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

48 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

65479. ДВОСМУЖКОВА ЛІНІЯ МІЛІМЕТРОВОГО ТА СУБМІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНІВ 5.73 MB
  Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому що вперше: Розроблено числову математичну модель багатозв’язних планарних хвилевідних структур яка дозволяє проводити їх повний електродинамічний аналіз з урахуванням втрат та дисперсії.
65480. ПІДВИЩЕННЯ ЕКОБЕЗПЕКИ ПОРУШЕНИХ ГІРНИЧИМИ РОБОТАМИ ТЕРИТОРІЙ ЗА РАХУНОК ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОГО ПРИСКОРЕНОГО ФОРМУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ 259 KB
  Сучасні щорічні об’єми проведення рекультивації у Кривбасі складають менше 1 від кількості порушених гірничими роботами земель. Окрім того технології рекультивації не завжди успішні оскільки розраховані на відновлення порушених земель горизонтальних родовищ корисних копалин.
65481. ТЕАТРАЛЬНІСТЬ ЯК ТВОРЧИЙ ПРИНЦИП МУЗИЧНО-ВИКОНАВСЬКОГО МИСТЕЦТВА (НА ПРИКЛАДІ ФОРТЕПІАННОГО ВИКОНАВСТВА) 146.5 KB
  Якщо в таких галузях як літературознавство теорія театру та образотворчих мистецтв поняття театральність і пов’язане з ним коло проблем осмислене достатньо глибоко і ґрунтовно розглянуто в ряді спеціальних досліджень в теорії музичного виконавства досі бракує...
65482. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОРНОГО АГРЕГАТУ ПРИ НЕСТІЙКОМУ РУСІ 201.5 KB
  При цьому недостатньо приділяється уваги дослідженням орного агрегату як механічної системи а динамічна взаємодія трактора та начіпногоплуга суттєво впливає на ефективність агрегату і позначається на якісних показниках обробітку ґрунту.
65483. ФОРМУВАННЯ ДЕРЖАВНОЇ ПОЛІТИКИ ІНВЕСТИЦІЙНОГО РОЗВИТКУ РЕГІОНУ 255.5 KB
  Важливою передумовою стійкого економічного зростання в Україні є активізація інвестиційної діяльності. Сучасний стан розвитку економіки характеризується певним пожвавленням інвестиційного процесу та зростанням валового внутрішнього продукту країни.
65484. ФОРМУВАННЯ ФІНАНСОВОГО МЕХАНІЗМУ ДІЯЛЬНОСТІ СТРАХОВОЇ КОМПАНІЇ 356 KB
  Збалансований і налагоджений фінансовий механізм дозволяє формувати і використовувати активи страхової компанії з метою забезпечення максимального рівня її платоспроможності. Однак аналіз наукових праць свідчить що питання формування фінансового механізму...
65485. ФІНАНСОВА ПОЛІТИКА РОЗВИТКУ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА УКРАЇНИ: ТЕОРІЯ, МЕТОДОЛОГІЯ, ПРАКТИКА 432 KB
  Фінансова політика держави у сучасних умовах ринкових перетворень виступає визначальною для розвитку національної економіки. Ускладнення процесів економічних трансформацій, посилення їх динамізму, фінансова криза та її негативні наслідки виявили...
65486. БЕЛЬГІЯ ТА КОЛОНІАЛЬНИЙ ПОДІЛ АФРИКИ 172 KB
  ХХ століття стало свідком краху колоніальних імперій, проте інтерес дослідників до різних аспектів історії колоніальної політики не слабшає. У сучасному світі в істориків з'являються все нові можливості для вивчення історичних явищ і розширення проблематики своїх досліджень...
65487. Метод розрахунку довговічності елементів авіаційних конструкцій, навантажених розтягом-стиском та згином 3.54 MB
  Метод розрахунку довговічності конструкцій за номінальними напруженнями ґрунтується на використанні понять ефективного коефіцієнта концентрації напружень і коефіцієнта якості конструкції. Такий підхід дозволяє на етапі проектування уникнути значної частини тривалих і коштовних втомних...