Алгоритмы и формы их представления. Блок схемы алгоритмов

 

 Содержание 

Введение ……………………………………….2

1. Теоретическая часть ………………………..4

2. Практическая часть ………………………...12

Список использованной литературы…………28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Слово «Алгоритм» происходит от algorithmi - латинского написания имени аль-Хорезми, под которым в средневековой Европе знали величайшего математика из Хорезма (город в современном Узбекистане) Мухаммеда бен Мусу, жившего в 783-850 гг. В своей книге «Об индийском счете» он сформулировал правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действий над ними столбиком. В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных. Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством. Создание алгоритма, пусть даже самого простого, - процесс творческий. Он доступен исключительно живым существам, а долгое время считалось, что только человеку. Другое дело - реализация уже имеющегося алгоритма. Ее можно поручить субъекту или объекту, который не обязан вникать в существо дела, а возможно, и не способен его понять. Такой субъект или объект принято называть формальным исполнителем. Примером формального исполнителя может служить стиральная машина-автомат, которая неукоснительно исполняет предписанные ей действия, даже если вы забыли положить в нее порошок. Человек тоже может выступать в роли формального исполнителя, но в первую очередь формальными исполнителями являются различные автоматические устройства, и компьютер в том числе. Каждый алгоритм создается в расчете на вполне конкретного исполнителя. Те действия, которые может совершать исполнитель, называются его его допустимыми действиями. Совокупность допустимых действий образует систему команд исполнителя. Алгоритм должен содержать только те действия, которые допустимы для данного исполнителя.

Таким образом, целью  курсовой работы является описание существующих алгоритмов сортировки и решение  задачи экономического типа на основе программы  MS Excel.

 Исходя из цели, следует сформулировать задачи, которые предстоит решить для  наиболее полного и качественного  представления информации, необходимой  в достижении поставленной цели  наиболее кратким путем.

Таким образом, задачами курсовой работы являются:

- найти определение  понятию алгоритма сортировки;

- определить основные  параметры оценки алгоритмов  сортировки;

- рассмотреть различные  методы сортировки данных;

- разработать алгоритм  решения экономической задачи, представленной  в практической части работы;

- использовать в работе, в целях более наглядного восприятия, шаблоны 

выходных документов, показав их расположение на рабочем  листе 

табличного процессора;

- представить конечные  выходные документы, созданные  на основе разработанного алгоритма. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.    Теоретическая  часть

Понятие алгоритма

Алгоритм – это точно определенная последовательность действий, которую необходимо выполнить над исходными данными для достижения решения задачи.

Алгоритм обладает рядом  свойств, связанных с необходимостью выполнения определенных требований к процессу вычисления. Это следующие свойства: 1) дискретность; 2) детерминированность; 3) конечность; 4) массовость; 5) результативность.

Дискретность означает, что алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующий в определенном порядке. Детерминированность – любое действие должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае. Конечность – каждое действие и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения. Массовость – один и тот же алгоритм можно использовать с разными  исходными данными. Результативность – отсутствие ошибок, алгоритм должен приводить к правильному результату для всех допустимых входных значений [5].

          Свойства алгоритмов:

· Дискретность (прерывность, раздельность) - алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

· Определенность - каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

· Результативность (конечность) - алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

· Массовость - алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Правила выполнения арифметических операций или геометрических построений представляют собой алгоритмы. При этом остается без ответа вопрос, чем же отличается понятие алгоритма от таких понятий, как «метод», «способ», «правило». Можно даже встретить утверждение, что слова «алгоритм», «способ», «правило» выражают одно и то же ( т.е. являются синонимами ), хотя такое утверждение, очевидно, противоречит “свойствам алгоритма”.

Само выражение «свойства алгоритма» не совсем корректно. Свойствами обладают объективно существующие реальности. Можно говорить, например, о свойствах  какого-либо вещества. Алгоритм – искусственная конструкция, которую мы сооружаем для достижения своих целей. Чтобы алгоритм выполнил свое предназначение, его необходимо строить по определенным правилам. Поэтому нужно говорить все же не о свойствах алгоритма, а о правилах построения алгоритма, или о требованиях, предъявляемых к алгоритму.

Первое правило – при построении алгоритма прежде всего необходимо задать мно-жество объектов, с которыми будет работать алгоритм. Формализованное ( закодирован-ное ) представление этих объектов носит название данных. Алгоритм приступает к работе с некоторым набором данных, которые называются входными, и в результате своей рабо-ты выдает данные, которые называются выходными. Таким образом, алгоритм пре-образует входные данные в выходные.

Это правило позволяет сразу отделить алгоритмы от “методов” и “способов”. Пока мы не имеем формализованных входных данных, мы не можем построить алгоритм.

Второе правило –  для работы алгоритма требуется  память. В памяти размещаются входные  данные, с которыми алгоритм начинает работать, промежуточные данные и выходные данные, которые являются результатом работы алгоритма. Память является дискретной, т.е. состоящей из отдельных ячеек. Поименованная ячейка памяти носит на-звание переменной. В теории алгоритмов размеры памяти не ограничиваются, т. е. счита-ется, что мы можем предоставить алгоритму любой необходимый для работы объем памяти.

