Алгоритм информатика: Что такое алгоритм — урок. Информатика, 6 класс.

Содержание

Что такое алгоритм — урок. Информатика, 6 класс.

Повседневно человек выполняет большое количество самых разнообразных задач. Мы об этом даже не задумываемся, потому что некоторые задачи для нас стали автоматизированными действиями. Например, «почистить зубы», «перейти дорогу», «собрать портфель»  и т.д.

  

Иные задачи, наоборот, бывают настолько трудными, что требуют от нас длительных размышлений и немалых усилий для получения результата. Например, задача «выучить английский язык» требует от нас большое количество сложных действий, чем решение задачи «купить воды».

 

Любую, даже самую простую задачу мы всегда решаем за несколько последовательных шагов.

 

Рассмотрим задачу «вскипяти чайник» как последовательность действий:

  1. взять чайник;
  2. открыть крышку;
  3. налить воды;
  4. закрыть крышку;
  5. включить плиту;
  6. поставить чайник на плиту;
  7. дождаться, пока чайник закипит;
  8. выключить плиту.

Таким образом можно описать процесс решения любой задачи. Например, задачи, которые ты решаешь в школе «найти сумму двух чисел», «вычислить площадь прямоугольника», «выполнить синтаксический разбор предложения», «найти размер компьютерного файла».

  

Последовательность действий в решении задачи называется алгоритмом. Исполнитель — это объект, который может выполнить алгоритм. Исполнителем может быть человек, животное или какое-то устройство: компьютер, стиральная машина.

Алгоритм — конечная последовательность шагов в решении задачи, приводящая от исходных данных к требуемому результату.

Свойства алгоритма.

  1. Понятность. Алгоритм должен быть написан на понятном для исполнителя языке. Действия должны быть точными, ясными, однозначными.
  2. Прерывность (раздельность). Алгоритм должен представлять собой отдельные шаги. Необходимо использовать минимальное количество шагов. Каждый шаг должен приносить определенный результат.
  3. Результативность. Каждый алгоритм должен приводить к обязательному решению поставленной задачи.
  4. Обобщенность (массовость). Алгоритм должен решать не одну какую-то задачу, а некоторый класс однотипных задач. Например, написали алгоритм для вычисления суммы двух чисел. Этот алгоритм должен работать для сложения любых двух чисел.

Урок 1. основные сведения об алгоритмах — Информатика — 11 класс

Информатика, 11 класс. Урок № 1.

Тема — Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Способы записи алгоритма. Понятие сложности алгоритма

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: алгоритм, свойства алгоритма: дискретность, детерминированность, понятность, результативность, конечность, массовость, исполнитель алгоритма, сложность алгоритма

Глоссарий по теме: алгоритм, исполнитель алгоритма, дискретность, детерминированность, понятность, конечность, массовость, сложность алгоритма.

Основная литература по теме урока:

Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 11 класса

— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017

Дополнительная литература по теме урока:

К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин. Информатика углубленный уровень: учебник для 10 класса: часть 2 — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013

И. Г. Семакин, Т. Ю. Шеина, Л. В. Шестакова Информатика и ИКТ. Профильный уровень: учебник для 10 класса — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010

Теоретический материал для самостоятельного изучения

На протяжении всей жизни, в учебе, на работе или в быту человек сталкивается с необходимостью решения огромного количества задач.

Для решения любой задачи надо знать, что дано и что следует получить. Для получения результатов необходимо знать способ решения задачи, т. е. располагать алгоритмом.

Алгоритм — это точная конечная система предписаний, определяющая содержание и порядок действий исполнителя над некоторыми объектами для получения искомого результата.

Исполнитель алгоритма — это субъект или устройство, способные правильно интерпретировать описание алгоритма и выполнить содержащийся в нем перечень действий.

Исполнители бывают неформальными и формальными.

В информатике рассматривают только формальных исполнителей, которые не понимают и не могут понять смысл даваемых команд. К этому типу относятся все технические устройства, в том числе и компьютер.

Свойства алгоритма

Дискретность — алгоритм состоит из отдельных команд, каждая из которых выполняется за конечное число шагов.

Детерминированность (или определенность) — при каждом запуске алгоритма с одними и теми же исходными данными должен быть получен один и тот же результат.

Понятность — алгоритм содержит только те команды, которые входят в систему команд исполнителя, для которого он предназначен.

Конечность (или результативность) — для корректного набора данных алгоритм должен завершиться через конечное время с вполне определенным результатом. При этом результатом может быть и сообщение о том, что задача не имеет решений.

Массовость — алгоритм предназначен для решения не одной частной задачи, а для некоторого класса задач.

Способы записи алгоритмов

Алгоритмы можно записывать разными способами:

— на естественном языке;

— графически в виде блок-схем;

— в виде программы на каком-либо языке программирования.

Если задача имеет алгоритмическое решение вообще, то можно придумать множество алгоритмов ее решения. Критерием выбора наилучшего алгоритма является сложность алгоритма — количество элементарных действий, которые выполняет исполнитель при решении задачи, пользуясь данным алгоритмом.

Сложность алгоритма принято обозначать O(n) (читается «О большое от эн»).

Сложность алгоритма выражают в виде функции от объема входных данных.

Лучшим считается алгоритм, имеющий наименьшую сложность.

Введение в понятие алгоритма

Понятие алгоритма

В сегодняшнем социуме слово «алгоритм» настолько широко распространено, что большинству интуитивно понятно. Под ним мы понимаем какую-либо последовательность шагов для достижения той или иной цели. Однако для теоретической науки понятие «алгоритма» достаточно сложное.

Считается, что однозначного определения алгоритма нет, хотя в основном различные источники дают очень близкие определения.

