8.2. Блок-схемы алгоритмов

При описании алгоритмов давно и успешно используются блок-схемы (Basic Flowchart). Построение блок-схем алгоритмов регламентируется ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) "Единая система программной документации. Схемы алгоритмов программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения" . Данный государственный стандарт составлен на основе международного стандарта "ISO 5807-85. Information processing – Documentation symbols and conventions for data, program and system flowcharts, program network charts and system resources charts".

Согласно ГОСТ 19.701-90 под схемой понимается графическое представление определения, анализа или метода решения задачи. С помощью схем можно отобразить как статические, так и динамические аспекты системы. Символы, приведенные в государственном стандарте, могут использоваться в следующих типах схем :

Схемы данных – определяют последовательность обработки данных и их носители;

Схемы программ – отображают последовательность операций в программе (по сути, это и есть блок-схемы алгоритмов в традиционном понимании);

Схемы работы системы – отображают управление операциями и потоки данных в системе;

Схемы взаимодействия программ – отображают путь активации программ (модулей) и их взаимодействие с соответствующими данными;

Схемы ресурсов системы – отображают конфигурацию блоков данных и обрабатывающих блоков.

Как видно из приведенных выше типов схем, они могут использоваться не только для моделирования поведенческого аспекта, но и для задач функционального, информационного и компонентного проектирования.

При построении поведенческой модели системы используются основные принципы структурного подхода – принципы декомпозиции и иерархического упорядочения. Поведенческая модель представляет собой набор взаимосвязанных схем (диаграмм) с разным уровнем детализации, причем с каждым новым уровнем детализации система приобретает все более законченные очертания.

На схемах могут присутствовать следующие элементы графической нотации :

Символы данных – указывают на наличие данных, вид носителя или способ ввода-вывода данных;

Символы процесса – указывают операции, которые следует выполнить над данными;

Символы линий – указывают потоки данных между процессами и/или носителями данных, а также потоки управления между процессами;

Специальные символы – используются для облегчения написания и чтения схем.

Кроме деления по смысловому содержанию, каждую категорию символов (кроме специальных) делят на основные и специфические символы. Основной символ используется в тех случаях, когда точный вид процесса или носителя данных неизвестен или отсутствует необходимость в описании фактического носителя данных (процесса). Специфический символ используется в тех случаях, когда известен точный вид процесса или носителя данных и это необходимо отобразить на схеме. В следующей таблице приводятся элементы графической нотации блок-схем.

Таблица 8.1. Условные обозначения на блок-схемах

№ п/п	Символ		Наименование	Примечания
1. СИМВОЛЫ ДАННЫХ Основные
1.1			Данные	Данные, носитель которых не определен
1.2			Запоминающее устройство (ЗУ)	Данные, хранимые в виде, пригодном для автоматической обработки, носитель не определен
Специфические
1.3			ОЗУ	Данные, хранящиеся в ОЗУ (оперативная память)
1.4			ЗУ с последовательным доступом	Данные, хранящиеся на магнитной ленте (магнитная лента, магнитофонная кассета)
1.5			ЗУ с прямым доступом	Данные, хранящиеся на жестких или гибких магнитных дисках, CD, DVD, ZIP и т.д.
1.6			Документ	Данные, представляемые не в компьютерном виде (на бумаге, на пленках и т.д.)
1.7			Ручной ввод	Данные, вводимые вручную с помощью клавиатуры, мыши, светового пера и т. д.
1.8			Карта	Данные на перфокартах, магнитных картах, картах со считываемыми метками и т.д.
1.9			Бумажная лента	Данные на бумажной ленте
1.10			Дисплей	Данные, отображаемые на экране монитора, сигнальные индикаторы и т.д.
2. СИМВОЛЫ ПРОЦЕССА Основной
2.1			Процесс	Элементарная (атомарная) операция по обработке данных (например, n:=n+1)
Специфические
2.2			Предопределенный процесс (процедура)	Процесс, состоящий из операций, описанных в другом месте (на другой схеме)
2.3			Ручная операция	Операция, выполняемая вручную
2.4			Подготовка	Подготовительные операции, выполняемые с целью модификации последующих операций (цикл с параметром )
2.5			Решение	Операция с одним входом и несколькими альтернативными выходами, один из которых активизируется после проверки условия, записываемого внутри символа (операторы If-Then-Else или Case)
2.6			Параллельные действия	Параллельное выполнения двух и более операций
2.7			Границы цикла	Начало и конец цикла. Особенности работы цикла (инициализация, приращение, условие) записывается в начале или конце, в зависимости от того, где осуществляется его проверка (циклы с пред- или постусловием)
3. СИМВОЛЫ ЛИНИЙ Основной
3.1			Линия	Поток данных или управления
Специфические
3.2			Канал связи	Передача данных по каналу связи
3.3			Пунктирная линия	Альтернативная связь между двумя и более символами или для обводки комментируемого участка схемы
4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИМВОЛЫ
4.1	ГОСТ		Соединитель	Используется для обрыва линий и их продолжения в другом месте. Обычно используется для обозначения взаимосвязанных частей схемы на разных листах. Внутри соединителя пишется номер соединения
	ИСО
4.2			Терминатор	Выход во внешнюю среду или вход из внешней среды (начало и конец процесса обработки данных [в этом случае внутри пишут "начало" или "конец"], источник или пункт назначения данных, начало и конец работы предопределенного процесса)
4.3			Получатель – отправитель	По функциональному назначению аналогичен символу "Терминатор"
4.4

