Компьютерное обеспечение специальностИ

Часть 2

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

для студентов направлений:

220700 – Автоматизация технологических процессов и производств

(для всех форм обучения)

Одобрено редакционно-издательским советом

Старый Оскол

УДК 004

ББК 32.973

Рецензент: главный конструктор ОАО «СОАТЭ» Калачев И.М.

Ковтун Н.И. Компьютерное обеспечение специальности. Методические указания по выполнению лабораторных работ. Старый Оскол: СТИ НИТУ

«МИСиС», 2016. – 102 с.

Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Компьютерное обеспечение специальности» для студентов направления 220700 – Автоматизация технологических процессов и производств, для всех форм обучения.

Ó Ковтун Н.И.

Ó СТИ НИТУ «МИСиС»

Содержание

Лабораторная работа № 1.. 5

Понятие алгоритма. Схемы алгоритмов. 5

Лабораторная работа № 2.. 18

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ.. 18

Лабораторная работа № 3.. 43

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ с разветвляющейся структурой... 43

Лабораторная работа № 4.. 60

Программирование процессов с циклической структурой... 60

Лабораторная работа № 5.. 79

Обработка одномерных и двумерных массивов. 79

список литературы.... 101

Предисловие

Изучение курса «Компьютерное обеспечение специальностью», часть 2 позволяет студентам освоить основы программирования и алгоритмизации в языках программирования ТР и Си, что позволяет перейти от традиционных ЯП, изучаемых в общеобразовательных учреждениях, к языкам, , используемым в дальнейшем при изучении спецкурсов кафедры, обучиться методологии самостоятельной работы с использованием современной литературы и технической документации в профессиональной деятельности.

Основное содержание лабораторных работ составляет подробное описание видов учебной работы, необходимых для достижения указанных целей. Лабораторные работы позволяют закрепить и обобщить теоретический материал путем его использования при работе с программными средами.

Лабораторная работа № 1

Понятие алгоритма. Схемы алгоритмов.

Цель:изучить понятие алгоритма, его свойства, способы представления, основные элементы блок-схем; научиться применять программные средства для построения схем данных

Теоретический материал

Алгоритм - точное предписание исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения поставленной цели за конечное число шагов.

Одним из фундаментальных понятий в информатике является понятие алгоритма. Происхождение самого термина «алгоритм» связано с математикой. Это слово происходит от Algorithmi – латинского написания имени Мухаммеда аль-Хорезми (787 – 850) выдающегося математика средневекового Востока. В своей книге "Об индийском счете" он сформулировал правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действий над ними столбиком. В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных.

В XII в. был выполнен латинский перевод его математического трактата, из которого европейцы узнали о десятичной позиционной системе счисления и правилах арифметики многозначных чисел. Именно эти правила в то время называли алгоритмами.

Данное выше определение алгоритма нельзя считать строгим – не вполне ясно, что такое «точное предписание» или «последовательность действий, обеспечивающая получение требуемого результата».

Поэтому обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций.

Такими свойствами являются:

• Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

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

• Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

• Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

На основании этих свойств иногда дается определение алгоритма, например: “Алгоритм – это последовательность математических, логических или вместе взятых операций, отличающихся детерменированностью, массовостью, направленностью и приводящая к решению всех задач данного класса за конечное число шагов”.

Такая трактовка понятия “алгоритм” является неполной и неточной.

Во-первых, неверно связывать алгоритм с решением какой-либо задачи. Алгоритм вообще может не решать никакой задачи.

Во-вторых, понятие “массовость” относится не к алгоритмам как к таковым, а к математическим методам в целом. Решение поставленных практикой задач математическими методами основано на абстрагировании – мы выделяем ряд существенных признаков, характерных для некоторого круга явлений, и строим на основании этих признаков математическую модель, отбрасывая несущественные признаки каждого конкретного явления. В этом смысле любая математическая модель обладает свойством массовости. Если в рамках построенной модели мы решаем задачу и решение представляем в виде алгоритма, то решение будет “массовым” благодаря природе математических методов, а не благодаря “массовости” алгоритма.

