Учебный алгоритмический язык. Алгоритмические языки и программирование Различия между машинными и алгоритмическими языками

Компьютер может выполнять программу только в том случае, если содержащиеся в ней команды представлены в двоичном машинном коде, т.е. выражены на языке, алфавит которого состоит из логических единиц и нулей. Для первых компьютеров программы составлялись непосредственно в машинных кодах, что требовало высокой квалификации программистов и больших затрат труда, поэтому уже в 40-х годах началась разработка языков программирования, которые по своей лексике были бы максимально приближены к естественному языку человека. Такие языки программирования называются алгоритмическими .

Промежуточным шагом к разработке алгоритмических языков стал язык Ассемблер . В Ассемблере команды представляются не двоичными числами, а в виде сочетаний символов (мнемоническими кодами), по которым можно воспроизвести смысл команды, что значительно устраняет трудности и недостатки программирования на машинном языке. Однако Ассемблеру присущи и недостатки - это машинноориентированный язык, и для каждого компьютера создается свой язык Ассемблера. Программирование на Ассемблере требует от программиста хорошего знания архитектуры (устройства) компьютера и сопряжено со значительными трудозатратами, в то же время именно с помощью Ассемблера можно наилучшим образом использовать в программе ресурсы компьютера (память, быстродействие), поэтому Ассемблер по-прежнему широко распространен среди профессиональных программистов.

Первым алгоритмическим языком стал Fortran , созданный в 1957г. специалистами фирмы IBM под руководством Джона Бекуса. Сейчас существует большое множество алгоритмических языков: Pascal, C, Algol, PL1, Basic, Lisp, Prolog и многие другие.

Алгоритмические языки и ассемблеры относятся к языками символьного кодирования, т.е. к языкам, которые оперируют не машинными кодами, а условными символьными обозначениями, поэтому программы, составленные на этих языках, не могут быть непосредственно выполнены на компьютере. Чтобы такая программа заработала, ее текст нужно преобразовать в машинные коды. Для этого существуют специальные программы-переводчики (трансляторы). Различают 2 вида трансляторов- компилятор и интерпретатор. Компилятор транслирует программу сразу целиком, и лишь после этого возможно ее выполнение. Интерпретатор - это более простой транслятор, он последовательно транслирует операторы программы и так же по частям ее выполняет.

21) Структура программы на языке С/C++.

Программа на языке С++ состоит из функций , описаний и директив препроцессора . Одна из функций должна иметь имя main . Выполнение программы начинается с первого оператора этой функции. Простейшее определение функции имеет следующий формат:

Как правило, функция используется для вычисления какого-либо значения, поэтому перед именем функции указывается его тип. Ниже приведены самые необходимые сведения о функциях:

• если функция не должна возвращать значение, указывается тип void:
• тело функции является блоком и, следовательно, заключается в фигурные скобки;
• функции не могут быть вложенными;
• каждый оператор заканчивается точкой с запятой (кроме составного оператора).

Пример структуры программы, содержащей функции main, fl и f2:

Программа может состоять из нескольких модулей (исходных файлов).

Несколько замечаний о вводе/выводе в C++

В языке С++ нет встроенных средств ввода/вывода - он осуществляется с помощью функций, типов и объектов, содержащихся в стандартных библиотеках. Используется два способа: функции, унаследованные из языка С, и объекты С++.

Основные функции ввода/вывода в стиле С:

int scanf (const char* format, ...) // ввод
int printf(const char* format, ...) // вывод

Они выполняют форматированный ввод и вывод произвольного количества величин в соответствии со строкой формата format. Строка формата содержит символы, которые при выводе копируются в поток (на экран) или запрашиваются из потока (с клавиатуры) при вводе, и спецификации преобразования, начинающиеся со знака %, которые при вводе и выводе заменяются конкретными величинами.

Пример программы, использующей функции ввода/вывода в стиле С:

#include
int main() {
int i;
printf("Введите целое число\п");
scanf("%d", &i);
printf("Вы ввели число %d, спасибо!", i);
return 0;
}

Первая строка этой программы - директива препроцессора, по которой в текст программы вставляется заголовочный файл, содержащий описание использованных в программе функций ввода/вывода (в данном случае угловые скобки являются элементом языка). Все директивы препроцессора начинаются со знака #.

Третья строка - описание переменной целого типа с именем i.

Функция printf в четвертой строке выводит приглашение «Введите целое число» и переходит на новую строку в соответствии с управляющей последовательностью \n. Функция scanf заносит введенное с клавиатуры целое число в переменную i (знак & означает операцию получения адреса), а следующий оператор выводит на экран указанную в нем строку, заменив спецификацию преобразова-
ния на значение этого числа.

А вот как выглядит та же программа с использованием библиотеки классов С++:

#include
int main() {
int i;
cout << "Введите целое число\n "; cin >> i;
cout << "Вы ввели число " << i << ", спасибо!";
return 0;
}

Заголовочный файлсодержит описание набора классов для управления вводом/выводом. В нем определены стандартные объекты-потоки cin для ввода с клавиатуры и cout для вывода на экран, а также операции помещения в поток < < и чтения из потока >>.

22) Алфавит и идентификаторы в языке С/C++.

АЛФАВИТ
прописные и строчные латинские буквы и знак подчеркивания;
арабские цифры от 0 до 9;
пробельные символы: пробел, символы табуляции, символы перехода на но­ вую строку.
специальные знаки:

Из символов алфавита формируются лексемы языка:
идентификаторы;
ключевые (зарезервированные) слова;
знаки операций;
константы;
разделители (скобки, точка, запятая, пробельные символы).