Зачастую, чтобы лучше понять задачу и быстрее ее реализовать, используют различные схемы, таблицы и диаграммы. В нашей подборке 6 сервисов для работы с ними.

Чтобы упростить процесс объяснения и разработки очень удобно использовать блок-схемы. Блок-схема – один из типов схем, который позволяет описать алгоритмы или процессы. Они часто используются для работы со сложными задачами, состоящими из множества пунктов. Мы сделали подборку из 6 инструментов, которые помогут вам создать такие схемы. Для работы с большинством из них оплата не потребуется.

6 инструментов для работы с блок-схемами:

draw.io

Этот сервис позволит создавать не только блок-схемы, но и UML, диаграммы сущность-связь, сетевые диаграммы, электрические схемы, каркасные схемы и модели. Интуитивный интерфейс и большая библиотека элементов позволят работать легко и комфортно. Важно также и то, что над одним проектом могут работать сразу несколько человек. Результат можно сохранить в форматах PNG/JPG/XML/SVG/PDF. Имеется интеграция с Google Drive.

gliffy.com

Gliffy предоставляет схожий набор инструментов и возможностей: большая библиотека элементов, удобный интерфейс, возможность коллективной работы, интеграция с Google Drive, работа с документами Visio, готовые цветовые темы для проектов.

gomockingbird.com

Программа имеет простой и понятный UI, работает в браузере, есть возможность работы в команде. Также, добавив ссылки, можно объединять несколько проектов в один.

lucidchart.com

Онлайн-сервис, который облегчит создание скетчей и диаграмм. Совместим с G Suite и документами Microsoft Visio. После окончания работы можно экспортировать файл в различных форматах, либо отправить на публикацию.

Balsamiq mockups

Программа позволяет создавать мокапы, диаграммы, различные схемы. Имеется обширная библиотека элементов, с помощью которых можно создать любой проект. Приложение требует установки на компьютер, к тому же платное, однако можно воспользоваться пробным периодом web-версии.

Основные элементы блок-схемы. Типы блок-схем.

Описание алгоритма с помощью блок схем осуществляется рисованием последовательности геометрических фигур, каждая из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками. Написание алгоритмов с помощью блок-схем регламентируется ГОСТом. Внешний вид основных блоков, применяемых при написании блок схем, приведен на рисунке.

Представление алгоритма программы в виде блок-схемы имеет два недостатка:

· предполагает слишком низкий уровень детализации, что часто скрыва­ет суть сложных алгоритмов

· и позволяет использовать неструктурные способы передачи управления (goto), причем часто на схеме алгоритма они выглядят проще, чем эквивалентные структурные.

Кроме схем, для описания алгоритмов можно использовать псевдокоды , Flow-формы и диаграммы Насси-Шнейдермана . Все перечисленные способы с одной стороны базируются на тех же основных структурах, а с другой стороны, допускают разные уровни детализации.

Каждый символ Flow-формы соответствует управляющей структу­ре и изображается в виде прямоугольника. Для демонстрации вложенности структур символ Flow-формы вписывается в соответствующую область прямоугольника любого другого символа. Символы Flow-форм, соответствую­щие основным и дополнительным управляющим конструкциям, приведены на рисунке А1.

