Уроки 20 - 24
Основы алгоритмизации

12.7. Вспомогательный алгоритм

Вспомните рассмотренный ранее алгоритм «Приготовление гречневой каши». Он начинался с пункта «Обратитесь к алгоритму „Разжигание костра"».

Процесс разведения костра был описан заранее и явился вспомогательным алгоритмом в данной задаче. При обращении к этому алгоритму достаточно было указать его название — имя. Этот вспомогательный алгоритм может быть использован и в других алгоритмах, например в алгоритмах «Сушка одежды», «Запекание картошки» и др.

Представьте себе, что вам предстоит подготовить реферат по какому-либо предмету. При работе над рефератом на компьютере часто приходится редактировать текст: исправлять ошибки, копировать и удалять фрагменты текста и т. д. Надеемся, что вы уже знакомы с технологией работой над текстовым документом и его редактирование не вызывает у вас вопросов.

Любая из выполняемых при редактировании операций (копирование, вырезание, удаление фрагмента текста и т. д.) представляет собой определенную последовательность действий, то есть алгоритм. Содержание этих алгоритмов благодаря частому их использованию уже не вызывает вопросов. Стоит понять, что необходимо использовать определенную операцию, например копирование, как руки сами воспроизводят соответствующий алгоритм. Таким образом, мозг человека хранит огромное количество ранее определенных алгоритмов, которые используются по мере необходимости при решении различных задач.

Алгоритм, из которого производится вызов вспомогательного алгоритма, получил название основного алгоритма.

Например, для набора текста песни, содержащей три куплета с припевом, можно воспользоваться основным алгоритмом под названием «Набор текста песни».

Алгоритм «Набор текста песни»

В этом алгоритме многократно встречается слово Скопировать, смысл которого вам понятен, так как был определен на начальном этапе обучения технологии работы с текстом.

Здесь слово скопировать является именем алгоритма, определенного ранее, то есть вспомогательного алгоритма. Слово «припев» обозначает конкретный объект, над которым нужно произвести действие копирования.

Рассмотрим, что представляет собой алгоритм копирования, который является вспомогательным по отношению к основному алгоритму «Набор текста песни». Назовем такой вспомогательный алгоритм «Скопировать (объект копирования)».

Алгоритм «Скопировать (объект копирования)»

При записи данного вспомогательного алгоритма мы указали его имя и в скобках — название параметра, с которым алгоритм работает. В данном случае параметр один — объект копирования. У параметра «объект копирования» могут быть разные значения. При наборе песни в качестве объекта копирования будет использоваться припев. При рисовании в качестве объекта копирования будет использоваться заранее созданный графический элемент. При создании формулы в качестве объекта копирования может использоваться, например, функция или ранее созданное простое математическое выражение.

После выполнения вспомогательного алгоритма вы возвращаетесь в основной алгоритм для его продолжения.

Вспомогательные алгоритмы используются для решения сложных задач, так как любую сложную задачу можно разбить на более простые и каждую из них оформить в виде вспомогательного алгоритма. В общем случае во вспомогательном алгоритме может быть несколько параметров.

Создание вспомогательных алгоритмов можно поручить разным разработчикам. Разбиение сложного алгоритма на простые части, которые оформляются как вспомогательные, делает его более наглядным и понятным.

На рисунке 12.12 приведен пример создания сложной графической композиции на одном из языков программирования. Программирование ведется от простого к сложному. Предварительно разрабатываются вспомогательные алгоритмы, позволяющие нарисовать: а) дугу, б) лепесток, в) группу лепестков. Каждый из этих вспомогательных алгоритмов содержит два параметра, указывающие радиус и направление рисования (по часовой или против часовой стрелки):

- алгоритм Дуга (радиус, направление);
- алгоритм Лепесток (радиус, направление);
- алгоритм Группа (радиус, направление).

Рис. 12.12. Этапы создания сложной графической композиции

Алгоритм Дуга используется в качестве вспомогательного для рисования лепестка. Алгоритм Лепесток используется в качестве вспомогательного для рисования группы лепестков. Алгоритм Группа используется в качестве вспомогательного в основном алгоритме для рисования цветка. В результате сложный алгоритм рисования цветка был составлен из простых циклических алгоритмов рисования его элементов. 