ИДЕНТИФИКАТОРЫ
В идентификаторе могут использоваться латинские буквы, цифры и знак подчеркивания;
Прописные и строчные буквы различаются;
Первым символом идентификатора может быть буква или знак подчеркивания, но не цифра;
Пробелы внутри имен не допускаются;
Длина идентификатора по стандарту не ограничена, но некоторые компиляторы и компоновщики налагают на нее ограничения;
Идентификатор не должен совпадать с ключевыми словами;
Не рекомендуется начинать идентификаторы с символа подчеркивания (могут совпасть с именами системных функций или переменных);
На идентификаторы, используемые для определения внешних переменных;
Есть ограничения компоновщика (использование различных компоновщиков или версий компоновщика накладывает разные требования на имена внешних переменных).

Ключевые слова С++

23) Целые типы данных в языке С/C++.

Целый тип данных предназначен для представления в памяти компьютера обычных целых чисел. Основным и наиболее употребительным целым типом является тип int . Гораздо реже используют его разновидности: short (короткое целое) и long (длинное целое). Также к целым типам относится тип char (символьный). Кроме того, при необходимости можно использовать и тип long long (длинное-предлинное!), который хотя и не определён стандартом, но поддерживается многими компиляторами C++. По-умолчанию все целые типы являются знаковыми , т.е. старший бит в таких числах определяет знак числа: 0 - число положительное, 1 - число отрицательное. Кроме знаковых чисел на C++ можно использовать беззнаковые . В этом случае все разряды участвуют в формировании целого числа. При описании беззнаковыхцелыхпеременных добавляется слово unsigned (без знака).

Сводная таблица знаковых целых типов данных:

Сводная таблица беззнаковых целых типов данных:

Запоминать предельные значения, особенно для 4-х или 8-ми байтовых целых, вряд ли стоит, достаточно знать хотя бы какого порядка могут быть эти значения, например, тип int - приблизительно 2·10 9 .

На практике рекомендуется везде использовать основной целый тип, т.е. int . Дело в том, что данные основного целого типа практически всегда обрабатываются быстрее, чем данные других целых типов. Короткие типы (char , short ) подойдут для хранения больших массивов чисел с целью экономии памяти при условии, что значения элементов не выходят за предельные для этих типов. Длинные типы необходимы в ситуации, когда не достаточно типа int .

24) Вещественные типы данных в языке С/C++.

Особенностью вещественных (действительных) чисел является то, что в памяти компьютера они практически всегда хранятся приближенно, а при выполнении арифметических операций над такими данными накапливается вычислительная погрешность.

Имеется три вещественных типа данных: float , double и long double . Основным считается тип double . Так, все математические функции по-умолчанию работают именно с типом double . В таблице ниже приведены основные характеристики вещественных типов:

Тип long double в настоящее время, как правило, совпадает с типом double и на практике обычно не применяется. При использовании старых 16-ти разрядных компиляторов данные типа long double имеют размер 10 байт и обеспечивают точность до 19 десятичных цифр.

Рекомендуется везде использовать только тип double . Работа с ним всегда ведётся быстрее, меньше вероятность заметной потери точности при большом количестве вычислений. Тип float может пригодиться только для хранения больших массивов при условии, что для решения поставленной задачи будет достаточно этого типа.

25) Символьный тип данных в языке С/C++.

В стандарте C++ нет типа данных, который можно было бы считать действительно символьным. Для представления символьной информации есть два типа данных, пригодных для этой цели, - это типы char и wchar_t , хотя оба эти типа по сути своей вообще-то являются целыми типами. Например, можно взять символ "A" и поделить его на число 2. Кстати, а что получится? Подсказка: символ пробела. Для «нормальных» символьных типов, например, в Паскале или C#, арифметические операции для символов запрещены.

Тип char используется для представления символов в соответствии с системой кодировки ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код обмена информации). Это семибитный код, его достаточно для кодировки 128 различных символов с кодами от 0 до 127. Символы с кодами от 128 до 255 используются для кодирования национальных шрифтов, символов псевдографики и др.

Тип wchar_t предназначен для работы с набором символов, для кодировки которых недостаточно 1 байта, например, Unicode. Размер типа wchar_t обычно равен 2 байтам. Если в программе необходимо использовать строковые константы типа wchar_t , то их записывают с префиксом L , например, L"Слово".

26) Оператор присваивания и пустой оператор в языке С/C++

Оператор присваивания - это самый употребительный оператор. Его назначение - присвоить новое значение какой-либо переменной. В C++ имеется три формы этого оператора.

1)Простой оператор присваивания записывается так:

переменная = выражение;

Данный оператор работает следующим образом: вначале вычисляется выражение, записанное справа от символа операции = (равно), затем полученный результат присваивается переменной, стоящей слева от знака = . Тип результата должен совпадать с типом переменной, записанной слева, или быть к нему приводимым.

Слева от знака = может быть только переменная, справа же можно записать и константу, и переменную и вообще выражение любой сложности.

Пример операторов

y=x+3*r;

s=sin(x);

2)Множественное присваивание - в таком операторе последовательно справа налево нескольким переменным присваивается одно и то же значение, например:

a=b=c=1;

Так можно сразу определить, к примеру, что в равностороннем треугольнике все стороны равны одному и тому же числу 1. Приведенный выше оператор эквивалентен последовательному выполнению трёх операторов:

Естественно, нам проще записать один оператор, а не три. Программа получается короче, более естественно смотрится текст, и работает такая конструкция немного быстрее.

