При решении задач с использованием структурного программиро вания можно выделить два основных направления:

1) "алгоритмический" подход; его заключается в следующем: схема решения задачи описывается на алгоритмическом языке (языке блок-схем алгоритмов) и затем переводится в програмную реализацию на конкретном языке программирования;

2) "программный" подход - описание решения задачи сразу на конкретном языке программирования.

В соответствии с этими направлениями чаще всего и преподает ся программирование. Уровень развития современных систем програм мированния (например, Visual Basic), благодаря хорошо организо ванным средствам отладки, позволяет создавать программы без ис пользования первого подхода. Однако, программный подход требует от человека наличие определенного стиля мышления и навыков работы с языком програмирования. Очевидно, что специалисты, имеющие пусть даже небольшой опыт в программировании, пользуются прог раммным подходом. Им не обязательно описывать решение задачи на алгоритмическом языке, они разрабатывают ее в "уме". В преподава нии такой подход хорош при изучении второго языка программирова ния, когда ученики уже имеют определенную подготовку.

    При изучении структурного программирования на начальном эта

пе более подходит "алгоритмический" подход. Он более полно и пос ледовательно позволяет раскрыть переход от математической формы описания задачи к ее программной реализации и помогает формиро вать у обучаемых алгоритмический стиль мышления, необходимый при решении задач с использованием языков программирования и изучении многих технических и общеинженерных дисциплин. Кроме того, на ос нове алгоритмического подхода можно изучать сразу несколько язы ков программирования (естественно, если позволяют время и техни ка).

В силу перечисленных достоинств наиболее верным и методичес ки правильным для преподавания программирования на начальном эта пе обучения является алгоритмический подход.

При изучении программирования с использованием алгоритмичес кого подхода учащиеся сталкиваются с двумя проблемами:

1) описание и детализация решения задачи на алгоритмическом языке;

2) переход от алгоритмических конструкций к конкретному языку программирования.

На разрешение этих трудностей должно быть направлено методи ческое обеспечение.

В первом случае это могут быть схемы основных базовых струк тур с описанием их работы и особенностей использования при пост роении алгоритмов.

Во-втором - таблицы перевода алгоритмических конструкций в конструкции языка программирования.

     23. 2. 2. БАЗОВЫЙ НАБОР СТРУКТУР И ПОСТРОЕНИЕ
     2АЛГОРИТМОВ НА ИХ ОСНОВЕ
    Теория структурного программирования доказывает, что алго

ритм любой степени сложности можно построить с помощью основного базового набора структур:

    1) последовательная (линейная) структура (рис. 2);
    2) ветвящаяся структура (рис. 3, 4);
    3) циклическая структура (рис. 5, 6, 7, ).

Наиболее простыми для понимания и использования являются ли нейные структуры. Линейным называется алгоритм (фрагмент алгорит ма), в котором отдельные предписания выполняются в естественном порядке (в порядке записи) независимо от значений исходных данных и промежуточных результатов.

Алгоритм может быть реализован в ЭВМ, если он содержит толь ко элементарные предписания. Такими элементарными, т. е. не требу ющими детализации, можно считать следующие предписания или опера ции:

    1) начало, конец;
    2) список данных;
    3) ввод, вывод;
    4) вычислительные операции, реализуемые оператором присваи
    вания.

Пример простейшего линейного алгоритма представлен на рис. 9. Не всякий алгоритм можно описать только линейными структура ми. Часто для дальнейшей детализации используются ветвящиеся структуры (рис. 3, 4), т. е. такие, в которых в зависимости от ис ходных данных или промежуточных результатов алгоритм реализуется по одному из нескольких, заранее предусмотренных (возможных) нап равлений. Такие направления часто называются ветвями.

Каждая ветвь может быть любой степени сложности, а может во обще не содержать предписаний, т. е. быть вырожденной. Выбор той или иной ветви осуществляется в зависимости от результата провер ки условия с конкретными данными. В каждом случае алгоритм реали

зуется только по одной ветви, а выполнение других исключается. Пример фрагмента алгоритма, содержащего ветвящиеся структуры, представлен на рис. 10.