Итак, в широко распространенных определениях алгоритма (в рамках школьного курса информатики) можно выделить следующие составляющие:

Алгоритм – это конечная последовательность указаний …

  • … на языке понятном исполнителю, …
  • … задающая процесс решения задач определенного типа …
  • … и ведущая к получению результата, однозначно определяемого допустимыми исходными данными.

В последнем пункте определения говорится о том, что результат выполнения алгоритма напрямую зависит от исходных данных. Т.е. один и тот же алгоритм при разных исходных данных даст разные результаты. С другой стороны, если одному и тому же алгоритму передать несколько раз одни и те же данные, он должен столько же раз выдать один и тот же результат.

Слово «алгоритм» происходит от имени ученого IX века Муххамеда бен Аль-Хорезми («аль-хорезми» -> «алгоритм»), который описал правила выполнения арифметических действий в десятичной системе счисления. Словом «алгоритм» потом и стали обозначать эти правила вычислений. Однако с течением времени понятие алгоритма видоизменялось и в XX веке под ним стали понимать какую-либо последовательность действий, приводящую к решению поставленной задачи.

Сначала определение понятия алгоритма было проблемой математики, однако с течением времени теория алгоритмов стала развиваться за счет влияния открытий не только в математике, но и в информатике. В настоящее время алгоритм является одним из главных понятий информатики.

Другими словами, следует понимать, что первоначально теория алгоритмов возникла в математике и представляла собой поиск способов решения задач определенного типа посредством определенного набора указаний.

Свойства алгоритма

  1. Дискретность (в данном случае, разделенность на части) и упорядоченность. Алгоритм должен состоять из отдельных действий, которые выполняются последовательно друг за другом.
  2. Детерминированность (однозначная определенность). Многократное применение одного алгоритма к одному и тому же набору исходных данных всегда дает один и тот же результат.
  3. Формальность. Алгоритм не должен допускать неоднозначности толкования действий для исполнителя.
  4. Результативность и конечность. Работа алгоритма должна завершаться за определенное число шагов, при этом задача должна быть решена.
  5. Массовость. Определенный алгоритм должен быть применим ко всем однотипным задачам.

Исполнитель и разработчик алгоритма

Разрабатывать, придумывать алгоритмы могут только разумные существа (например, человек). А вот формально (не думая и не оценивая) исполнять, могут какие-либо машины (например, компьютеры, бытовые приборы). В чем польза такого разделения труда? Дело в том, что человек освобождается от рутинной деятельности, которая часто может занимать много времени, и поручает ее машинам.

Однако машины не люди: приборы понимают лишь ограниченное число команд и могут обрабатывать данные (объекты) далеко не всех типов. Отсюда следует, что разработчик алгоритма в конечном итоге должен описать алгоритм в допустимых командах определенного исполнителя (той машины, которой будет поручено выполнение алгоритма). Совокупность команд, которые данный исполнитель может выполнять, называется системой команд исполнителя. Объекты (данные), над которыми исполнитель может выполнять действия, формируют среду исполнителя.

Язык программирования — средство записи алгоритмов для компьютеров

Достаточно универсальным исполнителем является компьютер. С его помощью можно выполнять разнообразные по видам алгоритмы: делать математические вычисления, обрабатывать текстовые данные, изменять графику и др. В каком-то смысле компьютер может делать многое, что и человек, а некоторые вещи намного быстрее. Однако человек и компьютер «разговаривают» на совершенно разных языках: один – на естественном (русском, английском и др. ), а другой – на формальном (машинном) языке.

Разработав алгоритм, человек должен как-то «объяснить» его компьютеру. Для этих целей служат языки программирования, а результатом записи алгоритма на них является программа.

В настоящее время язык программирования – это скорее некий посредник между человеком и вычислительной машиной. Программа, написанная на языке программирования, в последствии переводится на машинный язык транслятором.

Итог

Изучение алгоритмов имеет большую практическую значимость. Это связано с тем, что создание алгоритма предполагает подробное описание каждого шага решения задачи, и в конечном итоге шаг алгоритма может быть достаточно прост для выполнения его компьютером. А значит, задачи, для которых можно выработать алгоритм их решения, могут быть автоматизированы, т.е. переложены «на плечи» машин.

Однако следует всегда помнить, что не все задачи имеют алгоритмическое решение.

При этом для тех задач, которые все-таки имеют алгоритмическое решение, могут быть разработаны различные алгоритмы. Но наиболее эффективным, скорее всего, будет только один.

АЛГОРИТМ. Урок 1. Понятие Алгоритма. | Учи Урок информатики

Основано на учебнике Босовой Людмилы Леонидовны

Каждый человек в повседневной жизни, в учёбе или на работе ре­шает огромное количество задач самой разной сложности. Сложные задачи требуют длительных размышлений для нахождения реше­ния; простые и привычные задачи человек решает не задумываясь, автоматически. В большинстве случаев решение каждой задачи мож­но разбить на простые этапы (шаги). Для многих таких задач (уста­новка программного обеспечения, сборка шкафа, создание сайта, эксплуатация технического устройства, покупка авиабилета через Интернет и т. д.) уже разработаны и предлагаются пошаговые инструкции, при последовательном выполнении которых можно прийти к желаемому результату.

Пример 1. Задача «Найти среднее арифметическое двух чисел» ре­шается в три шага:

  1. задумать два числа;
  2. сложить два задуманных числа;
  3. полученную сумму разделить на 2.

Пример 2. Задача «Внести деньги на счёт телефона» подразделяет­ся на следующие шаги:

  1. подойти к терминалу по оплате платежей;
  2. выбрать оператора связи;
  3. ввести номер телефона;
  4. проверить правильность введённого номера;
  5. вставить денежную купюру в купюроприёмник;
  6. дождаться сообщения о зачислении денег на счет;
  7. получить чек.

