Способы записи алгоритмов
Содержание
Для записи алгоритмов (см. статью “Алгоритм”) существуют различные формы записи: словесная, блок-схема, программа на каком-либо алгоритмическом языке, нормальный алгоритм Маркова, машина Тьюринга, машина Поста и др. Такое многообразие форм записи алгоритмов обусловлено разными целями работы с алгоритмами. Математики, доказывая правильность алгоритма, естественно, будут работать с формальным представлением алгоритма, например, в виде нормального алгоритма Маркова. Учитель, объясняя сложный алгоритм в школе, может для наглядности использовать запись в виде блок-схемы. Опытные программисты запишут алгоритм в виде программы. При изучении в школе темы “Алгоритмизация и программирование” основными являются следующие способы представления алгоритмов: запись алгоритмов в виде текстовых описаний, блок-схемы и запись в виде программы для того или иного исполнителя (см. “Исполнители алгоритмов”).
Здесь нельзя не упомянуть и учебный Алгоритмический язык, введенный в школьную информатику Ершовым, затем используемый в учебниках А.Г. Кушниренко, А.Г. Гейна, И.Г. Семакина. Учебный Алгоритмический язык — это русскоязычный структурный псевдокод. Педагогический опыт показывает эффективность на начальных этапах обучения программированию “трехступенчатой” методики разработки программ: блок-схема — Алгоритмический язык — язык программирования (лучше всего — Паскаль, поскольку АЯ — паскалеобразен).
Текстовые описания
Текстовая (словесно-формульная) форма записи алгоритмов обычно используется для алгоритмов, ориентированных на исполнителя-человека. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке, возможно, с использованием формул. Описание может быть разбито на пункты (шаги алгоритма). Команды такого алгоритма выполняются в естественной последовательности, если не оговорено противного. Словесный способ записи алгоритмов допускает неоднозначность толкования отдельных предписаний, особенно если система команд исполнителя того или иного алгоритма (конкретного человека) четко не фиксирована.
Такой способ широко распространен при описании решения математических, химических, физических и бытовых задач, в том числе в соответствующих школьных учебниках. В решении этих задач практически отсутствуют циклические алгоритмические конструкции (см. “Алгоритмические конструкции”). Алгоритмическая конструкция ветвление записывается либо с помощью одного предложения: “Если дискриминант меньше нуля, то у уравнения нет решения, в противном случае …”, либо с помощью указания, какой из пунктов алгоритма нужно выполнять в том или ином случае: “Если при звонке по телефону гудки короткие, то п. 4, а если длинные, то п. 6”.
Блок-схемы
Блок-схемы алгоритмов — это графическое описание алгоритмов как последовательности действий. Описание алгоритма с помощью блок-схем осуществляется рисованием последовательности функциональных блоков, каждый из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками. Написание алгоритмов с помощью блок-схем регламентируется ГОСТом. Внешний вид основных блоков, применяемых при написании блок-схем, приведен на рисунке:
В схеме алгоритма каждому типу действий соответствует геометрическая фигура. Фигуры соединяются линиями переходов, определяющими очередность выполнения действий. В блок-схемах всегда есть начало и конец, обозначаемые эллипсами, между ними — последовательность шагов алгоритма, соединенных стрелками. Шаги бывают безусловными (изображаются прямоугольниками, параллелограммами) и условными (изображаются ромбами). Из ромба всегда выходят две стрелки — одна означает дальнейший путь, в случае выполнения условия (обозначается обычно словом “да” или “+”), другая — невыполнение (слово “нет” или “–”). Ввод с клавиатуры или вывод на экран значения выражения изображается параллелограммом. Команда, выполняющая обработку действий (обычно команда присваивания), изображается в прямоугольнике.
Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным. Однако сохраняет и некоторые недостатки. С помощью блок-схем можно записывать в том числе и неформальные (например, бытовые) алгоритмы, содержание функциональных блоков при этом остается относительно произвольным. Отсутствие явных ограничений на правила перехода в блок-схемах приводит к тому, что в них не всегда можно явно выделить базовые алгоритмические конструкции, т.е. алгоритм, записанный таким образом, может не соответствовать требованиям структурного программирования. Наконец, обозримыми являются блок-схемы только для небольших алгоритмов. При составлении блок-схем надо внимательно следить за структурностью алгоритма, т.е. блок-схема произвольного алгоритма должна быть композицией схем основных алгоритмических конструкций, в противном случае программирование подобного алгоритма будет затруднено.
Программы
При записи алгоритма как в словесной форме, так и в виде блок-схем допускается определенный произвол при изображении команд. Вместе с тем такая запись точна настолько, что позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм. Однако на практике в качестве исполнителей алгоритмов используются специальные автоматы, в частности, компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для того или иного исполнителя, должен быть записан на “понятном” ему языке, c использованием только СКИ (см. статью “Исполнитель алгоритмов”). И здесь на первый план выдвигается необходимость точной записи команд, не оставляющей места для произвольного толкования их исполнителем. Следовательно, язык для записи алгоритмов должен быть формализован. Такой язык для компьютера-исполнителя принято называть языком программирования (см. статью “Языки программирования”), а запись алгоритма на этом языке — программой для компьютера.
Программами являются и запись нормальных алгоритмов Маркова, и машина Тьюринга для решения конкретной задачи (см. статью “Теория алгоритмов”).
Методические рекомендации
На разных ступенях школьного образования используются различные способы записи алгоритмов. В начальной школе это в первую очередь словесная форма записи, реже — блок-схемы. При работе с учебными исполнителями, например, входящими в комплект “Роботландии”, алгоритмы записываются на языке соответствующего исполнителя, что является очень важным шагом к осмыслению понятия формализации алгоритмов.
В базовом курсе информатики алгоритмы записывают с помощью блок-схем, на школьном алгоритмическом языке или языке программирования высокого уровня. В школьном курсе информатики наиболее часто используют такие языки, как Pascal и Basic.
В профильной школе возможен переход к профессиональным версиям языков программирования, например, Delphi или Visual Basic. Однако неоправданным является построение сквозного курса информатики, в котором акцент делается на изучение именно языков программирования, например, сначала изучается Basic, потом Pascal, а потом С. Если на освоение программирования можно выделить достаточное число часов, то правильнее отвести их на изучение различных алгоритмов, в том числе выходящих за рамки базового курса информатики, а также на знакомство с современными технологиями и парадигмами программирования (см. “Разработка программ”, “Объектно-ориентированное программирование”).
