4354

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА Решение задач с помощью компьютера включает в себя следующие основные этапы, часть из которых осуществляется без участия компьютера.

Русский

2012-11-16

175.69 KB

7 чел.

ËÅÊÖÈÈ

1

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА

Решение задач с помощью компьютера включает в себя следующие основные этапы, часть из

которых осуществляется без участия компьютера.

1. Постановка задачи:

сбоp инфоpмации о задаче;

фоpмулиpовка условия задачи;

опpеделение конечных целей pешения задачи;

определение формы выдачи результатов;

описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т.п. ).

2. Анализ и исследование задачи, модели:

анализ существующих аналогов;

анализ технических и программных средств;

разработка математической модели;

разработка структур данных.

3. Разработка алгоритма:

выбор метода проектирования алгоритма;

выбор формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.);

выбоp тестов и метода тестиpования;

проектирование алгоритма.

4. Пpогpаммиpование:

выбор языка программирования;

уточнение способов организации данных;

запись алгоpитма на выбpанном языке пpогpаммиpования.

5. Тестиpование и отладка:

синтаксическая отладка;

отладка семантики и логической стpуктуpы;

тестовые pасчеты и анализ pезультатов тестиpования;

совершенствование пpогpаммы.

6. Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2 - 5.

7. Сопровождение программы:

доработка программы для решения конкретных задач;

составление документации к pешенной задаче, к математической модели, к алгоpитму, к пpогpамме, к набору тестов, к использованию.

Математическая модель

Обычно точное решение реальной задачи вообще невозможно. Поэтому, чтобы описать явление, необходимо выявить самые существенные его свойства, закономерности, внутренние связи,

роль отдельных характеристик явления. Выделив наиболее важные факторы, можно пренебречь

менее существенными.

Математическая модель — это система математических соотношений — формул, уравнений, неравенств и т.д., отражающих существенные свойства объекта или явления.

Создавая математическую модель для решения задачи, нужно:

выделить предположения, на которых будет основываться математическая модель;

определить, что считать исходными данными и результатами;

записать математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными.

Отладка и тестирование программы

Отладка программы — это процесс поиска и устранения ошибок в программе, производимый по результатам её прогона на компьютере.

Тестирование — это испытание, проверка правильности работы программы в целом, либо

её составных частей. Отладка и тестирование (англ. test — испытание) — это два четко различимых и непохожих друг на друга этапа:


ËÅÊÖÈÈ

2

При отладке происходит локализация и устранение синтаксических ошибок и явных ошибок

кодирования; в процессе же тестирования проверяется работоспособность программы, не содержащей явных ошибок. Т.е. тестирование устанавливает факт наличия ошибок, а отладка выясняет

ее причину.

В современных программных системах (Turbo Pascal, Turbo C и др.) отладка осуществляется

с использованием специальных программных средств, называемых отладчиками, позволяющими

исследовать внутреннее поведение программы.

Программа-отладчик обычно обеспечивает следующие возможности:

пошаговое исполнение программы с остановкой после каждой команды (оператора);

просмотр текущего значения любой переменной или нахождение значения любого выражения, в том числе, с использованием стандартных функций; при необходимости

можно установить новое значение переменной;

установку в программе "контрольных точек", т.е. точек, в которых программа временно

прекращает свое выполнение, так что можно оценить промежуточные результаты, и др.

При отладке программ важно помнить следующее:

в начале процесса отладки надо использовать простые тестовые данные;

возникающие затруднения следует четко разделять и устранять строго поочередно;

не нужно считать причиной ошибок машину, так как современные машины и трансляторы обладают чрезвычайно высокой надежностью.

Тестом можно назвать совокупность исходных данных для тестирования и точное описание

всех результатов, которые должна выработать программа на этих данных, в том виде, в котором

их должна выдать программа.

Как бы ни была тщательно отлажена программа, решающим этапом, устанавливающим ее

пригодность для работы, является контроль программы по результатам ее выполнения на системе

тестов.

Программу условно можно считать правильной, если её запуск для выбранной системы тестовых исходных данных во всех случаях дает правильные результаты. Но, как справедливо указывал известный теоретик программирования Э. Дейкстра, тестирование может показать лишь наличие ошибок, но не их отсутствие.

Процесс тестирования можно разделить на три этапа:

1. Проверка в нормальных условиях. Предполагает тестирование на основе данных, которые характерны для реальных условий функционирования программы.