Требования, предъявляемые к алгоритму

Первое правило – при построении алгоритма, прежде всего, необходимо задать множество объектов, с которыми будет работать алгоритм. Формализованное (закодированное) представление этих объектов носит название данных. Алгоритм приступает к работе с некоторым набором данных, которые называются входными, и в результате своей работы выдает данные, которые называются выходными. Таким образом, алгоритм преобразует входные данные в выходные. Это правило позволяет сразу отделить алгоритмы от “методов” и “способов”. Пока мы не имеем формализованных входных данных, мы не можем построить алгоритм.

Второе правило – для работы алгоритма требуется память. В памяти размещаются входные данные, с которыми алгоритм начинает работать, промежуточные данные и выходные данные, которые являются результатом работы алгоритма. Память является дискретной, т.е. состоящей из отдельных ячеек. Поименованная ячейка памяти носит название переменной. В теории алгоритмов размеры памяти не ограничиваются, т.е. считается, что мы можем предоставить алгоритму любой необходимый для работы объем памяти.

В языках программирования распределение памяти осуществляется декларативными операторами (операторами описания переменных). При запуске программы транслятор языка анализирует все идентификаторы в тексте программы и отводит память под соответствующие переменные.

Третье правило – дискретность. Алгоритм строится из отдельных шагов (действий, операций, команд). Множество шагов, из которых составлен алгоритм, конечно.

Четвертое правило – детерменированность. После каждого шага необходимо указывать, какой шаг выполняется следующим, либо давать команду остановки.

Пятое правило – сходимость (результативность). Алгоритм должен завершать работу после конечного числа шагов. При этом необходимо указать, что считать результатом работы алгоритма.

Виды алгоритмов

Виды алгоритмов как логико-математических средств отражают указанные компоненты человеческой деятельности и тенденции, а сами алгоритмы в зависимости от цели, начальных условий задачи, путей ее решения, определения действий исполнителя подразделяются следующим образом:

• Механические алгоритмы, или иначе детерминированные, жесткие (например, алгоритм работы машины, двигателя и т.п.). Механический алгоритм задает определенные действия, обозначая их в единственной и достоверной последовательности, обеспечивая тем самым однозначный требуемый или искомый результат, если выполняются те условия процесса, задачи, для которых разработан алгоритм.

• Гибкие алгоритмы, например стохастические, т.е. вероятностные и эвристические:

a) Вероятностный (стохастический) алгоритм дает программу решения задачи несколькими путями или способами, приводящими к вероятному достижению результата.

b) Эвристический алгоритм (от греческого слова “эврика”) – это такой алгоритм, в котором достижение конечного результата программы действий однозначно не предопределено, так же как не обозначена вся последовательность действий, не выявлены все действия исполнителя. К эвристическим алгоритмам относят, например, инструкции и предписания. В этих алгоритмах используются универсальные логические процедуры и способы принятия решений, основанные на аналогиях, ассоциациях и прошлом опыте решения схожих задач.

На всех этапах подготовки к алгоритмизации задачи широко используется структурное представление алгоритма.

Схемы данных

Структурная (блок-, граф-) схема алгоритма – графическое изображение алгоритма в виде схемы связанных между собой с помощью стрелок (линий перехода) блоков – графических символов, каждый из которых соответствует одному шагу алгоритма. Внутри блока дается описание соответствующего действия.

Графическое изображение алгоритма широко используется перед программированием задачи вследствие его наглядности, т.к. зрительное восприятие обычно облегчает процесс написания программы, ее корректировки при возможных ошибках, осмысливание процесса обработки информации.

Можно встретить даже такое утверждение: “Внешне алгоритм представляет собой схему – набор прямоугольников и других символов, внутри которых записывается, что вычисляется, что вводится в машину и что выдается на печать и другие средства отображения информации “. Здесь форма представления алгоритма смешивается с самим алгоритмом.

Конфигурацию, перечень и размеры условных изображений, а также правила построения схем алгоритмов устанавливает ГОСТ 19.701–90 «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем».

Алгоритм выражен последовательностью графических символов, выполняющих определенные функции, и наличием связей между ними – линий, стрелок (потоками информации). Основное направление – сверху вниз и слева направо, при этом стрелки, указывающие основные направления, можно не ставить.