<Действие>

а)

б)

в)

г)

д)

Рисунок А2 - Условные обозначения диаграмм Насси-Шнейдермана для основных конструкций:

а - следование; б - ветвление; в - выбор; г - цикл-пока; д - цикл-до

Основное отличие диаграмм Насси-Шнейдермана от Flow-форм заключается в том, что область обозначения условий и вариантов ветвления изображают в виде треугольников (рисунок А2). Такое обозначение обеспечивает большую наглядность представления алгоритма.

Общим недостатком Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана являет­ся сложность построения изображений символов, что усложняет практическое применение этих нотаций для описания больших алгоритмов.

В отличие от блок-схем псевдокоды не ограничивают степень детализации операций, но, не являясь графическими, хуже отображают их вложенность.

Описать неструктурный алгоритм с помощью псевдокодов, Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана невозможно, т. к. для неструктурной передачи управления в них отсут­ствуют условные обозначения. Их использование изначально ориентирует проектировщика толь­ко на структурные способы передачи управления, а потому требует тщательного анализа алгоритма.

В зависимости от последовательности выполнения действий в алгоритме выделяют алгоритмы:

· линейной,

· разветвленной

· и циклической структуры.

В алгоритмах линейной структуры действия выполняются последовательно одно за другим.

В алгоритмах разветвленной структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия производятся различные последовательности действий. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

В алгоритмах циклической структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цикла. Вложенным называется цикл, находящийся внутри тела другого цикла. Различают циклы с предусловием и постусловием:

Итерационным называется цикл, число повторений которого не задается, а определяется в ходе выполнения цикла. В этом случае одно повторение цикла называется итерацией.

Итак: При всем многообразии алгоритмов решения задач в них можно выделить три основных вида вычислительных процессов:

· линейный ,

· разветвленный

· и циклический ,

для реализации которых в программах используют соответствующие базовые управляющие конструкции:

· следование ,

· ветвление ,

· цикл-пока.

Помимо базовых, процедурные языки программирования высокого уровня используют еще три конструкции (структуры), которые легко реализуются через базовые:

· выбор ,

· цикл-до ,

· цикл с заданным числом повторений .

Перечисленные шесть конструкций были положены в основу структур­ного программирования . Слово «структурное» в названии подчеркивает тот факт, что при программировании использованы только перечисленные конструкции. Отсюда и понятие «программирование без go to». Программы, написанные с использованием только структурных операторов передачи управления, называют структурными, чтобы подчеркнуть их отличие от программ, при реализации которых исполь­зовались низкоуровневые способы передачи управления.

Разработанный алгоритм реализуется в виде программных кодов (программы ) на одном из языков программирования.

31.01.2019 Learnpascal

Итак, опустив долгие и нудные восхваления Паскаля, которые так любят публиковать в своих статьях редакторы многих сайтов, приступим непосредственно к самому основному – к программированию.

В школах, как правило, изучение Паскаля начинают с решения простейших задач путем составления различных алгоритмов или блок-схем, которое многие так часто игнорируют, считая никому не нужной ерундой. А зря. Я, как и любой другой человек, хоть немного соображающий в программировании (не важно где – в Паскале, Си, Дельфи), могу уверить Вас – умение правильно и быстро составлять схемы является фундаментом, основой программирования.

Блок-схема — графическое представление алгоритма. Она состоит из функциональных блоков, которые выполняют различные назначения (ввод/вывод, начало/конец, вызов функции и т.д.).

Существует несколько основных видов блоков, которые нетрудно запомнить:

Сегодняшний урок я решила посвятить не только изучению блок-схем, но также и изучению линейных алгоритмов. Как Вы помните, линейный алгоритм — наипростейший вид алгоритма. Его главная особенность в том, что он не содержит никаких особенностей. Как раз это и делает работу с ним простой и приятной.

Данная задача не должна представлять особой трудности, так как построена она на хорошо известных всем нам формулах расчета площади и периметра прямоугольника, поэтому зацикливаться на выведении этих формул мы не будем.

Составим алгоритм решения подобных задач:

1) Прочитать задачу.
2) Выписать известные и неизвестные нам переменные в «дано». (В задаче №1 к известным переменным относятся стороны: a, b ;к неизвестным — площадь S и периметр P)
3) Вспомнить либо составить необходимые формулы. (У нас: S=a*b; P=2*(a+b))
4) Составить блок-схему.
5) Записать решение на языке программирования Pascal.

Запишем условие в более кратком виде.