Пример 3. Этапы решения задачи «Нарисовать лошадь» представлены графически:

Нахождение среднего арифметического, внесение денег на телефонный счёт и рисование лошади — на первый взгляд совершенно раз­ные процессы. Но у них есть общая черта: каждый из этих процессов описывается последовательностями кратких указаний, точное следо­вание которым позволяет получить требуемый результат. Последова­тельности указаний, приведённые в примерах 1-3, являются алго­ритмами решения соответствующих задач. Исполнитель этих алго­ритмов — человек.

Алгоритм может представлять собой описание некоторой последо­вательности вычислений (пример 1) или шагов нематематического характера (примеры 2, пример 3). Но в любом случае перед его разработкой должны быть чётко определены начальные условия (исходные дан­ные) и то, что предстоит получить (результат). Можно сказать, что алгоритм — это описание последовательности шагов в решении зада­чи, приводящих от исходных данных к требуемому результату.

В общем виде схему работы алгоритма можно представить следую­щим образом:

Алгоритмами являются изучаемые в школе правила сложения, вычитания, умножения и деления чисел, грамматические правила, правила геометрических построений и т. д.

Анимации «Исполнитель алгоритма», «Расставь пропущенные команды в алгоритме для робота», помогут вам познакомится с некоторыми алгоритмами.

Пример 4.  Некоторый алгоритм приводит к тому, что из одной це­почки символов получается новая цепочка следующим образом:

  1. Вычисляется длина (в символах) исходной цепочки символов.
  2. Если длина исходной цепочки нечётна, то к исходной цепочке справа приписывается цифра 1, иначе цепочка не изменяется.
  3. Символы попарно меняются местами (первый — со вторым, тре­тий — с четвёртым, пятый — с шестым и т. д).
  4. Справа к полученной цепочке приписывается цифра 2.

Получившаяся таким образом цепочка является результатом ра­боты алгоритма.

Так, если исходной была цепочка А#В, то результатом работы ал­горитма будет цепочка #А1В2, а если исходной цепочкой была АБВ@, то результатом работы алгоритма будет цепочка БА@В2.

Исполнитель алгоритма
Расставьте пропущенные команды в алгоритме робота

Пожалуйста, оцените статью

4.2 из 5. (Всего голосов:265)

Все статьи раздела

Учебный курс «Информатика»

  • Моделирование и формализация
  • Алгоритм и его свойства
  • Способы записи алгоритмов
  • Линейные алгоритмы (следование)
  • Ветвления в алгоритмах
  • Циклическая форма организации действий
  • Замкнутые и разомкнутые системы управления
  • Языки программирования
  • Вопросы и упражнения
  •     
    Слово «алгоритм» происходит от латинской формы написания имени арабского математика Аль Хорезми. Известно, что он родился до 800 г., а умер после 847 г., жил и работал в Багдаде — крупном научном центре и влиятельной столице Древнего Востока. Аль Хорезми использовал индийскую позиционную систему счисления с нулём и сформировал правила четырёх арифметических действий над многозначными числами. Первоначально под алгоритмами понимали только эти правила, но в дальнейшем понятие алгоритма стали использовать более широко.

        Разработать алгоритм – это разбить задачу на последовательно выполняемые шаги (этапы).

        Примеры алгоритмов:

        С помощью алгоритмов решаются не только традиционные для математики вычислительные задачи, но и многие другие, возникающие в быту или на производстве. И было бы ошибкой думать, что алгоритмы могут вам пригодиться только в том случае, если вы станете программистами. Умение конструировать алгоритмы и чётко их формулировать — очень важный навык современного человека. Рассмотрим несколько алгоритмов, с которыми можно встретиться в жизни.

        Алгоритм пользования автоматической междугородной телефонной связью:

        1.Наберите цифру 8 и дождитесь непрерывного гудка.

        2.Наберите код вызываемого города.

        3.Наберите номер телефона вызываемого абонента.    

        Дети очень любят играть и иногда в своих играх используют игровые алгоритмы.

        Пример игрового алгоритма:

        1.Загадай число.

        2.Умножь на 5.

        3.Прибавь 8.

        4.Умножь на 2.

        5.Отними 16.

        6.Отбрось крайнюю правую цифру и получишь загаданное число.

        Вспомните, как вы переходите через проезжую часть. Вы с малых лет помните правила перехода через улицу, а ведь их можно тоже назвать алгоритмом. Вся повседневная жизнь человека — это деятельность по алгоритмам.

        Попробуем сравнить все рассмотренные примеры. На первый взгляд, в них нет ничего общего: один алгоритм поможет позвонить за пределы города, другой — решить квадратное уравнение, третий — отгадать задуманное число, а четвёртый — перейти улицу. Но более глубокий анализ покажет наличие последовательности действий в каждом алгоритме. Причём, каждое действие записано в виде одного или нескольких предложений, называемых предписаниями. Требуется точно исполнять все предписания, чтобы от исходных данных перейти к заранее определённому результату.

        Следовательно, алгоритм — это строго организованная последовательность действий (предписаний), приводящая от исходных данных к конкретному результату.

        Попробуем переставить местами шаги в любом из предложенных алгоритмов:

        1. Загадай число.

        2. Прибавь 8.

        3. Умножь на 5.

        4. Отними 16.

        5. Умножь на 2.

        6.Отбрось крайнюю правую цифру и получишь загаданное число.

        Исполнив этот алгоритм, вы не получите требуемого результата.

        Результативность — это одно из свойств алгоритма, позволяющее решить задачу за конечное число шагов. В противном случае считается, что алгоритм неприменим для решения данной задачи.

        Разделение выполнения решения задачи на отдельные операции — важное свойство алгоритмов, называемое дискретностью. Нельзя перейти к следующему действию, не закончив предыдущего. Снова рассмотрим один из примеров — алгоритм нахождения корней квадратного уравнения: не закончив вычислять дискриминант, вы врядли решите квадратное уравнение.

        Итак, исходя из этих основных свойств алгоритма, приходим к выводу:

        1.Алгоритм состоит из точных предписаний.