3)Присваивание с одновременным выполнением какой-либо операции в общем виде записывается так:

переменная знак_операции = выражение;

и равносильно записи

переменная = переменная знак_операции выражение ;

Например, оператор:

s += 5; // 1-й вариант

делает то же самое, что и оператор

s = s + 5; // 2-й вариант

а именно: взять старое значение из переменной s , прибавить к нему число 5 и полученное значение снова записать в переменную s .

Как видим, запись 1-го варианта короче записи 2-го варианта, да и выполняется быстрее, так как в 1-м варианте адрес переменной s вычисляется 1 раз, а во 2-м варианте - дважды.

Пустой оператор

Пустой оператор - это оператор, который ничего не выполняет. Зачем нужен «бесполезный» оператор?

Пустой оператор используется в тех случаях, когда по синтаксису языка требуется записать какой-либо оператор, а по логике программы мы не собираемся что-либо делать. Так, пустой оператор может потребоваться в операторе ветвления, когда по какой-либо ветви ничего не требуется выполнять, так же для того, чтобы определить метку для перехода в тексте программы, а иногда - для пустого тела цикла.

Пустой оператор - это одиночный символ ; (точка с запятой), например:

c=a+b; ;

Здесь первый символ ; (точка с запятой) завершает оператор присваивания, а второй символ как раз и даёт нам пустой оператор. В данной ситуации пустой оператор совсем не нужен (но и не является синтаксической ошибкой!), приведен только для пояснения. Более «разумные» примеры использования пустого оператора будут приведены позже в соответствующих темах.

27) Арифметические операции в языке С/C++.

Это наиболее часто используемые операции. Их смысл близок к тому, каким он известен из курса математики. Итак, перечислим их:

Приоритет операций сложения и вычитания ниже, чем умножения, деления и вычисления остатка. Для изменения порядка вычисления используют круглые скобки, например для умножения на 2 суммы двух чисел A и B можно написать:

Далее. Как видно из полученных результатов, в C++ один знак / означает две разные операции. Если один или оба операнда - вещественные, то выполняется обычное деление, если оба операнда - целые, то выполняется деление нацело и результат будет целого типа. Использование этой операции требует повышенной внимательности, например, если запрограммировать вычисление математического выражения

буквально, т.е. так:

1/3*sin(2*X)

то результат вне зависимости от значения X всегда будет равен нулю, так как выражение 1/3 означает деление нацело. Для решения проблемы достаточно один из операндов сделать вещественным

1.0/3*sin(2*X)

Операция вычисления остатка (% ) применима только для целочисленных операндов.

Смена знака . Унарная операция «- » означает смену знака. Как видно из общей таблицы всех операций, она имеет очень высокий приоритет - выше, чем, к примеру, у операции умножение. Поэтому в выражении

вначале выполняется смена знака для A , а затем умножение -A на B .

Для парности имеется и операция унарный плюс , т.е. можно написать

Для каких целей это использовать? Сложно сказать. Но такая возможность есть.

Более интересны, и главное, очень употребительны операции автоувеличения и автоуменьшения.

Часть алгоритма от слова алг до слова нач называется заголовком, а часть, заключенная между словами нач и кон - телом алгоритма.

В предложении алг после названия алгоритма в круглых скобках указываются характеристики (арг, рез) и тип значений (цел, вещ, сим, лит, лог) для всех входных (аргументы) и выходных (результаты) переменных.

При описании массивов (таблиц) используется служебное слово таб , дополненное граничными парами по каждому индексу элементов массива.

Примеры предложений алг :

алг Объем и площадь цилиндра (арг вещ R, H, рез вещ V, S)

алг Корни КвУр(арг вещ а, b, c, рез вещ x1, x2, рез лит t)

алг Исключить элемент(арг цел N, арг рез вещ таб А)

алг Диагональ(арг цел N, арг цел таб A, рез лит Otvet)

Предложениясо словамидано и надо не обязательны. В них рекомендуется записывать утверждения, описывающие состояние среды исполнителя алгоритма, например:

Алг Замена (арг лит Str1, Str2, арг рез лит Text)дано | длины подстрок Str1 и Str2 совпадаютнадо | всюду в строке Text подстрока Str1 заменена на Str2

Алг Число максимумов (арг цел N, арг вещ таб A, рез цел K)дано | N>0надо | К - число максимальных элементов в таблице А

Алг Сопротивление (арг вещ R1, R2, арг цел N, рез вещ R)дано | N>5, R1>0, R2>0надо | R - сопротивление схемы

Здесь в предложениях дано и надо после знака "|" записаны комментарии. Комментарии можно помещать в конце любой строки. Они не обрабатываются транслятором компьютера, но существенно облегчают понимание алгоритма.

Команды школьного языка программирования АЯ

Оператор присваивания . Служит для вычисления выражений и присваивания их значений переменным. Общий вид оператора: А:= В, где знак ":=" означает операцию присвоения, т.е. команду заменить прежнее значение переменной А, стоящей в левой части, на вычисленное значение выражения В, стоящего в правой части.

Например, a:=(b+c)*sin(Pi/4);

i:=i+1 .

Для ввода и вывода данных используют команды

· ввод имена переменных

· вывод имена переменных, выражения, тексты.

Для ветвления в алгоритме применяют команды- если и выбор.

Для организации циклов - команды для ипока , описанные далее.

Пример записи алгоритма на школьном языке АЯ.

Алг Сумма квадратов (арг цел n , рез цел S )дано | n > 0надо | S = 1*1 + 2*2 + 3*3 + ... + n*nнач цел i ввод n ; S : =0 нц для i от 1 до n S : =S+i*i кц вывод "S = ", Sкон

Любой язык программирования изобилует разнообразными ключевыми словами, функциями или классами. Как правило, все они используют английский язык, на котором описываются методы или аргументы. В некоторых средах и вовсе встречаются просто сокращения машинных функций. Это в значительной степени затрудняло освоение разработки на начальных этапах. С целью повысить скорость понимания была создана серия специальных алгоритмических языков программирования, которые состояли из понятных и доступных слов и их сочетаний, ясных даже неподготовленному человеку.