    Вспомогательный алгоритм — алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав его имя и, если имеются, значения параметров.

12.8. Стадии создания алгоритма

Человек легко читает и печатный, и рукописный текст. Однако написать алгоритм этого процесса так, чтобы он стал понятен компьютеру, — чрезвычайно непростая задача. В настоящее время уже разработан алгоритм распознавания компьютером печатного текста. А вот создать алгоритм, в соответствии с которым компьютер мог бы прочесть (распознать) рукописный текст, пока не удается. Компьютер воспринимает такой текст как картинку.

Завязать шнурки на ботинках бантиком умеют многие дети в 6 лет, но описать этот процесс так, чтобы он стал понятен другому человеку или компьютеру, задача не из легких.

Существует определенный алгоритм поведения водителей автомашин на дороге. Этот алгоритм определяется правилами дорожного движения, которые должен знать каждый водитель. Кроме того, шоферы особыми знаками предупреждают друг друга об опасности на дороге или подают сигналы помощи. 

Те же самые люди в другой обстановке будут общаться между собой совершенно по-иному, в соответствии с принятыми для этой обстановки правилами поведения.

Рассмотренные примеры говорят о том, что прежде всего алгоритм должен быть понятен человеку, а если возникает необходимость объяснить этот алгоритм другому человеку или объекту, то следует учитывать их особенности, в том числе среду, язык общения и пр. Специфика среды во многом определяет конкретный язык алгоритма и уровень его детализации.

Разрабатывая алгоритм, вы всегда будете проходить минимум две стадии — сначала алгоритм должен быть понятен тому, кто его разрабатывает, а затем его следует преобразовать с учетом специфики среды.

Таким образом, в общем случае алгоритм претерпевает изменения по стадиям:
♦ первая стадия — алгоритм должен быть представлен в форме, понятной человеку, который его разрабатывает;
♦ вторая стадия — алгоритм должен быть представлен в форме, понятной тому объекту (в том числе и человеку), который будет выполнять описанные в алгоритме действия. В том случае, если эти действия станет выполнять сам разработчик алгоритма, вторая стадия будет отсутствовать.

Поясним стадии создания алгоритма на примере. Предположим, вы с другом хотите в жаркий летний день покататься на велосипедах. Вы должны продумать план подготовки и осуществления задуманного путешествия, то есть его алгоритм:

1. Достать карту местности.
2. Оговорить продолжительность путешествия.
3. Проложить предстоящий маршрут. 

Это первая стадия разработки алгоритма. На этом этапе вы обдумываете план и намечаете для себя промежуточные цели.

В дальнейшем, исследуя карту, вы обнаруживаете, что наиболее привлекательным местом является берег речки, расположенный довольно далеко. Ваша цель меняется. Теперь вы мечтаете совершить путешествие именно к этому месту. Поэтому вы вынуждены откорректировать намеченный план действий:
4. Подготовить перечень необходимых продуктов, которые вы возьмете с собой.
5. Подготовить велосипед к длительному пути — смазать маслом, накачать шины и т. д.
6. Собрать необходимые вещи — купальные принадлежности, удочку и т. д.

Новый план нужно изложить другу достаточно убедительно, чтобы он согласился и принял новую цель. Предположим, он согласился и вы договорились готовиться к путешествию независимо друг от друга. Каждый из вас должен изменить уже имеющийся план в соответствии со своим опытом и умением.

Это вторая стадия разработки алгоритма, когда необходимо ориентироваться на тот объект, который будет этот алгоритм исполнять. На этом этапе выбираются среда и инструменты — объекты, которые могут осуществить ваш план.

Если вы решите обратиться за помощью к взрослым, то должны уметь договариваться с ними и представлять их возможности. А если захотите подготовиться к походу самостоятельно, вам понадобится умение обслуживать и чинить велосипед.

Кто-то обратится к взрослым, которые все сделают за него, другой сам будет готовить велосипед и покупать продукты. Результаты при этом могут оказаться разными.