        2.Нельзя менять порядок выполнения предписаний.

        3.Нельзя переходить к следующему действию, не закончив предыдущего.

        Рассмотрим ещё один пример алгоритма:

        1. Подойти к реке.

        2. Войти в реку.

        3. Идти по дну, пока не выйдешь на другой берег.

        Выполним ли этот алгоритм, если человек подошёл к реке Волге? Ответ однозначен — нет. А в каком случае этот алгоритм будет выполнен, и кто может пройти по дну реки Волги? Оказывается, алгоритм выполнится, если по дну пойдёт человек со специальным снаряжением или робот-“подводник”. Он также будет исполнен, если человек без снаряжения подойдёт не к Волге, а к маленькой речке, глубина которой не выше шеи человека.

        Следовательно, один и тот же алгоритм может быть верным и неверным в зависимости от того, каковы исходные данные и кто исполнитель алгоритма.
    Исполнитель — это человек или автомат (в частности им может быть процессор ЭВМ), умеющий выполнять некоторый набор действий которые можно назвать командами.

        Исполнитель может исполнять команды из набора и ничего более. Набор команд называют допустимыми действиями исполнителя. Но управлять надо исполнителем правильно и точно.

        Рассмотрим пример: имеется исполнитель “Перевозчик”. Набор его допустимых действий следующий:

        1. Перевези волка.

        2. Перевези козу.

        3. Перевези капусту.

        4. Переправься обратно один.

        Перед нами “гипотетический” человек, который, строго руководствуясь алгоритмом, решает задачу. Про такого человека можно сказать, что он решает поставленную задачу машинально, без эмоций, без мыслей. Его и в самом деле можно заменить машиной, выполняющей те же допустимые действия. Всё, что умеет делать такой человек — это исполнять только четыре команды. Составим для данного исполнителя алгоритм решения следующей задачи: перевозчик находится на левом берегу реки с волком, козой и капустой. Требуется переправить их на правый берег, но лодка слишком мала: перевозчик может взять с собой только одного пассажира — либо волка, либо козу, либо капусту. Но если он оставит на берегу волка с козой, то “от козы останутся лишь рожки да ножки”, если он оставит козу с капустой, то коза съест капусту. Только в присутствии перевозчика они не безобразничают.

    Алгоритм “Перевозчик”

       &nbspИсходные данные: волк, коза, капуста, лодка, перевозчик на левом берегу.

        Результат: волк, коза, капуста, лодка, перевозчик на правом берегу.

        Исполнитель: перевозчик.

        Последовательность действий:         

        1. Перевези козу.

        2. Переправься обратно один.

        3. Перевези волка.

        4. Перевези козу.

        5. Перевези капусту.

        6. Переправься обратно один.

        7. Перевези козу.

        Исполнителем указанных действий является человек — перевозчик, решающий задачу по алгоритму машинально. Исполнителем может быть и какое-то устройство, в этом случае выражение “машинальное действие”, употребляемое обычно в переносном смысле, при современном уровне развития науки и техники приобретает прямой смысл.

        Представим себе небольшое устройство, похожее на электронную игру. На экране изображены волк, коза, капуста и перевозчик с лодкой. Рядом с экраном находятся четыре кнопки. Над первой кнопкой надпись “Перевези козу” над второй — “Перевези волка”, над третьей — “Перевези капусту”, над четвёртой — “Переправься обратно один”. Нажимая на кнопки, мы можем передвигать существа по экрану. Других способов управления ими в данном устройстве нет. Последовательность действий для решения задачи будет состоять из нажатий на кнопки в указанном порядке: 1, 4, 2, 1, 3, 4, 1.

        Итак, упрощённо исполнителя можно представить как устройство, состоящее из двух частей: устройства управления и набора инструментов. Команды алгоритма выполняются устройством управления с помощью набора инструментов одна за другой.

        Совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя.

        Сумеет исполнитель решить предложенную задачу или нет, зависит от среды, в которой он действует, и от правильности системы команд, данных ему.

    Знакомство с исполнителем РОБОТ:

        Исполнитель не может одиннадцать раз шагнуть вправо, т.к. на 10 шаге клетчатое поле (среда, в которой он действует) закончится. А команду “Шагнуть вправо” он просто не поймёт, т.к. понимает только команду “вправо”. Используемые на практике записи алгоритмов составляются с ориентацией на определённого исполнителя. Чтобы составить для него алгоритм, нужно знать, какие предписания этот исполнитель может понять и исполнить, а какие не может. Следовательно, составляя алгоритм для определённого исполнителя, можно использовать лишь те команды, запись которых имеется в его системе команд, т.е. отдаваться они должны так, как заранее было предусмотрено. Это свойство алгоритмов будем называть понятностью.          

         Рассмотрим и другие свойства алгоритма: детерминированность и массовость. Детерминированность (определённость) означает, что правила, образующие алгоритм, должны быть строго определенными, однозначными и непротиворечивыми. Этим обеспечивается его независимость от исполнителя, будь то человек, устройство или компьютер. Массовость — это свойство алгоритма обеспечивать решение не одной конкретной задачи, а целого множества задач данного типа.

    Алгоритмы (свойства, реализация алгоритмов) — Информатика, информационные технологии

    Алгоритм решения задачи – это система точных и понятных предписаний о содержании и последовательности выполнении конечного числа действий, необходимых для решения любой задачи данного типа.

    Алгоритм – это конечный набор правил, последовательное применение, которых к обрабатываемой информации за конечное число шагов позволяет получить результаты обработки (правила выполнения арифметических действий, правила решения определенных видов уравнений и т.д.).

    Слово алгоритм появилось в результате искажения (после перевода на европейские языки) имени выдающего математика IX века Аль –Хорезми, которым были описаны правила выполнения основных арифметических действий в десятичной системе счисления. Понятие алгоритма возникло и используется ранее, чем появление ЭВМ.