Немного истории

Для общения с первыми компьютерами использовались языки программирования, максимально приближенные к машинному коду, состоящему из нулей и единиц. Естественно, что запомнить множество команд было очень сложной задачей. К тому же методика распределения памяти при программировании полностью возлагалась на плечи разработчика. А если он допускал небольшую ошибку, то приходилось все переделывать сначала.

Большую роль в переходе от машинного языка к более подходящему человеку сыграл язык программирования низкого уровня ассемблер. В нем использовались мнемонические значения и символы. Это упростило задачу разработчика, так как теперь из комбинаций управляющих инструкций и числовых кодов он мог более продуктивно выстраивать свои алгоритмы. Несмотря на всю свою гибкость и мощность, язык все также был сложен в освоении.

Для обучения разработке и алгоритмам в учебных заведениях началось внедрение языка программирования бейсик. Он уже содержал в себе много команд, ключевых слов, понятных обучаемому. Бейсик до сих пор используется для освоения азов программирования.

С созданием первого алгоритмического языка программирования — алгола - дело освоения алгоритмов значительно ускорилось.

Что представляет собой алгоритм

Если уйти от сухой теории и определений, то алгоритм — это последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи. Несмотря на всю витиеватость выражения, с этим понятием человек сталкивается повседневно. Например, чтобы попить чай, нужно выполнить следующую последовательность:

1. Поставить чайник на плиту.
2. Дождаться его закипания.
3. Налить кипяток в воду.
4. Опустить чайный пакет в чашку.
5. Добавить необходимое количество сахара, молока или мёда.

Данная последовательность весьма упрощена, однако представляет собой самый простой алгоритм.

Так же, как и человек, вычислительная машина способна выполнять определённую последовательность задач. Однако, для того чтобы она их чётко понимала, нужно учитывать, что для ЭВМ отсутствует множество очевидных для людей понятий. К тому же алгоритм должен точно описывать все необходимые действия. Для этой цели и служит алгоритмический язык, который создаёт некий мост между машиной и человеком.

Свойства и особенности алгоритмического языка

Алгоритмический — формальный язык, на котором описываются алгоритмы, предполагаемые для выполнения на вычислительных машинах. Как правило, он не привязан к какой-либо архитектуре машины. Это помогает значительно повысить и ускорить написание кода. Как яркий пример - алгоритмический язык бейсик. Паскаль и си также оказались популярными, так как обладали простым синтаксисом и скоростью изучения.

Структура реализована таким образом, что процедуры, описанные в коде, выполняются одна за другой. То есть один алгоритм — одна задача. Это похоже на создание функций или методов в языках С и Java.

Весь код строится из ключевых слов, описывающих событие или переменную.

Различия между машинными и алгоритмическими языками

Ярким представителем машинно-зависимого языка является ассемблер. Программирование на нем сводится к тому, чтобы указать транслятору особыми метками, что и куда нужно переместить или какую область данных заполнить. Так как синтаксис ассемблера больше похож на машинный, то изучать и писать на нем код довольно затруднительно. Ниже вы видите, как могут выглядеть команды для разных процессоров.

Поэтому формальный язык или алгоритмический был создан с большим количеством понятных человеку ключевых слов и имён.

Ключевые слова

Алгоритмический язык состоит из ключевых слов, которые представляют собой сокращения полного обозначения действий или переменных. Это позволяет сократить длину кода, оставляя его при этом понятным.

• Алг . С этого ключевого слова начинается любой алгоритм. В нем описывается название и в скобках указывается, какие аргументы он принимает для вычисления, и что должно получиться в результате.
• Арг . Обозначает аргументы алгоритма. Отражает тип и название значения, которое будет использован в коде.
• Рез . Данное ключевое слово служит для обозначения типа и имени переменной, в которую будет необходимо поместить результат вычисления.
• Нач. Означает непосредственное начало выполнения алгоритма. Длится до ключевого слова кон. Весь промежуток от "нач" до "кон" называется телом текущего алгоритма.
• Кон. Сообщает о том, что выполнение алгоритма окончено.
• Дано . Говорит о некоторых особенностях и нюансах использования алгоритма или об ограничениях. Например, здесь можно указать, что длины сравниваемых строк должны быть одинаковыми. Использование ключевого слова "дано" необязательно.
• Надо . Более подробное описание того, что должно получиться в результате выполнения алгоритма. Так же, как и "дано", может опускаться, но для построения более понятного и подробного кода его использование рекомендуется.

Список данных ключевых слов относится к заголовку и обозначению тела алгоритма. А вот так выглядят лексемы для переменных:

• Цел . Тип переменной целых чисел. Диапазон их должен варьироваться от -32768 до 32767.
• Вещ . Вещественные числа. Например, с экспонентой или дробной частью.
• Лог . Это ключевое слово означает, что будет использована переменная логического типа, способная принимать только "да" или "нет".
• Сим. Сюда входят значения с одиночными символами, например, «а», «3».
• Лит . Строковые переменные, которые могут содержать целые текстовые строки.
• Таб . Обозначает таблицу с данными определённого типа. Представляет собой аналог массива из других языков программирования.

Дополнительные служебные слова

Следующий список слов используется для организации механизмов ветвления и циклов.

