πόρος μπορεί να γίνει ένας απαραίτητος βοηθός για όσους κάνουν τα πρώτα τους βήματα στην επιστήμη των υπολογιστών και θέλουν να δημιουργήσουν τα δικά τους παιχνίδια ή άλλα προγράμματα.
Από την άλλη πλευρά, κάθε πρόγραμμα είναι ένας αλγόριθμος. Αλλά εάν ο αλγόριθμος φέρει μόνο τις ενέργειες που πρέπει να εκτελεστούν με την εισαγωγή των δεδομένων του, τότε το πρόγραμμα μεταφέρει ήδη τα τελικά δεδομένα. Μια άλλη διαφορά είναι ότι το πρόγραμμα μπορεί να κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και ιδιωτική ιδιοκτησία, αλλά ο αλγόριθμος δεν είναι. Ένας αλγόριθμος είναι μια ευρύτερη έννοια από ένα πρόγραμμα.
Συμπέρασμα
Σε αυτό το άρθρο, αναλύσαμε την έννοια ενός αλγορίθμου και τους τύπους του, μάθαμε πώς να γράφουμε σωστά γραφικά σχήματα.