    Основные свойства алгоритма:

    1. Дискретность, т.е. пошаговый характер определяемого им процесса. Описываемый процесс должен быть разбит на последовательность отдельных шагов. При каждом шаге работы алгоритма известно, что считать результатом шага.

    2. Детерминированность (однозначность или определенность). Процесс применения правил к исходным данным определен вполне однозначно, результат работы алгоритма также будет однозначен. Запись алгоритма должна быть настолько четкой, полной, продуманной в деталях, чтобы у исполнителя не могло возникать потребности в принятии каких-либо самостоятельных решений, не предусмотренных составителем алгоритма.

    3. Массовость. Необходимы алгоритмы, обеспечивающие решение широкого класса задач данного типа. Они предполагают возможность использовать различные допустимые значения исходящих данных.

    Например: решение уравнения ах2+вх+с=0 в области действительных чисел может быть найдено по формуле:

    , которые применяемы не для одного, а для многих квадратных уравнений с коэффициентами а, в, с, удовлетворяющих условию

    D=в2 -4ас 0

    4. Результативность. При точном исполнении всех предписаний алгоритма процесс должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен какой-либо определенный ответ на вопрос задачи.

    Под алгоритмизацией понимают процесс разработки алгоритма решения какой-либо задачи.

    Формы (способы) записи алгоритмов:

    1. Словесный способ алгоритма – содержание последовательных шагов вычислений задается в произвольной форме на естественном языке. Например:

    1. Прочитать заданное значение х.

    2. Умножить х на 8.

    3. Из результата второго действия (шага) извлечь квадратный корень.

    4. К результату третьего действия прибавить 1.

    5. Умножить х на 3.

    6. Результат пятого действия разделить на результат четвертого действия.

    7. Записать значение результата у.

    Недостатки: низкая наглядность и слабая формализация. Этим способом можно описывать алгоритмы с произвольной степенью детализации.

    2. Формульно-словесный способ основывается на задании последовательных шагов алгоритма с помощью математических формул и выражений в сочетании со словесными выражениями. Например:

    1. Если Х0, то перейти к шагу 2, в противном случае перейти к шагу 3.

    2. Положить S= +D. Перейти к шагу 4.

    3. Положить S=X-A. Перейти к шагу 4.

    4. Принять S за искомый результат и остановиться.

    Он более компактен и нагляден, но не является строго формальным.

    3. Операторные схемы записи алгоритмов – это аналитическая форма представления алгоритма с помощью операторов, описывающих содержание отдельных участков вычислительного процесса. Участки алгоритма могут разделяться по своему назначению. Одни участки предусматривают вычисления с помощью арифметических операций, другие предназначены для проверки некоторых условий, выполнение которых определяет порядок работы алгоритма. Первые называются арифметическими операторами, вторые – логическими операторами. Имеется также группа специальных операторов управления (ввод-вывод данных, оператор останова и т.д.). Весь процесс решения задач состоит из последовательности выполнения таких операторов. Обозначения операторов.

    B- ввод исходных данных

    A- арифметический оператор

    П — оператор печати (вывода)

    Р — логический оператор

    Я — оператор останова

    Операторы имеют номера-индексы в соответствии с порядком их исследования. Логический оператор записывается как функция, аргументом которой служит проверяемое условие P (i=N) или P(? ?o)и т.д.

    Операторы выполняются последовательно, которые могут нарушить логические операторы и безусловные операторы передачи управления. Если окажется, что проверяемое условие истинно, то очередным становится оператор, стоящий справа от логического оператора, в противном случае, когда логическое условие не соблюдается, оператор – приемник указывается стрелкой. Отсутствие передачи управления от оператора слева к соседнему оператору справа обозначается точкой с запятой (;). Алгоритм завершается оператором останова.

    Операторная схема алгоритма сопровождается схемой счета.

    Например:

    Схема счета представлена в виде таблицы

    Символ-оператор Содержание оператора
    В1Р2 А3А4П5Я6 Ввод исходных данныхПроверка выполнения логического условия (X0)Вычисление значения Вычисление значения S= X-AПечать вычисленного значения SОстанов
    Операторная схема выглядит следующим образом B1 P2 (х0) А3; А4 П5 Я6

    Ввел этот метод А.А. Ляпунов в 1954 году. Операторные схемы имеют формальный уровень, близкий к алгоритмическим языкам, и поэтому могут рассматриваться как средство автоматизации программирования.

    4. Метод блок-схемы – это графическое изображение логической структуры алгоритма. На блок-схеме каждый этап процесса обработки представляется в виде геометрических фигур (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера вычисляемых операций. Блоки соединяются стрелками, которые определяют последовательность их выполнения. Этот метод наиболее наглядный и удобный.

    Основные виды блоков:

    — процесс

    — ввод, вывод

    — начало, конец (останов)

    — магнитный диск

    — логические решения

    — выходной документ

    — магнитная лента

    — соединитель

    — вывод на экран дисплея

    Например:

    5. Псевдокод или структурно-стилизованный способ записи алгоритма основан на формализованном представлении предписаний. Разновидность: алгоритмический язык в русской нотации. Это например:

    алг. запись

    арг. истина

    если ложь

    нач. массив

    кон.

    Важнейшая особенность – близость к алгоязыкам программирования.

    6. Язык программирования используется для записи алгоритмов в виде, непосредственно доступном ЭВМ.

    Программа, написанная на языке программирования, представляет собой последовательность операторов, реализующих заданный алгоритм.

    Языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, БЕЙСИК, КОБОЛ, АЛГОЛ, ПАСКАЛЬ, СИ, ПЛ/1 и др.