Например, вы обнаружили, что у вашего велосипеда треснула рама. Вы обращаетесь к родителям с просьбой купить новый велосипед, но это оказывается слишком дорого. Если не удастся найти другой способ подготовить транспорт, то цель окажется недостижимой. Вы предполагаете подкрепиться в походе бутербродами, значит, надо продумать, как их сделать, и купить необходимые продукты.

Рассмотрим другой пример. Вы хотите поздравить друзей с Новым годом. Для этого вы наметили подготовить красочные открытки. На первой стадии вы разрабатываете алгоритм для себя:

1. Придумать сюжет.
2. Нарисовать картинку по сюжету.
3. Написать стихи до сюжету.
4. Подготовить открытки с адресами.
5. На каждую открытку поместить рисунок и текст.

Если вы обладаете воображением, умеете рисовать и писать стихи, а также можете воспользоваться компьютером для создания и тиражирования открыток, то этот алгоритм вам по силам выполнить самостоятельно. В этом случае вам не нужна вторая стадия разработки алгоритма.

Вы также можете найти человека, который способен помочь вам. Тогда необходимо объяснйть помощнику, что надо делать. Таким образом, вы проходите вторую стадию разработки алгоритма, когда он должен быть переориентирован на другого человека. Если вам помогает специалист по изготовлению открыток, владеющий компьютерной технологией, то достаточно перечислить, кому и какие открытки надо сделать, и алгоритм окажется достаточно простым. Если вы имеете дело с новичком, то вам придется достаточно подробно описать алгоритм его действий по созданию поздравительных открыток.

Запомните правила разработки любого алгоритма.

Первая стадия — разработка приближенного алгоритма, ориентированного на создающего его человека:
- определить цель, для достижения которой будет создан алгоритм;
- наметить приблизительный план действий для достижения поставленной цели.

Вторая стадия — детализация алгоритма с учетом специфики среды и других объектов:
- выбрать среду и объекты, посредством которых алгоритм будет реализован;
- детализировать алгоритм с учетом особенностей выбранной среды.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение алгоритма и приведите примеры.
2. Что такое алгоритмизация?
3. Приведите пример математического выражения и составьте алгоритм его вычисления.
4. Поясните на примерах свойства алгоритма.
5. Как вы понимаете свойство конечности алгоритма? Приведите примеры.
6. Как вы понимаете свойство массовости алгоритма? Приведите примеры.
7. Что такое линейный алгоритм? Приведите примеры.
8. Что такое циклический алгоритм? Приведите примеры.
9. Напишите циклический алгоритм и укажите в нем тело цикла.
10. Как происходит окончание циклического алгоритма?
11. Что такое разветвляющийся алгоритм? Приведите примеры.
12. Как в алгоритме записывается условие?
13. Как записывается полная форма разветвляющегося алгоритма? Приведите примеры.
14. Как записывается неполная форма разветвляющегося алгоритма? Приведите примеры.
15. Что такое вспомогательный алгоритм? Приведите примеры.
16. Зачем нужна блок-схема алгоритма?
17. Придумайте пример алгоритма и представьте его в виде блок-схемы.
18. Какие стадии разработки алгоритма вы знаете и в чем их суть?
19. Приведите пример разработки алгоритма по стадиям в виде двух блок-схем.

Тест по теме: “Основные понятия алгоритма”

1. Свойство алгоритма, заключающееся в том, что каждое действие и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения...
а) дискретность;
б) детерминированность;
в) конечность;
г) массовость.

2. Алгоритм называется циклическим:
а) если он начинается с конца;
б) если серия команд повторяется многократно, в зависимости от условия задачи;
в) если в программе упорядочены действия;
г) всё выше перечисленное верно.

3. Свойством алгоритма является:
а) результативность;
б) цикличность;
в) возможность изменения последовательности выполнения команд;
г) возможность выполнения алгоритма в обратном порядке.

4. Алгоритмом является:
а) прайс лист;
б) инструкция по получению денег в банкомате;
в) расписание уроков;
г) список класса.

5. Алгоритм это:
а) правила выполнения определённых действий;
б) ориентированный граф, указывающий порядок выполнения некоторого набора команд;
в) описание последовательности действий, строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов;
г) набор команд ля компьютера.