Найти: S, P

Решение задачи №1

Структура программы, решающей данную задачу, тоже проста:

• 1) Описание переменных;
• 2) Ввод значений сторон прямоугольника;
• 3) Расчет площади прямоугольника;
• 4) Расчет периметра прямоугольника;
• 5) Вывод значений площади и периметра;
• 6) Конец.

А вот и решение:

Program Rectangle; Var a, b, S, P: integer; Begin write("Введите стороны прямоугольника!"); readln(a, b); S:=a*b; P:=2*(a+b); writeln("Площадь прямоугольника: ", S); write("Периметр прямоугольника: ", P); End.

Задача №2: Скорость первого автомобиля — V1 км/ч, второго – V2 км/ч, расстояние между ними S км. Какое расстояние будет между ними через T часов, если автомобили движутся в разные стороны? Значения V1, V2, T и S задаются с клавиатуры.

Решение осуществляем, опять же, следуя алгоритму. Прочитав текст, мы переходим к следующему пункту. Как и во всех физических или математических задачах, это запись условий задачи:

Дано: V1, V2, S, Т
Найти: S1

Далее идет самая главная и в то же время самая интересная часть нашего решения – составление нужных нам формул. Как правило, на начальных стадиях обучения все необходимые формулы хорошо нам известны и взяты из других технических дисциплин (например, на нахождение площади различных фигур, на нахождение скорости, расстояния и т.п.).

Формула, используемая для решения нашей задачи, выглядит следующим образом:

Следующий пункт алгоритма – блок-схема:

Решение задачи №2.

А также решение, записанное в Pascal:

Program Rasstoyanie; Var V1, V2, S, T, S1: integer; {Ввод } begin write("Введите скорость первого автомобиля: "); readln(V1); write("Введите скорость второго автомобиля: "); readln(V2); write("Введите время: "); readln(T); write("Введите расстояние между автомобилями: "); readln(S); S1:=(V1+V2)*T+S; writeln("Через ", t,"ч. расстояние ", S1," км."); End.

Вам может показаться, что две эти программы правильны, но это не так. Ведь сторона треугольника может быть 4.5, а не 4, а скорость машины не обязательно круглое число! А Integer — это только целые числа. Поэтому при попытке написать во второй программе другие числа выскакивает ошибка:

Обратите внимание в Паскале, как и в любом другом языке программирования десятичная дробь вводится с точкой, а не с запятой!

Чтобы решить эту проблему вам надо вспомнить какой тип в Pascal отвечает за нецелые числа. В мы рассматривали основные типы. Итак, это вещественный тип — Real. Вот, как выглядит исправленная программа:

Как видите, эта статья полезна для прочтения как новичкам, так и уже более опытными пользователям Pascal, так как составление блок-схем не только очень простое и быстрое, но и весьма увлекательное занятие.

На этом уроке мы на практике разберём: как составлять алгоритмы различных типов , а также как «читать» алгоритм по готовой блок-схеме .

Возможны следующие ситуации: в тот момент, когда мы подошли к дороге горел красный или зелёный свет. Если горел зелёный свет, то можно переходить дорогу. Если же горел красный свет, то необходимо дождаться зелёного - и уже тогда переходить дорогу.

Таким образом, алгоритм имеет следующий вид:

1. Подойти к светофору.
2. Посмотреть на его свет.
3. Если горит зелёный, то перейти дорогу.
4. Если горит красный, то подождать, пока загорится зелёный, и уже тогда перейти дорогу.

Блок-схема данного алгоритма имеет вид:

Рис. 3. Блок-схема к примеру 2.

Составление циклических алгоритмов

Рассмотрим пример на составление циклического алгоритма. Мы уже несколько раз обсуждали перевод чисел из десятичной системы в двоичную. Теперь пришло время чётко сформулировать этот алгоритм.

Напомним, что его принцип состоит в делении числа на 2 и записей остатков, получающихся при делении.

Пример 3. Составить алгоритм перевода чисел из десятичной системы в двоичную.

То есть, алгоритм будет выглядеть так:

1. Если число равно 0 или 1, то это и будет его двоичное представление.
2. Если число больше 1, то мы делим его на 2.
3. Полученный остаток от деления записываем в последний разряд двоичного представления числа.
4. Если полученное частное равно 1, то его дописываем в первый разряд двоичного представления числа и прекращаем вычисления.
5. Если же полученное частное больше 1, то мы заменяем исходное число на него и возвращаемся в пункт 2).

Блок-схема этого алгоритма выглядит следующим образом:

Рис. 4. Блок-схема к примеру 3.