    Например:

    На языке Бейсик это выглядит следующим образом:

    10 INPUT «Исх. данные», Х, D, А

    20 IF X0 THEN 5 O

    30 S=Х- А

    40 Goto 6 O

    50 S=SQR (X) +D

    60 PRINT «Результат=», S

    70 END

    Структуры данных

    При создании нового алгоритма предоставляется так называемый, базовый алгоритм, что является минимально необходимым логическим набором для проведения: элементарных действий с данными. Базовый алгоритм состоит из четырех элементов:

    1.начало алгоритма;

    2. ввод данных;

    3. элемент расчета;

    4. конец алгоритма.

    При этом, по умолчанию, третий элемент — элемент расчета необходим для того, чтобы явно указать передачу введенных данных в элементе ввода на конечный элемент алгоритма. Тем самым базовый алгоритм позволяет осуществлять передачу данных, получая их из вне, без какой-либо дополнительной математической обработки.

    Структуры данных, применяемые в алгоритмах, могут быть чрезвычайно сложными. В результате выбор правильного представления данных часто служит ключом к удачному программированию и может в большей степени сказываться на производительности программы, чем детали используемого алгоритма. Вряд ли когда-нибудь появится общая теория выбора структур данных. Самое лучшее, что можно сделать,- это разобраться во всех вазовых кирпичиках и в собранных из них структурах. Способность приложить эти знания к конструированию больших систем — это прежде всего дело инженерного мастерства и практики.

    Начиная изучение структур данных или информационных структур, необходимо ясно установить, что понимается под информацией, как информация передается и как она физически размещается в памяти вычислительной машины.

    Информация по каждому типу однозначно определяет:

    1) структуру хранения данных указанного типа, т ,e. выделение памяти и представление данных в ней, с одной стороны, и интерпретирование двоичного представления, с другой;

    2) множество допустимых значений, которые может иметь тот или иной объект описываемого типа;

    3) множество допустимых операций, которые применимы к объекту описываемого типа.

    В вычислительной технике структура данных — это программная единица, позволяющая хранить и обрабатывать множество однотипных и/или логически связанных данных. Для добавления, поиска, изменения и удаления данных структура данных предоставляет некоторый набор функций, составляющих интерфейс структуры данных. Структуры данных формируются с помощью типов данных, ссылок и операций над ними в выбранном языке программирования.

    Массив — упорядоченный набор данных, для хранения данных одного типа, идентифицируемых с помощью одного или нескольких индексов. В простейшем случае массив имеет постоянную длину и хранит единицы данных одного и того же типа. Количество используемых индексов массива может быть различным. Массивы с одним индексом называют одномерными, с двумя — двумерными и т. д. Одномерный массив нестрого соответствует вектору в математике., двумерный — матрице. Чаще всего применяются массивы с одним или двумя индексами, реже — с тремя, ещё большее количество индексов встречается крайне редко.

    Тип (сорт) — относительно устойчивая, независимая совокупность элементов, которую можно выделить во всем рассматриваемом множестве (предметной области} Типы данных бывзют следующие:

    Простые.

    Перечислимый тип может хранить только те значения, которые прямо указаны в его описании:

    -Числовые. Хранятся числа. Могут применяться обычные арифметические операции.

    -Целочисленные: со знаком, то есть могут принимать как положительные, так и отрицательные значения; и без знака, то есть могут принимать только неотрицательные значения.

    -Вещественные: с запятой (то есть хранятся знак и цифры целой и дробной частей) и с плавающей запятой (то есть число приводится к виду m*2е, где m — мантисса, е — экспонента, причем 1/2

    — Числа произвольной точности, обращение с которыми происходит посредством длинной арифметики.

    -Символьный тип. Хранит один символ. Могут использоваться различные кодировки.

    -Логический тип. Имеет два значения: истина и ложь. Могут применяться логические операции. Используется в операторах ветвления и циклах. В некоторых языках является подтипом числового типа, при этом ложь=0, истина=1.

    -Множество. В основном совпадает с обычным математическим понятием множества. Допустимы стандартные операции с множествами и проверка на принадлежность элемента множеству. В некоторых языках рассматривается как составной тип.

    Составные (сложные).

    -Массив. Является индексированным набором элементов одного типа. Одномерный массив — вектор, двумерный массив — матрица.

    -Строковый тип. Хранит строку символов. Аналогом сложения в строковой алгебре является конкатенация (прибавление одной строки в конец другой строки). В языках, близких к бинарному представлению данных, чаще рассматривается как массив символов, в языках более высокой абстракции зачастую выделяется в качестве простого.

    -Запись (структура). Набор различных элементов (полей записи), хранимый как единое целое. Возможен доступ к отдельным полям записи. Например, struct в С или record в Pascal.

    -Файловый тип. Хранит только однотипные значения, доступ к которым осуществляется только последовательно (файл с произвольным доступом, включённый в некоторые системы программирования, фактически является неявным массивом).

    Алгоритмические структуры

    Теория алгоритмов — наука, изучающая общие свойства и закономерности алгоритмов и разнообразные формальные модели их представления. К задачам теории алгоритмов относятся формальное доказательство алгоритмической неразрешимости задач, асимптотический анализ сложности алгоритмов, классификация алгоритмов в соответствии с классами сложности, разработка критериев сравнительной оценки качества алгоритмов и т. п.

    Машина Тьюринга (МТ) — абстрактный исполнитель (абстрактная вычислительная машина). была предложена Аланом Тьюрингом в 1936_ходу для формализации понятия алгоритма.

    Машина Тьюринга является расширением конечного автомата и, согласно тезису Чёрча — Тьюринга, способна имитировать все другие исполнители (с помощью задания правил перехода), каким-либо образом реализующие процесс пошагового вычисления, в котором каждый шаг вычисления достаточно элементарен.

    Устройство машины Тьюринга

    В состав машины Тьюринга входит бесконечная в обе стороны лента (возможны машины Тьюринга, которые имеют несколько бесконечных лент), разделённая на ячейки, и управляющее устройство, способное находиться в одном из множества состояний. Число возможных состояний управляющего устройства конечно и точно задано.

