2803

Основные этапы решения задач на ЭВМ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Основные этапы решения задач на ЭВМ 1. Математическая формулировка задачи (формализация условий задачи). Любая задача подразумевает наличие входных данных, которые в процессе её решения преобразуются в выходные данные. На этапе формализации...

Русский

2012-10-19

45.5 KB

49 чел.

Лекция 1

Основные этапы решения задач на ЭВМ

1.Математическая формулировка задачи (формализация условий задачи).

Любая задача подразумевает наличие входных данных, которые в процессе её решения преобразуются в выходные данные. На этапе формализации задачи чётко зафиксирован характер, тип входных и выходных данных и установлено соответствие между ними, заданное посредством математических зависимостей.

2. Выбор численного метода решения задач данного класса.

После математической постановки задачи необходимо найти или заново разработать метод решения задач данного класса, то есть способ получения результата из исходных данных.

3. Разработка алгоритма решения задач данного класса (алгоритмизация), то есть запись методики решения задачи выбранным методом.

Алгоритм – однозначно определённая конечная последовательность правил, задающих процесс преобразования входных данных в выходные после конечного числа шагов.

Для алгоритма должны быть характерны следующие свойства:

  •  массовость – алгоритм должен быть применим не только для решения конкретной задачи, а для решения всех задач такого типа для всех допустимых значений входных данных;
  •  дискретность – процесс получения результата должен разделяться на элементарные действия из ограниченного набора;
  •  результативность – свойство алгоритма, которое должно приводить к получению результата за конечное время;
  •  определённость – ориентированность алгоритма на определённого исполнителя, который должен однозначно понимать все инструкции, входящие в алгоритм.

Существует много способов документирования алгоритмов, но все они должны содержать средства для отображения:

  •  начала и конца схемы;
  •  данных и результатов;
  •  шагов преобразования данных;
  •  указания о последовательности выполнения этих шагов.

Доказано, что для представления любого алгоритма достаточно набора из 2-х базовых элементов, называемых структурами управления. Это «следование» и «ветвление». Часто в качестве альтернативного выбора используются «обход» и «циклическое исполнение» в двух разновидностях: «цикл ДО» и «цикл ПОКА». Блок-схемы структур управления приведены на рисунке 1.

Таким образом, любой алгоритм можно представить в виде комбинаций этих четырех базовых структур управления и блоков вода и вывода.

4. Программирование разработанного алгоритма, то есть запись конкретного алгоритма на языке конкретной ЭВМ.

Алгоритм может быть сформулирован с использованием достаточно ёмких понятий и инструкций, в том числе и таких, которые определяет, придумывает сам разработчик алгоритма. С другой стороны, любой конкретный исполнитель алгоритма всегда «знает» только некий ограниченный набор команд. Для ЭВМ это система команд центрального процессора. Для того, чтобы ЭВМ смогла реализовать алгоритм, он должен быть представлен в памяти ЭВМ в понятном для неё виде – в виде последовательности чисел – кодов команд и данных. Программирование алгоритма – это перевод алгоритма с языка разработчика на язык машины – в последовательность чисел.

Рис. 1

Вплоть до 50-х годов XX века это именно так и было, и программирование сводилось к написанию программ в машинных кодах для каждой ЭВМ, при этом нужно было учитывать её конкретные особенности. Это имело следующие недостатки:

  •  непереносимость программ с одной ЭВМ на другую, даже если она была подобной первой;
  •  выявление ошибок в таких программах было практически невозможным;
  •  по программе практически невозможно было понять структуру алгоритма.

Такое положение вещей привело к созданию специальных языков для общения человека с ЭВМ, так как обычный человеческий язык использовать для этого нецелесообразно из-за очень больших возможностей для создания неоднозначных инструкций, очень большого объёма понятий. Поэтому были созданы специальные символьные языки, которые подразделяются на алгоритмические языки высокого уровня и машинно-ориентированные языки. Одновременно появились специальные программы-трансляторы, которые переводят программу, написанную на языке высокого уровня, в машинные коды.

Для работы с языками высокого уровня существуют специальные программы-компиляторы и программы-интерпретаторы, различающиеся по принципу работы.

Компиляторы – переводят исходную программу в машинные коды конкретной ЭВМ, результат можно запускать на счёт. Обычно компиляторы – это сложные программы, проводящие оптимизацию результирующего кода программы для обеспечения наибольшей эффективности. При этом затраты времени и средств на обработку программы компилятором могут быть значительными, но полученная программа будет максимально эффективной в работе.

Интерпретаторы – выдают программу в некотором промежуточном виде, в более детализированном по сравнению с исходным, но не в машинных кодах. При запуске эта программа сначала обрабатывается программной процедурой интерпретации, на что уходит значительное время, и лишь затем она выполняется в ЭВМ. Это приводит к тому, что процесс счёта прикладной программы замедляется по сравнению с откомпилированной программой. Однако, интерпретаторы проще реализуются программно.

По назначению языки высокого уровня делятся на 3 группы.

1 группа. Проблемно-ориентированные языки – предназначенные для решения частных задач обработки данных из конкретной прикладной области (языки САПР, СУБД, систем искусственного интеллекта).

2 группа. Процедурно-ориентированные языки – предназначенные для обработки данных, имеющих относительно простую структуру и позволяющие представлять алгоритм в виде комбинации таких процедур, как ввод-вывод, вычисление выражений, циклическое исполнение (языки Фортран, Бейсик).

3 группа. Универсальные языки – включают средства обработки данных сложной структуры, символьной информации, средства для создания нестандартных типов данных и инструментов для их обработки (языки C, Pascal, C++).

5. Отладка программы.

На завершающем этапе создания программы проводится её отладка, которая представлена в виде схемы на рисунке 2.