Примечание: подумайте, можно ли как-то упростить приведенную блок-схему.

«Чтение» алгоритмов

Пример 4. По заданной блок-схеме выполнить действия алгоритма для числа 23.

Рис. 5. Блок-схема к примеру 4.

На этом уроке мы разобрали примеры составления алгоритмов, а также пример «чтения алгоритма» по готовой блок-схеме.

На следующем уроке мы обсудим игры и выигрышные стратегии.

Как убить Кощея?

Наверное, все помнят из детства сказку, в которой рассказывается о местонахождении смерти Кощея Бессмертного: «Смерть моя - на конце иглы, которая в яйце, яйцо - в утке, утка - в зайце, заяц в сундуке сидит, сундук на крепкий замок закрыт и закопан под самым большим дубом на острове Буяне, посреди моря-океяна …»

Рис. 6. Кощей Бессмертный и Василиса Премудрая ().

Предположим, вместо Ивана-царевича бороться с Кощеем был брошен Иван-дурак. Давайте поможем Василисе Премудрой составить такой алгоритм, чтобы даже Иван-дурак смог убить Кощея.

1. Конечно же, сначала необходимо разыскать остров Буян (на такие вещи, будем считать, Иван-дурак способен).
2. Поскольку сундук закопан под самым большим дубом, то сначала необходимо найти самый большой дуб на острове.
3. Затем нужно выкопать сам сундук.
4. Прежде чем доставать зайца, необходимо сломать крепкий замок.
5. Теперь уже можно достать зайца.
6. Из зайца нужно достать утку.
7. Из утки достать яйцо.
8. Разбить яйцо и достать иголку.
9. Иголку поломать.

Это тоже линейный алгоритм, хотя и более длинный, чем алгоритм запуска программы Paint.

Его блок-схема выглядит так:

Рис. 7. Блок-схема.

На распутье…

И снова обратимся к сказочным персонажам в поисках примеров различных алгоритмов. Когда речь идёт об алгоритмах с ветвлениями, то, конечно, нельзя не вспомнить о богатыре, стоящем на распутье возле камня.

Рис. 8. Богатырь на распутье ().

На камне написано:

«Направо пойдёшь - коня потеряешь, себя спасёшь; налево пойдёшь - себя потеряешь, коня спасёшь; прямо пойдёшь - и себя и коня потеряешь».

Попробуем составить алгоритм действий, который составил автор надписи на камне для путников?

1. Если мы пойдём направо, то потеряем коня. Если же мы не пойдём направо, то у нас остаётся два варианта (мы считаем, что назад возвращаться путник не будет): пойти прямо и налево.
2. В случае, если мы пойдём налево, то потеряем себя, а коня спасём.
3. Если же мы пойдём прямо, то потеряем и себя, и коня.

Блок-схема этого алгоритма выглядит так:

Рис. 9. Блок-схема.

Репка

Русские народные сказки не оставили нас и без циклического алгоритма. И, как ни странно, спрятался он в одной из самых незамысловатых сказок - «Репке».

Рис. 10. Репка.

Вспомним сюжет сказки: дед тянет-потянет - вытянуть не может. Затем на помощь к деду по очереди подходят новые персонажи - и так до тех пор, пока не приходит мышка.

Попытаемся составить алгоритм действий всех персонажей сказки для того, чтобы они всё-таки смогли вытянуть Репку.

1. Изначально к Репке подошёл дед и попытался вытянуть.
2. Поскольку вытянуть Репку не получилось, то понадобилась помощь следующего персонажа.
3. И так происходит до тех пор, пока не появилась мышка (или, другими словами, до тех пор, пока Репку не вытащили).

В виде блок-схемы этот алгоритм выглядит следующим образом:

Рис. 11. Блок-схема.

1. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 6 класса. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012
2. Босова Л.Л. Информатика: Рабочая тетрадь для 6 класса. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.
3. Босова Л.Л., Босова А.Ю. Уроки информатики в 5-6 классах: Методическое пособие. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.

1. Интернет портал «Сообщество взаимопомощи учителей» ().
2. Интернет портал «Nsportal.ru» ().
3. Интернет портал «Фестиваль педагогических идей» ().

1. §3.3, 3.4 (Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 6 класса);
2. Постарайся самостоятельно составить линейный алгоритм из 5-6 фигур;
3. Составь блок-схему циклического алгоритма выполнения домашнего задания;