    Управляющее устройство может перемещаться влево и вправо по ленте, читать и записывать в ячейки ленты символы некоторого конечного алфавита. Выделяется особый пустой символ, заполняющий все клетки ленты, кроме тех из них (конечного числа), на которых записаны входные данные.

    Управляющее устройство работает согласно правилам перехода, которые представляют алгоритм, реализуемый данной машиной Тьюринга. Каждое правило перехода предписывает машине, в зависимости от текущего состояния и наблюдаемого в текущей клетке символа, записать в эту клетку новый символ, перейти в новое состояние и переместиться на одну клетку влево или вправо. Некоторые состояния машины Тьюринга могут быть помечены как терминальные, и переход в любое из них означает конец работы, остановку алгоритма.

    Машина Тьюринга называется детерминированной, если каждой комбинации состояния и ленточного символа в таблице соответствует не более одного правила. Если существует пара (ленточный символ — состояние), для которой существует 2 и более команд, такая машина Тьюринга называется недетерминированной.

    Описание машины Тьюринга

    Конкретная машина Тьюринга задаётся перечислением элементов множества букв алфавита А, множества состояний Q и набором правил, по которым работает машина. Они имеют вид: qiaj®qi1aj1dk (если головка находится в состоянии qi, а в обозреваемой ячейке записана буква аj, то головка переходит в состояние qi1, в ячейку вместо aj записывается aj1, головка делает движение dk, которое имеет три варианта: на ячейку влево (L), на ячейку вправо (R), остаться на месте (N)). Для каждой возможной конфигурацииимеется ровно одно правило. Правил нет только для заключительного состояния, попав в которое машина останавливается. Кроме того, необходимо указать конечное и начальное состояния, начальную конфигурацию на ленте и расположение головки машины.

    Варианты машины Тьюринга

    Модель машины Тьюринга допускает расширения. Можно рассматривать машины Тьюринга с произвольным числом лент и многомерными лентами с различными ограничениями. Однако все эти машины являются полными по Тьюрингу и моделируются обычной машиной Тьюринга.

    Алгоритмические (или вычислительные) процессы обработки данных делятся на виды:

    — линейные

    — ветвящиеся

    — циклические

    Линейным называется такой вычислительный процесс, в котором самостоятельные этапы вычислений выполняются в последовательности их записи, т.е. в естественном порядке.

    Каждая операция является самостоятельной, независимой от каких-либо условий.

    Линейные вычислительные процессы имеют место при вычислении арифметических выражений.

    Пример 1:

    Ветвящимся называется такой процесс, в котором его реализация происходит по одному из нескольких заранее предусмотренных (возможных) направлений в зависимости от исходных условий или промежуточных результатов. Каждое отдельное направление вычислений в таком процессе называется ветвью вычисления. Выбор осуществляется проверкой выполнения логического условия.

    В каждом конкретном случае обработки данных вычислительный процесс выполняется лишь по одной ветви, а выполнение остальных – исключается.

    Ветвящийся процесс, включающий в себя две ветви, называется простым, более двух ветвей- сложным. Сложный ветвящийся процесс можно представить с помощью простых ветвящихся процессов.

    Направления ветвления выбирается логической проверкой, в результате которой возможны два ответа: «да» — условие выполнено, «нет» -условие не выполнено.

    Любая ветвь, по которой осуществляются вычисления, должна приводить к завершению вычислительного процесса.

    Пример 2:

    При реализации алгоритмов многих задач наблюдается многократное повторение отдельных этапов их вычислительного процесса. Такие многократно повторяемые этапы вычислений называются циклами, а вычислительные процессы, содержащие многократно повторяемые этапы называются циклическими.

    Пример 3:

    У=X20

    Анализ алгоритмов

    Целью анализа трудоемкости алгоритмов является нахождение оптимального алгоритма для решения данной задачи. В качестве критерия оптимальности алгоритма выбирается трудоемкость алгоритма, понимаемая как количество элементарных операций, которые необходимо выполнить для решения задачи с помощью данного алгоритма. Функцией трудоемкости называется отношение, связывающие входные данные алгоритма с количеством элементарных операций.

    Трудоёмкость алгоритмов по-разному зависит от входных данных. Для некоторых алгоритмов трудоемкость зависит только от объема данных, для других алгоритмов — от значений данных, в некоторых случаях порядок поступления данных может влиять на трудоемкость. Трудоёмкость многих алгоритмов может в той или иной мере зависеть от всех перечисленных выше факторов.

    Одним из упрощенных видов анализа, используемых на практике, является асимптотический анализ алгоритмов. Целью асимптотического анализа является сравнение затрат времени и других ресурсов различными алгоритмами, предназначенными для решения одной и той же задачи, при больших объемах входных данных. Используемая в асимптотическом анализе оценка функции трудоёмкости, называемая сложностью алгоритма, позволяет определить, как быстро растет трудоёмкость алгоритма с увеличением объема данных. В асимптотическом анализе алгоритмов используются обозначения, принятые в математическом асимптотическом анализе.

    [kgl]

    [gl] Тема 6. Знакомство с языками программирования. [:]

    Статьи к прочтению:

    Алгоритмы. Виды и свойства алгоритмов

    Похожие статьи:

    Алгоритмы и исполнители. Информатика. 9 класс. Разработка урока


    Тип урока: изучение нового материала.


    Цели:

    • образовательные: познакомить учащихся с понятиями алгоритм, алгоритмизация, исполнители алгоритмов и система команд исполнителя; перечислить и проанализировать свойства алгоритма; познакомить учащихся с формами записи алгоритмов.
    • воспитательные: воспитывать аккуратность, внимательность, точность и дисциплинированность.
    • развивающие: развитие внимания, восприятия, самостоятельного анализа, познавательного интереса у учащихся, умения обобщать и сравнивать


    Задачи: организовать и направить познавательную деятельность обучающихся на понимание сути алгоритмов, их свойств, способов описания; показать связь данной темы с практикой; применять знания при создании алгоритмов и оценке существующих алгоритмов; формирование умения четко организовать самостоятельную и групповую работу.