• Для . Применяется для перебора всех значений определённого диапазона. Используется для циклов, т. е. непрерывного выполнения каких-либо процедур с данными.
• От и до . Указывает, какой именно диапазон значений нужно перебрать в цикле типа "для".
• Пока . Также служит для перебора нескольких значений. Используется для работы до тех пор, пока не выполнится определённое условие.
• Нц и кц . "Нц" в алгоритмическом языке означает начало тела цикла, а "кц" - конец. Между этими двумя ключевыми словами встраиваются необходимые для вычисления процедуры.
• Если. С помощью этого слова реализуется структура ветвления. Таким образом можно определить ход программы в нужном направлении, учитывая условия.
• То, иначе . Два слова, работающих в паре с "если". Также выстраивают механизм ветвления.
• Выбор . Удобный инструмент для осуществления ветвления из нескольких значений одного типа. Работает в паре с ключевым словом "при" и "иначе".
• Все . Означает окончание механизма ветвления.
• Ввод . Данное ключевое слово позволяет пользователю вводить значения переменных в ходе работы программы для их последующей обработки.
• Вывод. Производит вывод данных на экран.

Основные структуры языка

Алгоритмический язык программирования помогает выстраивать различные структуры, которые производят вычислительные функции в удобной форме. В общем, любой язык может использовать несколько определённых механизмов и их сочетания.

Структура следования

При проектировании такого вида структуры выполнение кода происходит непосредственно строка за строкой. Общий пример можно выразить таким образом:

алг Сумма двух чисел (арг цел a, b, рез цел S)

вывод «S = », S

В данном примере происходит вычисление суммы двух чисел, введённых пользователем. В начале слово "алг" показывает, что алгоритм начинается, и кратко описывает, что именно он делает. В скобках определяются аргументы, необходимые для работы программы, и переменная, которая послужит контейнером для хранения результатов. Далее идёт ключевое слово "нач", показывающее непосредственное начало выполнения выражений и процедур. Рядом с "нач" можно определить и некоторые промежуточные переменные.

В теле алгоритма ключевое слово "ввод" принимает от пользователя данные и записывает их в переменные. Затем они складываются, и их сумма присваивается S. Перед концом алгоритма результат работы программы выводится на экран посредством ключевого слова "вывод". Данная запись на алгоритмическом языке типична и для многих других сред программирования.

Структура ветвления

Ход программы не всегда должен выполняться строка за строкой. Иногда нужно определить или изменить значение некой переменной в зависимости от ситуации. Например, при условии, что х = 0, не осуществлять деление на х.

Алгоритмический язык программирования для этого использует несколько вариантов конструкций и ключевые слова "если", "то", "иначе" или "выбор". После "если" устанавливается условие, по которому будет определяться критерий перехода в другую ветвь. Например, так:

Таким образом можно менять значения переменных в зависимости от других факторов. Данный пример не полностью охватывает все возможные реализации. Поэтому дополнительно к конструкции применяется ключевое слово "иначе". Оно позволяет перейти в другую ветвь, если условие не соответствует выбранным критериям.

иначе у = 0

То есть в случае, когда х будет не равен нулю, у также обнулится вне зависимости от значения, которое он имел до этого.

Более удобным средством для осуществления множественного выбора является конструкция "выбор". Она позволяет перебрать несколько условий. При срабатывании одного из них будет выполнено указанное для него действие.

при х = 0: у = 0

при х = 1: у = 1

при х = 2: у = 2

Данный пример демонстрирует зависимость переменной у от х. Программа пробегает по всем данным и сравнивает текущее значение х с указанным в условии. При нахождении соответствия выполняет следующее за ним действие. Эту конструкцию можно также комбинировать с ключевым словом "иначе" для более гибких решений, когда ни одно из условий не отработало.

Циклы

Циклы играют очень важную роль в программировании. Практически ни одна разработка не сможет обойтись без реализации этой конструкции. В общем случае циклы решают задачу выполнения однотипных действий с несколькими переменными многократно. Это удобно, например, при заполнении массивов данными по известной формуле, его сортировки или же подсчёта некоторых значений.

Ключевое слово "пока" позволяет организовать цикл, в котором определённое действие будет повторяться до тех пор, пока не удовлетворится некое условие. Например:

нц пока х <= 3

В данном примере у будет увеличиваться до тех пор, пока х не станет больше 3. Для того чтобы цикл не был бесконечным, х нужно в каждом проходе изменить в большую сторону, например на 1, что и делает вторая строка кода.

Ключевое слово "для" применяется к некоторому диапазону чисел, который нужно перебрать последовательно, выполняя с ними какие-либо действия. Данная конструкция используется, когда конечное число элементов известно.

Синтаксис его выглядит так:

нц для х от 1 до 3

Служебные слова "от" и "до" показывают диапазон значений, которые необходимо перебрать. Таким образом в первой итерации х = 1, в результате прохода у приобретёт также значение 1. Дальше управление опять перейдёт в начало, и х теперь будет равен 2, соответственно, у станет 3.

Используя совместные конструкции циклов и ветвления, можно выстраивать простейшие алгоритмы для решения лёгких задач и получения знаний о работе языков программирования.

Стандартные функции

Алгоритмический язык обладает стандартными функциями, которые уже в него встроены. Они способны облегчить некоторые рутинные операции с числами и выражениями. Штатные функции алгоритмического языка могут производить вычисление квадратного корня, логарифмы, модули, синусы, косинусы и т. д:

• абсолютный модуль — abs(x);
• корень квадратный — sqrt(x);
• натуральный и десятичный логарифмы — ln(x) и lg(x);
• минимум и максимум двух чисел — min(x,y), max (x,y);
• синус, косинус, тангенс, котангенс — sin(x), cos(x), tg(x), ctg(x).