2. Проверка в экстремальных условиях. Тестовые данные включают граничные значения

области изменения входных переменных, которые должны восприниматься программой

как правильные данные. Типичными примерами таких значений являются очень маленькие или очень большие числа и отсутствие данных. Еще один тип экстремальных

условий — это граничные объемы данных, когда массивы состоят из слишком малого

или слишком большого числа элементов.

3. Проверка в исключительных ситуациях. Проводится с использованием данных, значения которых лежат за пределами допустимой области изменений. Известно, что все программы разрабатываются в расчете на обработку какого-то ограниченного набора данных.

Поэтому важно получить ответ на следующие вопросы:

Что произойдет, если программе, не рассчитанной на обработку отрицательных и нулевых значений переменных, в результате какой-либо ошибки придется иметь дело как раз

с такими данными?

Как будет вести себя программа, работающая с массивами, если количество их элементов певысит величину, указанную в объявлении массива?

Что произойдет, если числа будут слишком малыми или слишком большими?

Наихудшая ситуация складывается тогда, когда программа воспринимает неверные данные

как правильные и выдает неверный, но правдоподобный результат. Программа должна сама отвергать любые данные, которые она не в состоянии обрабатывать правильно.

Для реализации метода тестов должны быть изготовлены или заранее известны эталонные

результаты. Вычислять эталонные результаты нужно обязательно до, а не после получения ма-


ËÅÊÖÈÈ

3

шинных результатов. В противном случае имеется опасность невольной подгонки вычисляемых

значений под желаемые, полученные ранее на машине.

Тестовые данные должны обеспечить проверку всех возможных условий возникновения

ошибок:

должна быть испытана каждая ветвь алгоритма;

очередной тестовый прогон должен контролировать нечто такое, что еще не было проверено на предыдущих прогонах;

первый тест должен быть максимально прост, чтобы проверить, работает ли программа

вообще;

арифметические операции в тестах должны предельно упрощаться для уменьшения объема вычислений;

количества элементов последовательностей, точность для итерационных вычислений,

количество проходов цикла в тестовых примерах должны задаваться из соображений

сокращения объема вычислений;

минимизация вычислений не должна снижать надежности контроля;

тестирование должно быть целенаправленным и систематизированным, так как случайный выбор исходных данных привел бы к трудностям в определении ручным способом

ожидаемых результатов; кроме того, при случайном выборе тестовых данных могут оказаться непроверенными многие ситуации;

усложнение тестовых данных должно происходить постепенно.

Пример. Система тестов для задачи нахождения корней квадратного уравнения ax2 + bx + c = 0

Номер

теста

1

2

3

4

5

6

7

Проверяемый

случай

d>0

d=0

d<0

a = 0, b = 0, c = 0

a = 0, b = 0, c 0

a = 0, b 0

a 0, b 0, c = 0

Коэффициенты

a

b

c

1

1

-2

1

2

1

2

1

2

0

0

0

0

0

2

0

2

1

2

1

0

Результаты

x1 = 1, x2 = -2

Корни равны: x1 = -1, x2 = -1

Действительных корней нет

Все коэффициенты равны нулю. x — любое число

Неправильное уравнение

Линейное уравнение; один корень: x = -0.5

x1 = 0, x2 = -0.5

Характерные ошибки программирования

Вид ошибки

Неправильная постановка задачи

Неверный алгоритм

Пример

Правильное решение неверно сформулированной задачи

Выбор алгоритма, приводящего к неточному или эффективному решению задачи

Ошибка анализа

Неполный учет ситуаций, которые могут возникнуть; логические ошибки

Семантические ошибки

Непонимание порядка выполнения оператора

Синтаксические ошибки

Нарушение правил, определяемых языком программирования

Ошибки при выполнении опера- Слишком большое число, деление на ноль, извлечение квадратного

ций

корня из отрицательного числа и т. п.

Ошибки в данных

Неудачное определение возможного диапазона изменения данных

Опечатки

Перепутаны близкие по написанию символы, например, цифра 1 и буквы I, l

Ошибки ввода-вывода

Неверное считывание входных данных, неверное задание форматов

данных

Примеры синтаксических ошибок: пропуск знака пунктуации; несогласованность скобок;

неправильное формирование оператора; неверное образование имен переменных; неверное написание служебных слов; отсутствие условий окончания цикла; отсутствие описания массива и т.п.