Реализация на ЭВМ линейных и разветвляющихся программ не да ет большого выигрыша во времени по сравнению, например, с исполь зованием простого калькулятора. Настоящее преимущество вычисли тельной машины становится очевидным лишь при решении тех задач, где возникает необходимость многократного повторения одних и тех же фрагментов алгоритмов.

В циклических алгоритмах выполнение некоторых операторов (групп операторов) осуществляется многократно с одними и теми же или модифицированными данными.

Циклические алгоритмы часто называют циклами. В зависимости от способа организации числа повторений различают три типа циклов: 1) цикл с заданным условием продолжения работы (ЦИКЛ - ПО

    КА);
    2) цикл с заданным условием окончания работы (ЦИКЛ - ДО);
    3) цикл с заданным условием повторений работы (ЦИКЛ С ПАРА
    МЕТРОМ).

Структура цикла с заданным условием продолжения работы (ЦИКЛ - ПОКА) представлена на рис. 5. Тело цикла может включать в себя группу операторов любой степени сложности. При выполнении условия продолжения работы выполняется тело цикла, если же условие не вы полняется, то работа циклической структуры заканчивается и начи нается выполнение следующей структуры.

Структура ЦИКЛ - ПОКА предусматривает вариант, когда тело цикла не выполняется ни разу. Такое возможно, если условие, стоя щее в начале цикла, сразу же не выполняется. Когда на практике возникает необходимость использовать структуру, у которой тело цикла выполняется хотя бы один раз, то в этом случае применяется

    структура цикла, приведенная на рис. 6.

С помощью такой структуры обычно составляют алгоритмы итера ционных вычислительных процессов, т. е. таких, в которых для опре деления последующего значения переменной используется ее предыду щее значение. Выход из конструкции ЦИКЛ - ДО осуществляется по достижении параметром требуемого значения.

Рассмотренные типы циклических структур имеют один недоста ток: при ошибочном задании исходных данных может произойти зацик ливание, т. е. возникает ситуация, когда происходит бесконечное повторение тело цикла.

В практических инженерных задачах обычно известны начальные значения изменяемых величин, закон изменения и конечное число повторений. Переменная, изменение которой организуется в ходе ре ализации цикла, называется параметром цикла или управляющей пере менной. Алгоритм работы цикла с заданным числом повторений предс тавляет собой соединение линейной структуры (начало цикла), структуры ЦИКЛА - ПОКА (условие в нем заменено на противополож ное) и снова линейной (последовательной) структуры в теле цикла, см. рис. 8.

Прочитать этот алгоритм можно следующим образом: "меняя па раметр от начального значения до конечного с шагом  7< 0  7> 0, повторять тело цикла".

Алгоритм, приведенный на рис. 8, принято называть разверну той схемой цикла с заданным числом повторений. Такая схема явля ется очень удобной для анализа алгоритма и поиска ошибок. Однако при написании алгоритма можно использовать и компактную запись, представленную на рис. 7.

Таким образом, с помощью базового набора структур можно построить алгоритм любой степени сложности. Освоив принципы и средства структурной алгоритмизации, обучаемые должны уметь реа

лизовать их на конкретном языке программирования. Следовательно, основной концепцией в изучении ими любого языка програмирования будет являться методика перевода основных базовых структур в конструкции данного языка.

     23. 2. 3. РЕАЛИЗАЦИЯ БАЗОВОГО НАБОРА
     2СТРУКТУР НА ЯЗЫКЕ БЕЙСИК

Операторы программы, написанной на языке Бейсик, выполняются в порядке нумерации строк, где они находятся.

    Пример:
    10 INPUT A, X
    20 X=A+2 5* 0X
    30 PRINT X
    40 END

Номера строк могут иметь целые значения от 0 до 65535. Для изменения построчной последовательности выполнения программы име ется оператор безусловного перехода GOTO. Он имеет вид:

    GOTO  7< 0номер строки 7> 0.