Данные стандартные возможности позволяют избежать создания «велосипеда», помогая реализовать простейшие функции штатными средствами.

Логические выражения

Логические выражения отражают, удовлетворяет ли некая операция условию. Например, х > 0 будет иметь значение "истина" при х, равном 1, 2, 25 или любом другом числе больше нуля. Алгоритмический язык содержит логические выражения, которые помимо стандартных математических операций могут использовать следующие ключевые слова и операторы:

• И. Означает, что выражения, между которыми находится ключевое слово, должны удовлетворять определённому условию: (х>0) и (у>0);
• Или . Одно из выражений может не удовлетворять условию, например, (х>0) или (у>0);
• Не . «Переворачивает» логическое значение выражения. Например, такая конструкция не (х>0), означает, что х все же должен быть не больше нуля.

Также присутствуют операторы сравнения - <, >, =, которые могут сочетаться, создавая выражения типа больше или равно.

Небольшая программа для алгоритмического языка

Для понимания процесса можно организовать программу, взаимодействующую с пользователем. Она будет запрашивать число, а машина - возводить его в квадрат.

Составляющие алгоритмического языка имеют в своем составе множество ключевых слов. Первое, с чего начинается программа, это объявление об алгоритме — алг.

алг Возведение числа в квадрат ()

В скобках нужно указать аргумент, который будет представлять собой значение от пользователя и результат. Также не стоит забывать про объявление типов этих данных.

Теперь машина будет знать, что взаимодействовать ей придется с переменной типа целое число, а результатом ее работы будет S.

Первое, что нужно сделать, осуществить ввод данных. Это производится с помощью ключевого слова "ввод".

Теперь непосредственно в теле алгоритма нужно описать ряд команд, с помощью которых будет реализовываться подсчёт квадратов чисел.

вывод «S = », S

Алгоритмический язык, команды которого позволяют реализовать присвоение, записываются в виде:=. Тем самым в переменную S попадает значение произведения х на самого себя. Строка с выводом показывает результат на экране. Ну и завершается все это ключевым словом "кон". Полный код теперь будет выглядеть так:

алг Возведение числа в квадрат (арг цел х, рез цел S)

вывод «S = », S

Вот таким простым образом реализуется алгоритм подсчёта квадрата введённого числа. Программу можно усложнить, добавив к ней сумму всех операций. И тогда она будет выглядеть так:

алг Возведение числа в квадрат и расчёт их суммы (арг цел х, рез цел S)

дано | х > 0

надо | S = 1*1 + 2*2+ … + x*x

нач цел а

ввод х; S:=0

нц для а от 1 до х

вывод «S = », S

В этом варианте используется цикл, промежуточная переменная а и краткое указание к задаче в разделах "дано" и "надо". Теперь, если передать программе некое число, она возведёт его в квадрат и выведет сумму квадратов всех чисел, ему предшествующих.

Использование и развитие алгоритмических языков

Алгоритмический язык распространён в среде обучения для понимания базовых норм и правил программирования. Например, бейсик, который проходят во многих школах. Он отлично отражает все парадигмы такого термина, как императивный язык программирования, в котором все команды выполняются последовательно одна за другой.

Из-за приближённости описываемых конструкций и ключевых слов к человеческому языку писать код стало гораздо проще, нежели на полностью машинных или машинно-зависимых моделях. Семейство языков программирования алгол зашло в своем развитии дальше всех, так как его синтаксис был представлен в нескольких локализациях. Писать код можно было даже на русском языке.

В общем, развитие алгоритмических языков сильно повлияло на программирование в целом и позволило большому количеству человек стать разработчиками. Современные средства становятся все более доступны и понятны. Языки программирования высокого уровня содержат все больше функций с говорящими именами и названиями. Пределов их использованию становится все меньше. Таким образом, в будущем возможна более понятная и естественная реализация разработки.

Учебный алгоритмический язык - это средство для записи алгоритмов в виде, промежуточном между записью алгоритма на естественном (человеческом) языке и записью на языке ЭВМ (языке программирования).

К достоинствам учебного алгоритмического языка относится его простота, а также то, что алгоритм записывается на русском языке при помощи некоторого ограниченного числа слов, смысл и способ употребления которых строго определены. Эти слова называются служебными словами.

Для того чтобы выделять служебные слова среди других слов языка, их при письме подчеркивают.

Запись алгоритма на учебном алгоритмическом языке состоит из заголовка и тела алгоритма. Тело алгоритма заключается между ключевыми словами нач и кон и представляет собой последовательность команд алгоритма. Заголовок включает название алгоритма, отражающее его содержание, списки исходных данных (аргументов) и результатов.

Признаком заголовка алгоритма является ключевое слово алг .

Итак, алгоритм, записанный на учебном алгоритмическом языке, имеет следующую форму:

алг название алгоритма

aрг список исходных данных

рез список результатов

последовательность команд алгоритма

Изучение школьного алгоритмического языка целесообразно начать с команды присваивания, она является одной из основных команд.

Записывается она так:

<переменная> := <выражение>

Знак «: =» читается «присвоить».

В случае, когда величина, которой присваивается значение, входит и в правую часть команды, происходит следующее:

1) значение выражения, записанного в правой части команды присваивания, вычисляется с использованием текущих значений всех величин, входящих в это выражение;

2) переменной присваивается новое вычисленное текущее значение. При этом предшествующее значение переменной уничтожается.

Следовательно, команда b: = а + b означает, что к предыдущему текущему значению величины b прибавляется значение переменной а и полученный результат становится новым текущим значением величины b.