Отсутствие сообщений машины о синтаксических ошибках является необходимым , но не

достаточным условием, чтобы считать программу правильной.


ËÅÊÖÈÈ

4

Ошибки не обнаруживаемые транслятором

Существует множество ошибок, которые транслятор выявить не в состоянии, если используемые в программе операторы сформированы верно. Эти ошибки обнаруживаются с помощью

тестирования.

Примеры таких ошибок.

Логические ошибки:

неверное указание ветви алгоритма после проверки некоторого условия;

неполный учет возможных условий;

пропуск в программе одного или более блоков алгоритма.

Ошибки в циклах:

неправильное указание начала цикла;

неправильное указание условий окончания цикла;

неправильное указание числа повторений цикла;

бесконечный цикл.

Ошибки ввода-вывода; ошибки при работе с данными:

неправильное задание тип данных;

организация считывания меньшего или большего объёма данных, чем требуется;

неправильное редактирование данных.

Ошибки в использовании переменных:

использование переменных без указания их начальных значений;

ошибочное указание одной переменной вместо другой.

Ошибки при работе с массивами:

массивы предварительно не обнулены;

массивы неправильно описаны;

индексы следуют в неправильном порядке.

Ошибки арифметических операций:

неверное указание типа переменной (например, целочисленного вместо вещественного);

неверное определение порядка действий;

деление на нуль;

извлечение квадратного корня из отрицательного числа;

потеря значащих разрядов числа.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84457. Зміна прикметників за зразком «один-багато» 147.5 KB
  Мета: активізувати знання учнів про прикметник. Формувати поняття про прикметник на основі істотних ознак (питання, значення, роль у реченні). Розвивати фонематичний слух, орфографічну грамотність. Виховувати любов до рідного краю, спадщини предків, пошани до народних традицій.
84458. Перевірка мовних знань і вмінь з теми «Іменник» 71 KB
  Послухайте вірш і зловіть зимові іменники хлопками. Чим цікаві виписані іменники повязані з зимовою порою Як вони називаються близькі за значенням 2 вручення сніжинки з буквою о Наступне завдання яке пропонує сніговичок це Робота в групах Гра Проціди крізь сито Розписати слова у 3 колонки.
84459. Закріплення знань про слова, які вказують на предмети 47 KB
  Мета. Закріпити знання учнів про слова, які означають назву предмета. Вчити розпізнавати іменники в тексті, будувати з ними речення. Формувати навички правильного написання словникових слів. Розвивати логічне мислення, творчу уяву, самостійність під час сприймання матеріалу.
84460. Поняття про фразеологізми та їх лексичне значення 55.5 KB
  Мета: дати учням загальні відомості про фразеологізми; вчити пояснювати значення фразеологізмів правильно використовувати їх у мовленні; ознайомити із фразеологічним словником української мови; розвивати культуру мовлення образне мислення; виховувати бажання здобути знання.
84461. Апостроф. Литовська народна казка «Чому кіт умивається після сніданку?» 840 KB
  Мета: вчити дітей правильно вимовляти та писати слова з апострофом; формувати вміння ставити апостроф у словах; розвивати зв;язне мовлення навички свідомого виразного читання вміння спостерігати порівнювати; поповнювати словниковий запас; прищеплювати інтерес до усної народної творчості...
84463. Закріплення знань про головні та другорядні члени речення. Встановлення зв’язку слів у реченнях 52.5 KB
  Мета: закріпити знання учнів про члени речення; формувати вміння визначати в реченнях головні й другорядні члени речення встановлювати звязок слів у реченні за допомогою питань; розвивати звязне мовлення; виховувати любов до природи.
84464. Встановлення зв’язку іменника з прикметником 44 KB
  Мета: формувати в учнів ключові компетентності, а саме: вміння вчитися – самоорганізовуватися до навчальної діяльності у взаємодії, планувати свої дії, доводити роботу до кінця; загальнокультурну компетентність – дотримуватися норм мовленнєвої культури, зв’язно висловлюватися в контексті змісту...
84465. Синоніми – слова, близькі за значенням 45 KB
  Мета. Виробляти вміння добирати синоніми використовувати їх у мовленні. А називають ці слова синоніми. Синоніми допоможуть зробити нашу мову виразнішою багатшою точнішою і краще допоможуть висловлювати свою думку уникати частого повторення одних і тих самих слів.