При выполнении оператора GOTO программа продолжает выполнят ся с той строки, которая указана в операторе.

    Пример:
    ... .
    20 INPUT F
    30 INPUT A, B, C
    ... .
    80 F=A+2 5* 0(B-C)
    90 GOTO 20
    100 PRINT F
    ... .

В данном случае после строки с номером 90 будет выполнятся строка 20 и далее другие, следующие за ней.

Для организации ветвящихся структур в языке Бейсик имеется оператор условного перехода IF. Он имеет следующий вид:

IF  7< 0условие 7> 0 THEN  7< 0оператор 1 7> 0 ELSE  7< 0оператор 2 7>

Оператор IF может содержать только одну ветвь, если же по какому-либо из условий требуется выполнение нескольких операто ров, то вместо оператора в ветви указывается номер строки, с ко торого необходимо продолжить выполнение программы.

    Частные случаи оператора условного перехода IF:
    50 IF  7< 0усл.  7> 0 THEN  7< 0оп. 1 7>

50 IF  7< 0усл.  7> 0 THEN  7< 0ном. строки k 7> 0 ELSE  7< 0оп. 2 7> 50 IF  7< 0усл.  7> 0 THEN  7< 0ном. строки i 7> 0 ELSE  7< 0ном. строки j 7>

Оператор IF используется также для организации циклических структур. Структура ЦИКЛА - ПОКА на языке Бейсик записывается следующим образом:

    50 IF  7< 0усл.  7> 0 THEN 60 ELSE 102
    60  7< 0оператор тела цикла 1 7>
    ... .
    100  7< 0оператор тела цикла N 7>
    101 GOTO 50
    102  7< 0продолжение программы 7>

В данном случае, пока параметр цикла удовлетворяет заданному условию, осуществляется переход к телу цикла по строке 60 (THEN 60), и затем, после его выполнения и изменения параметра цикла, программа возвращается к сроке 50 ( 101 GOTO 50) для проверки ус ловия и т. д. Как только параметр цикла удовлетворит условию, дальнейшее выполнение программы начинается со строки 102 (ELSE 102).

ЦИКЛ - ДО тоже организуется с помощью оператора IF, только тело цикла предшествует проверке условия:

    50  7< 0оператор тела цикла 1 7>
    ... .
    100  7< 0оператор тела цикла N 7>
    101 IF  7< 0усл.  7> 0 THEN 50
    102  7< 0продолжение программы 7>

В данной конструкции тело цикла выполняется до тех пор, пока параметр цикла удовлетворяет условию (ветвь THEN 50).

    Для реализации цикла с заданным числом повторений в языке
    Бейсик имеется специальная конструкция:

50 FOR  7< 0параметр 7> 0= 7< 0нач. знач.  7> 0 ТО  7< 0кон. знач.  7> 0 STEP 7< 0шаг.  7>

    60  7< 0оператор тела цикла 1 7>
    ... .
    100  7< 0оператор тела цикла N 7>
    101 NEXT  7< 0параметр 7>
    102  7< 0продолжение программы 7>

В строке 50 задаются начальное и конечное значения парамет ров цикла, а также шаг, с которым осуществляется его изменение каждый раз после выполнения тела цикла (101 NEXT  7< 0параметр 7> 0). Операторы тела цикла выполняются до тех пор, пока текущее значе ние параметра не превысит конечного значения, как только это про изойдет, программа будет выполняться со строки 102.

В качестве основного методического пособия при изучении дан ного вопроса могут быть использованы таблицы перевода алгоритми ческих конструкций в конструкции языка программирования, предс тавленные на плакатах.

Линейные, ветвящиеся и циклические структуры могут содержать в себе операторы или блоки операторов любой степени сложности. Для детализации таких конструкций на языке программирования ис пользуются таблицы операторов и таблицы стандартных функций язы ка, которые имеются в описании системы программирования.

    .
     2ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5