Этот пример иллюстрирует три основных свойства присваивания:

1) пока переменной не присвоено значение, она остается не определенной;

2) значение, присвоенное переменной, сохраняется в ней вплоть до выполнения следующего присваивания этой переменной нового значения;

3) новое значение, присвоенное переменной, заменяет ее предыдущее значение.

Теперь познакомимся с базовыми структурами, начнем с такой операции как "следование". Образуется последовательностью действий, следующих одно за другим:

действие 1

действие 2

. . . . . . . . .

действие n

Следующей рассмотрим базовую структуру "ветвление". Она обеспечивает в зависимости от результата проверки условия (да или нет) выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма будет продолжаться независимо от того, какой путь будет выбран. Структура ветвление существует в четырех основных вариантах:

1. если-то;

если условие

то действия

2. если-то-иначе;

если условие

то действия 1

иначе действия 2

выбор

при условие 1: действия 1

при условие 2: действия 2

. . . . . . . . . . . .

при условие N: действия N

{иначе действия N+1 }

И, наконец, базовая структура цикл с помощью школьного алгоритмического языка будет выглядеть следующим образом.

Алгоритм. Школьный алгоритмический язык.

Алгоритм - точное и понятное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи.

• Название "алгоритм" произошло от латинской формы имени среднеазиатского математика аль-Хорезми - Algorithmi. Алгоритм - одно из основных понятий информатики и математики.

Исполнитель алгоритма - это некоторая абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, способная выполнить действия, предписываемые алгоритмом.

• Исполнителя хаpактеpизуют:

• среда;

• элементарные действия;

• система команд;

• отказы.

• Среда (или обстановка) - это "место обитания" исполнителя.

• Система команд . Каждый исполнитель может выполнять команды только из некоторого строго заданного списка - системы команд исполнителя. Для каждой команды должны быть заданы условия применимости (в каких состояниях среды может быть выполнена команда) и описаны результаты выполнения команды.

• После вызова команды исполнитель совершает соответствующее элементарное действие .

• Отказы исполнителя возникают, если команда вызывается при недопустимом для нее состоянии среды.

Основные свойства алгоритмов следующие:

• Понятность для исполнителя - т.е. исполнитель алгоритма должен знать, как его выполнять.

• Дискретность (прерывность, раздельность) - т.е. алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов (этапов).

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

• Результативность (или конечность). Это свойство состоит в том, что алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

• Массовость . Это означает, что алгоритм решения задачи pазpабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

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).

Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

• Например. Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел. Алгоритм может быть следующим:

• задать два числа;

• если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;

• определить большее из чисел;

• заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;

• повторить алгоритм с шага 2.

При графическом представлении алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

• Такое графическое представление называется схемой алгоритма или блок-схемой .

Псевдокод представляет собой систему обозначений и правил, предназначенную для единообразной записи алгоритмов.

В псевдокоде не приняты строгие синтаксические правила для записи команд, присущие формальным языкам, что облегчает запись алгоритма на стадии его проектирования и дает возможность использовать более широкий набор команд, рассчитанный на абстрактного исполнителя. Однако в псевдокоде обычно имеются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от записи на псевдокоде к записи алгоритма на формальном языке. В частности, в псевдокоде, так же, как и в формальных языках, есть служебные слова , смысл которых определен раз и навсегда. Они выделяются в печатном тексте жирным шрифтом, а в рукописном тексте подчеркиваются. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором служебных слов и основных (базовых) конструкций.

• Примером псевдокода является школьный алгоритмический язык в русской нотации (школьный АЯ),

Основные служебные слова

Общий вид алгоритма:

• алг название алгоритма (аргументы и результаты)

• дано условия применимости алгоритма

• надо цель выполнения алгоритма

• нач описание промежуточных величин

• последовательность команд (тело

• алгоритма)

Часть алгоритма от слова алг до слова нач называется заголовком нач и кон - телом алгоритма.

• Часть алгоритма от слова алг до слова нач называется заголовком , а часть, заключенная между словами нач и кон - телом алгоритма.

• В предложении алг после названия алгоритма в круглых скобках указываются характеристики (арг, рез ) и тип значения (цел, вещ, сим, лит или лог) всех входных (аргументы ) и выходных (результаты ) переменных . При описании массивов (таблиц) используется служебное слово таб , дополненное граничными парами по каждому индексу элементов массива.

Команды школьного АЯ

• Оператор присваивания . Служит для вычисления выражений и присваивания их значений переменным. Общий вид: А:= В , где знак ":=" означает команду заменить прежнее значение переменной, стоящей в левой части , на вычисленное значение выражения, стоящего в правой части .

• Например, a:=(b+c)*sin(Pi/4); i:=i+1.

• Для ввода и вывода данных используют команды

• ввод имена переменных

• вывод имена переменных, выражения, тексты.

• Для ветвления применяют команды если и выбор , для организации циклов - команды для и пока

Пример записи алгоритма на школьном АЯ

• алг Сумма квадратов (арг цел n, рез цел S)

• дано | n > 0

• надо | S = 1*1 + 2*2 + 3*3 + ... + n*n

• нач цел i

• ввод n; S:=0

• нц для i от 1 до n S:=S+i*i

• вывод "S = ", S

Алгоритмы можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е.основных) элементов.

• 1. Базовая структура следование .

2. Базовая структура ветвление .

• Структура ветвление существует в четырех основных вариантах:

• если-то;

• если-то-иначе;

• выбор;

• выбор-иначе.

2. Базовая структура ветвление .

2. Базовая структура ветвление .

3. Базовая структура цикл .