Третье правило – дискретность. Алгоритм строится из отдельных шагов (действий, операций, команд). Множество шагов, из которых составлен алгоритм, конечно.

Четвертое правило –  детерменированность. После каждого  шага необходимо указывать, какой шаг  выполняется следующим, либо давать команду остановки.

Пятое правило – сходимость ( результативность ). Алгоритм должен завершать работу после конечного  числа шагов. При этом необходимо указать, что считать результатом  работы алгоритма.

Итак, алгоритм – неопределяемое понятие теории алгоритмов. Алгоритм каждому определенному набору входных данных ставит в соответствие некоторый набор выходных данных, т. е. вычисляет (реализует ) функцию. При рассмотрении конкретных вопросов в теории алгоритмов всегда имеется в виду какая-то конкретная модель алгоритма.

Виды алгоритмов и  их реализация

Алгоритм применительно  к вычислительной машине – точное предписание, т.е. набор операций и  правил их чередования, при помощи которого, начиная с некоторых исходных данных, можно решить любую задачу фиксированного типа.

Виды алгоритмов как  логико-математических средств отражают указанные  компоненты человеческой деятельности и тенденции, а сами алгоритмы в зависимости от цели, начальных условий задачи, путей ее решения, определения действий исполнителя подразделяются следующим образом:

· Механические алгоритмы, или иначе детерминированные, жесткие (например алгоритм работы машины, двигателя и т.п.);

· Гибкие алгоритмы, например стохастические, т.е. вероятностные и эвристические.

Механический алгоритм задает определенные действия, обозначая их в единственной и достоверной последовательности, обеспечивая тем самым однозначный требуемый или искомый результат, если выполняются те условия процесса, задачи, для которых разработан алгоритм.

· Вероятностный (стохастический) алгоритм дает программу решения задачи несколькими путями или способами, приводящими к вероятному достижению результата.

· Эвристический алгоритм  (от греческого слова “эврика”) – это такой алгоритм, в котором достижение конечного результата программы действий однозначно не предопределено, так же как не обозначена вся последовательность действий, не выявлены все действия исполнителя. К эвристическим алгоритмам относят, например, инструкции и предписания. В этих алгоритмах используются универсальные логические процедуры и способы принятия решений, основанные на аналогиях, ассоцияциях и прошлом опыте решения схожих задач.

· Линейный алгоритм – набор команд (указаний), выполняемых последовательно во времени друг за другом.

· Разветвляющийся алгоритм – алгоритм, содержащий хотя бы одно условие, в результате проверки которого ЭВМ обеспечивает переход на один из двух возможных шагов.

· Циклический алгоритм – алгоритм, предусматривающий многократное повторение одного и того же действия (одних и тех же операций) над новыми исходными данными. К циклическим алгоритмам сводится большинство методов вычислений, перебора вариантов.

Цикл программы –  последовательность команд (серия, тело цикла), которая может выполняться  многократно (для новых исходных данных) до удовлетворения некоторого условия.

Вспомогательный (подчиненный) алгоритм (процедура) – алгоритм, ранее  разработанный и целиком используемый при алгоритмизации конкретной задачи. В некоторых случаях при наличии  одинаковых последовательностей указаний (команд) для различных данных с целью сокращения записи также выделяют вспомогательный алгоритм.

Методы изображение  алгоритмов

На практике наиболее распространены следующие формы  представления алгоритмов:

· словесная (записи на естественном языке);

· графическая (изображения из графических символов);

· псевдокоды (полуформализованные  описания алгоритмов на условном алгоритмическом  языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и  фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);

· программная (тексты на языках программирования).

Словесное описание алгоритма

Данный способ получил  значительно меньшее распространение  из-за его многословности и отсутствия наглядности.

Рассмотрим пример на алгоритме нахождение максимального из двух значений:

· Определим форматы  переменных X, Y, M, где X и Y – значения для сравнения, M – переменная для  хранения максимального значения;

· получим два значения чисел X и Y для сравнения;

· сравним X и Y.

· если X меньше Y, значит большее число Y.

· Поместим в переменную M значение Y.

· Если X не меньше (больше) Y, значит большее число X.

· Поместим в переменную M значение X.

Словесный способ не имеет  широкого распространения по следующим  причинам:

· такие описания строго не формализуемы;

· страдают многословностью записей;

· допускают неоднозначность  толкования отдельных предписаний.

Блок-схема алгоритма

А этот способ оказался очень  удобным средством изображения  алгоритмов и получил широкое  распространение в научной и  учебной литературе.

Структурная (блок-, граф-) схема алгоритма – графическое изображение алгоритма в виде схемы связанных между собой с помощью стрелок (линий перехода) блоков – графических символов, каждый из которых соответствует одному шагу алгоритма. Внутри блока дается описание соответствующего действия.

Графическое изображение  алгоритма широко используется перед  программированием задачи вследствие его наглядности, т.к. зрительное восприятие обычно облегчает процесс написания  программы, ее корректировки при  возможных ошибках, осмысливание процесса обработки информации.

Можно встретить даже такое утверждение: «Внешне алгоритм представляет собой схему – набор  прямоугольников и других символов, внутри которых записывается, что  вычисляется, что вводится в машину и что выдается на печать и другие средства отображения информации «. Здесь форма представления алгоритма смешивается с самим алгоритмом.