3.2.Формы представления алгоритмов

Ключевым этапом разработки программы является этап разработки алгоритма и структур данных. Результат этого этапа – формализованное описание или представление алгоритма. Под формой представления алгоритма будет понимать некоторую систему соглашений или правил, позволяющую однозначно передать логику решения задачи.

Известны следующие формы представления алгоритмов:

• словесное описание последовательности шагов обработки данных и условий их выполнения на естественном языке;

• запись алгоритма с помощью псевдокода, представляющего собой набор типовых синтаксических конструкций, составленных из ключевых слов и отдельных символов алфавита по определенным правилам;

• изображение структуры алгоритмов в виде блок-схем, представляющих собой последовательность графических символов, отображающих определенные действия, соединяемых линиями со стрелками, указывающими направление передачи управления от одного действия к другому.

Алгоритмы пишутся для людей, которые участвуют в процессе разработки и сопровождения программ. Описания алгоритмов являются частью документации процесса проектирования программ. Словесная форма представления алгоритмов наименее формализована, использует естественный язык, принятый в общении, и поэтому должна быть наиболее понятной. Однако, эта форма представления получается весьма громоздкой, и логика решения задачи может теряться за многословностью.

Графическое изображение алгоритмов в виде блок-схем является наглядным, однозначно отображает вычислительный процесс. При подготовке блок-схем необходимо соблюдать обозначения и выполнять стандартные правила. Этими правилами предусматривается определенная форма блок - символов для обозначения типичных действий, в соответствии с ГОСТами.

Основные компоненты блок-схем программ показаны в табл. 3.1.

Табл. 3.1.

Обозначение	Назначение	Примеры
Символ Процесс	Блок вычислений и обработки данных	I=J+2
Символ Решение	Блок проверки условия
Символ Модификация	Блок организации и начала цикла

Табл. 3.1(продолжение).

Обозначение	Назначение	Примеры
Символ Пуск	Блок начала алгоритма
Символ Останов	Блок конца алгоритма
Символ Ввод-вывод	Блок ввода-вывода информации
Символ Вызов	Блок вычислений по стандартной или отдельно разработанной подпрограмме
Символ Детализация	Блок, определяю-щий часть алгорит-ма, требующую дальнейшей детализации

Табл. 3.1(продолжение).

Обозначение	Назначение	Примеры
Символ Соединитель	Разрыв линии потока управления, Перенос части блок-схемы на другую страницу

Недостатком графического представления алгоритмов является отсутствие строгих правил задания и определения структур данных, над которыми производятся действия. Такая неопределенность в описании процесса обработки данных может быть источником ошибок при написании программы по блок-схеме.

Третьей формой представления алгоритма является псевдокод. Использование псевдокода позволяет в большей степени формализовать процесс описания алгоритма, чем словесная форма и блок-схемы. Описание алгоритма на псевдокоде наиболее приближено к языкам программирования высокого уровня, хотя не является программой, исполняемой на ЭВМ.

Псевдокод – это частично формализованный язык описания алгоритмов или проектов программ. В качестве ключевых слов в нем используются слова естественного языка. Псевдокод включает в себя средства описания структур данных и описания действий.

Рассмотрим правила описания данных. Обрабатываемые алгоритмами данные характеризуются структурой, типом и назначением. Назначение данных определяет смысловое содержание данных, свойства реальных объектов, являющихся предметом данной задачи. По своему назначению данные делятся на три категории: входные данные, выходные данные и промежуточные данные задачи (алгоритма). Тип данных определяет набор допустимых значений и форму представления данных задачи в ЭВМ. По своему типу данные делятся на арифметические (числовые), символьные и логические. Эти типы данных называются базовыми или стандартными. Структура данных определяет способ объединения данных базовых типов. В алгоритмах используются следующие структуры данных: скаляры, массивы и записи. Скаляр – это именованная структура данных, содержащая неделимую единицу данных. В алгоритмах и программах являются простые переменные и константы.

Константы – это данные, которые при выполнении алгоритма (программы) всегда определены и неизменны. Переменные - это имена данных, которые в процессе выполнения программы могут изменять свое значение. В описании алгоритма на псевдокоде скалярные данные объявляются с помощью ключевого слова СКАЛЯР.

Массив - это упорядоченный набор однотипных переменных (элементов массива), объединенных общим именем и отличающихся номерами (индексами). С другой стороны, массив – это область памяти, в которой могут размещаться совокупности данных одного и того же типа. На псевдокоде массивы объявляются с помощью ключевого слова МАССИВ.

Для обращения к элементам массива используется имя массива с индексом, определяющим место расположение элемента в массиве. Массивы в программировании аналогичны таким понятиям в математике, как векторы и матрицы.

Запись – это именованная совокупность элементов различных типов. На псевдокоде записи объявляются с помощью ключевого слова ЗАПИСЬ. Доступ к элементам записи осуществляется по составному имени, включающему имя записи и имя элемента.

Общий вид описания алгоритма на псевдокоде может быть представлен следующим образом:

Алгоритм<название>

Входные данные:

< объявления >

Выходные данные:

< объявления >

Промежуточные данные:

< объявления >

Начало

<последовательность действий>

Конец

Любой алгоритм может быть представлен в виде описания последовательности действий. Под действием будем понимать либо базовую операцию, либо базовую структуру. В качестве базовых операций используются:

- операция присваивания значения переменной:

<переменная > := <выражение>,

где <выражение> - либо другая переменная, либо константа, либо формула, значение которой должно быть вычислено и присвоено переменной, указанной слева от знака := (присвоить). Например,

A:=5;

B:= C/sin(alfa);

D:=D+1.

- операция ввода/вывода:

ввод(<список ввода>)

где <список ввода> - список переменных, значения которых должны вводиться;

вывод(<список выражений>)

где <список выражений> - список переменных, констант и формул, значения которых должны выводиться и отображаться на экране дисплея. Например,

ввод(A,B,C);

вывод(‘A= ‘,A).

Базовые структуры алгоритмов образуются из базовых операций и других базовых структур по строго определенным правилам структурирования алгоритмов. Базовые структуры бывают трех типов:

• следование;

• разветвление;

• цикл.

Следование – это структура, указывающая, что действия должны быть выполнены друг за другом:

<действие 1>

<действие 2>

Блок-схема структуры «Следование» показана на рис. 3.2.