• Обеспечивает многократное выполнение некоторой совокупности действий, которая называется телом цикла .

Какие понятия используют алгоритмические языки

• Понятие языка определяется во взаимодействии синтаксических и семантических правил. Синтаксические правила показывают, как образуется данное понятие из других понятий и букв алфавита, а семантические правила определяют свойства данного понятия

Основными понятиями в алгоритмических языках обычно являются следующие.

• Имена (идентификаторы) - употpебляются для обозначения объектов пpогpаммы (пеpеменных, массивов, функций и дp.).

• Опеpации . Типы операций:

• аpифметические опеpации + , - , * , / и дp. ;

• логические опеpации и, или, не ;

• опеpации отношения , = , = , ;

• опеpация сцепки (иначе, "присоединения", "конкатенации") символьных значений дpуг с другом с образованием одной длинной строки; изображается знаком "+".

• Данные - величины, обpабатываемые пpогpаммой . Имеется тpи основных вида данных: константы, пеpеменные и массивы .

• Константы - это данные, которые зафиксированы в тексте программы и не изменяются в процессе ее выполнения.

• Пpимеpы констант:

• числовые 7.5, 12;
• логические да (истина), нет (ложь);
• символьные "А", "+";
• литеpные "abcde", "информатика", "" (пустая строка).

• Пеpеменные обозначаются именами и могут изменять свои значения в ходе выполнения пpогpаммы. Пеpеменные бывают целые, вещественные, логические, символьные и литерные .

• Массивы - последовательности однотипных элементов, число которых фиксировано и которым присвоено одно имя. Положение элемента в массиве однозначно определяется его индексами (одним, в случае одномерного массива, или несколькими, если массив многомерный). Иногда массивы называют таблицами.

Выpажения

• Выpажения - пpедназначаются для выполнения необходимых вычислений, состоят из констант, пеpеменных, указателей функций (напpимеp, exp(x)), объединенных знаками опеpаций.

• Выражения записываются в виде линейных последовательностей символов (без подстрочных и надстрочных символов, "многоэтажных" дробей и т.д.), что позволяет вводить их в компьютер, последовательно нажимая на соответствующие клавиши клавиатуры.

• Различают выражения арифметические, логические и строковые.

• Арифметические выражения служат для определения одного числового значения . Например, (1+sin(x))/2. Значение этого выражения при x=0 равно 0.5, а при x=p/2 - единице.

• Логические выражения описывают некоторые условия, которые могут удовлетворяться или не удовлетворяться . Таким образом, логическое выражение может принимать только два значения - "истина" или "ложь" (да или нет ). Рассмотрим в качестве примера логическое выражение x*x + y*y "истина", а при x=2, y=2, r=1 - "ложь" .

• Значения строковых (литерных) выражений - текcты . В них могут входить литерные константы, литерные переменные и литерные функции, разделенные знаком операции сцепки. Например, А + В означает присоединение строки В к концу строки А. Если А = "куст " , а В = "зеленый" , то значение выражения А+В есть "куст зеленый" .

• Операторы (команды). Оператор - это наиболее крупное и содержательное понятие языка: каждый оператор представляет собой законченную фразу языка и определяет некоторый вполне законченный этап обработки данных. В состав опеpатоpов входят:

• ключевые слова;

• данные;

• выpажения и т.д.

• Операторы подpазделяются на исполняемые и неисполняемые. Неисполняемые опеpатоpы пpедназначены для описания данных и стpуктуpы пpогpаммы, а исполняемые - для выполнения pазличных действий (напpимеp, опеpатоp пpисваивания, опеpатоpы ввода и вывода, условный оператор, операторы цикла, оператор процедуры и дp.).

Вычисления часто употребляемых функций осуществляются посредством подпрограмм, называемых стандартными функциями , которые заранее запрограммированы и встроены в транслятор языка.

Таблица стандартных функций школьного алгоритмического языка

• В качестве аргументов функций можно использовать константы, переменные и выражения. Например: sin(3.05) min(a, 5)

• sin(x) min(a, b)

• sin(2*y+t/2) min(a+b, a*b)

• sin((exp(x)+1)**2)

• min(min(a,b),

• min(c,d))

Арифметические выражения записываются по следующим правилам:

• Нельзя опускать знак умножения между сомножителями и ставить рядом два знака операций.

• Индексы элементов массивов записываются в квадратных (школьный АЯ, Pascal) или круглых (Basic) скобках.

• Для обозначения переменных используются буквы латинского алфавита.

• Операции выполняются в порядке старшинства : сначала вычисление функций, затем возведение в степень, потом умножение и деление и в последнюю очередь - сложение и вычитание.

Операции одного старшинства выполняются слева направо . Например, a/b*c соответствует a/b*c. Однако, в школьном АЯ есть одно исключение из этого правила: операции возведения в степень выполняются справа налево. Так, выражение 2**(3**2) в школьном АЯ вычисляется как 2**(3**2) = 512. В языке QBasic аналогичное выражение 2^3^2 вычислясляется как (2^3)^2 = 64. А в языке Pascal вообще не предусмотрена операция возведения в степень, в Pascal x^y записывается как exp(y*ln(x)), а x^y^z как exp(exp(z*ln(y))*ln(x)).

Примеры записи арифметических выражений

Типичные ошибки в записи выражений:

• a+sin x

• (a+b)/c**3

Примеры записи логических выражений, истинных при выполнении указанных условий.

Запишите по правилам алгоритмического языка выражения:

• a+b/c+1;

• a**b**c/2;

• a/b/c/d*p*q;

• 4/3*3.14*r**3;

• d*c/2/R+a**3;