Рис. 2

Основные понятия и программы, используемые в процессе отладки.

Исходный текст – текст программы на языке программирования.

Препроцессор – специальная программа, преобразующая исходный файл имя.cpp в готовый для компиляции файл имя.i, который также является текстовым, но как правило отличается от исходного, обычно не запоминается на диске. Препроцессор подключает к исходной программе внешние файлы, указываемые директивой include, расширяет макроопределения, подставляет вместо константных выражений их значения.

Компилятор – программа, которая осуществляет перевод исходного текста программы в объектный код.

Объектный код – текст программы на машинном языке, который не может выполняться компьютером, содержится в объектном модуле имя.obj.

Компоновщик (linker) – программа, строящая загрузочный модуль из объектных модулей. Эта программа собирает откомпилированный текст программы и функции из стандартных библиотек в одну исполняемую программу имя.exe.

Библиотека – набор функций, предопределённых переменных и констант, которые могут быть использованы в программе и хранятся в откомпилированном виде.

Время компиляции – период, во время которого происходит компиляция программы.

Время выполнения – период, во время которого происходит выполнение программы.

Для облегчения процесса программирования существуют специальные программы-оболочки, создающие необходимую для этих целей среду, в которую входят инструменты написания текста программы, редактирования, компиляции и отладки программы. Мы будем работать в среде Borland C++ 3.1.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26400. Законы биологического развития. Онтогенез и филогенез 21 KB
  Закон взаимосвязи организма и внешней среды закон целостности и неделимости организма: целостность биологических систем поддерживается в процессе развития за счёт интеграции систем закон экономии биоматериала и места основной биогенетический закон Геккель филогенез определяет онтогенез. Филогенез phylon род племя исторический путь развития вида. дифференциации: в процессе развития организма органа ткани или клетки однородные структуры разделяются на обособленные отличающиеся друг от друга части благодаря чему меняются формы...
26401. Застенные железы тонкой кишки 24 KB
  Выводной проток ductus pancreaticus открывается в 12перстную кку: лошадь: объединяется вместе с печёночным протоком в фатеров дивертикул; свинья КРС: расстояние между печёночным и панкреатическим протоками 35 см; собака: может быть несколько добавочных протоков. и вегетативное печёночное нервное сплетение и выходит общий печёночный проток и лимфатические сосуды в воротах лимфоузел. Пузырный проток соединяется с печёночным образуя желчный проток который идёт в 12перстную кишку. Отток лимфы в поясничную истерну грудной лимфатический...
26402. Зев (fauces) 20.5 KB
  Образован мягким нёбом сверху корнем языка снизу и по бокам небноязычными дужками arcus palatoglossus в виде складок слизистой оболочки соединяющих мягкое нёбо с боковыми поверхностями корня языка. В составе кольца язычная миндалина tonsilla lingualis в виде углублений слизистой с лимфатическими фолликулами в корне языка непарная нёбная миндалина tonsilla veli palatini на основании мягкого нёба у лошадей и свиней парные нёбные tonsilla palatina по бокам от нёбноязычных дужек и миндалины евстахиевых труб у их оснований.
26403. Зейгоподий грудной конечности и локтевой сустав 22.5 KB
  Последняя находится в редуцированном состоянии Зейгоподий и стилоподий формируют локтевой сустав art. Иннервация: из плечевого сплетения plexus brachialis которое образовано вентральными ветвями смешанных спинномозговых 5 6 7 8 шейных нервов и первых двух грудных: лучевой поверхностныйкожу и глубокий иннервирует только разгибатели локтевой срединный межкостный.
26404. Зейгоподий тазовой конечности и коленный сустав 22.5 KB
  Они формируют с бедренной костью самый сложный сустав в организме коленный art. Сустав характеризуется большим количеством внутрисуставных связок крестовидные менискоберцовые менискобедренная межменисковая. К этому суставу относится коленная чашка patella которая представляет из себя сесамовидную кость которая развилась в сухожилии четырехглавого мускула бедра.
26405. Зубы — dentes 24.5 KB
  В короткокоронковых зубах обозначают следующие части: а коронку возвышающуюся над десной. Эмаль самая твердая ткань зуба содержит 95 минеральных веществ устойчива к воздействию химических веществ корма и к механическим воздействиям. Под эмалью находится дентин костная ткань зуба с канальцами. Цвет дентина темноватый; б шейка зуба на месте перехода коронки в корень зуба.
26406. Классификация, строение, топография мышц 20.5 KB
  пластинчатые в области туловища шеи прикрепляют грудную конечность к туловищу брюшные стенки; 2. В их составе тонкие и длинные мышечные волокна область туловища и поясов конечностей; 2. В области туловища на поверхности блестящее сухожильное зеркало; 3.
26407. Кожный покров: строение, назначение, классификация производных 20.5 KB
  В общий кожный покров integumentum communis входят кожа cutis и её производные. Эпидермис образует производные кожи является многослойным плоским ороговевающим эпителием выполняет защитную и нейросенсорную функции. Дерма содержит производные эпидермиса выполняет опорную трофическую и иммунологическую функции. Производные кожного покрова: роговые волосы рога мякиши копыто копытце коготь и железистые обычные: потовые сальные; молочные: вымя множественное вымя специфические: пахучие защитные сигнальные параанальные и др.
26408. Концевой мозг (telencephalon) 21.5 KB
  В ней заложены центры НД. Кора гирифицирована и условно делится на доли: затылочные высшие зрительные центры лобные высшие двигательные центры теменные чувствительные центры височные слуховые центры. Под корой белое вещество плаща который образует проводящие пути 3 типов: коммисуральные полушария между собой мозолистое тело ассоциативные центры в 1 полушарии проекционные кора с подкоркой и спинным мозгом.