    Использованные источники: Ю.А.Быкадоров, Информатика и ИКТ. 9 класс, учебник для общеобразовательных учреждений, М.: Дрофа. 2013 г.; О. Н. Масленикова, Информатика и ИКТ. 9 класс. Методическое пособие к учебнику Ю. А. Быкадорова «Информатика и ИКТ. 9 класс», М.: Дрофа. 2013 г.  

    Ход урока


    Здравствуйте ребята.


    Для того, чтобы узнать тему сегодняшнего урока нужно разгадать ребус.



    И так, кто уже готов назвать тему нашего урока? (Ответы учащихся…)


    Молодцы! Правильно отгадали!


    Тема нашего урока «Алгоритмы и исполнители».


    Цель нашего урока – выяснить, что такое алгоритм, познакомится с историей возникновения данного понятия, его свойствами, видами алгоритмов и формами, с помощью которых можно записать тот или иной алгоритм, а также где в реальной жизни мы встречаемся с алгоритмами.


    С понятием «алгоритм» вы уже знакомились на других предметах и в своей повседневной деятельности нам постоянно приходится сталкиваться с разнообразными правилами, предписывающими последовательность действий, цель которых состоит в достижении некоторого необходимого результата. Подобные правила очень многочисленны. Например, мы обязаны следовать вполне определенной системе правил, чтобы найти корни квадратного уравнения, приготовить кофе и т.д. Все мы живем в мире алгоритмов. Алгоритмы экономят силы и время человека, так как однажды усвоенным правилом (алгоритмом) вы можете пользоваться всю жизнь.

    • Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность действий для достижения поставленной цели.


    А теперь давайте немного поговорим об истории происхождения слова алгоритм.Мой помощник, ваш одноклассник, подготовил историческую справку о происхождении слова «алгоритм», для этого он использовал – учебник, справочники, интернет-ресурсы.


    Ученик. Историческая справка. Происхождение слова «алгоритм»


    Правила выполнения арифметических действий над целыми числами и простыми дробями в десятичной системе счисления впервые были сформулированы выдающимся средневековым ученым по имени Мухаммед ибн Муса ал-Хорезми (в переводе с арабского это означает «Мухаммед, сын Мусы из Хорезма»), сокращенно Ал-Хорезми.


    Ал-Хорезми жил и творил в IX веке. Арабский оригинал его арифметического труда утерян, но имеется латинский перевод XII века, по которому Западная Европа ознакомилась с десятичной позиционной системой счисления и правилами выполнения в ней арифметических действий.


    Ал-Хорезми стремился к тому, чтобы сформулированные им правила были понятны для всех грамотных людей. Достичь этого в веке, когда еще не была разработана математическая символика (знаки операций, скобки, буквенные обозначения и т. п.), было очень трудно. Но Ал-Хорезми удалось выработать в своих трудах такой стиль четкого, строгого словесного предписания, который не давал читателю никакой возможности уклониться от предписанного или пропустить какие-нибудь действия.


    В латинском переводе книги Ал-Хорезми правила начинались словами «Алгоризми сказал». С течением времени люди забыли, что «Алгоризми» — это автор правил, и стали сами эти правила называть алгоритмами. Постепенно «Алгоризми сказал» преобразовалось в «алгоритм гласит».


    Таким образом, слово «алгоритм» происходит от имени ученого Ал-Хорезми. Как научный термин первоначально оно обозначало лишь правила выполнения действий в десятичной системе счисления. С течением времени это слово приобрело более широкий смысл и стало обозначать любые точные правила действий. В настоящее время слово «алгоритм» является одним из важнейших понятий науки информатики.


    Процесс создания алгоритмов называется – алгоритмизацией.


    Всякий алгоритм составляется в расчете на определенного исполнителя. Им может быть человек, робот, компьютер и др.

    • Исполнитель алгоритма – это человек или автоматическое устройство, которое способно воспринимать и исполнять алгоритм.


    Запишите исполнителей для приведённых ниже видов работ:

    • Уборка мусора во дворе – дворник
    • Перевозка пассажиров в поезде – машинист
    • Приём экзаменов в школе – учитель
    • Приготовление еды в ресторане – повар
    • Выполнение домашнего задания – ученик


    Чтобы составить алгоритм для исполнителя, нужно знать, какие команды исполнитель может понять и исполнить, а какие нет.

    • Система команд исполнителя (СКИ) – это перечень элементарных предписаний (команд), которые исполнитель может исполнять.


    Пример. Алгоритм определения периметра прямоугольника:


    Дано: А, В — длины сторон прямоугольника.


    Найти: Р – периметр прямоугольника.


    Математическая модель: Р = (А + В) 2

    1. Задать числовые значения А, В.
    2. Сложить А и В. Результат обозначить X.
    3. Умножить X на 2. Результат обозначить Р.
    4. Записать в качестве ответа значение Р.
    5. Конец.


    Данный алгоритм рассчитан на исполнителя старшеклассника. Первоклассник выполнить этот алгоритм не может, т.к. умножать он еще не научился. Первокласснику можно команду умножения заменить командой сложения (X и X). Вообще, чем меньше запас умений школьника, тем подробнее будет составленный для него алгоритм.


    Приведите еще примеры алгоритмов. Ответы учащихся …


    Из приведенных вами примеров видно, что мир алгоритмов очень разнообразен. Но, несмотря на это, можно выделить общие свойства, которыми обладает любой алгоритм.


    Алгоритм обладает следующими свойствами:

    • Целенаправленность – любой алгоритм направлен на достижение определенной цели. Чаще всего целью алгоритма является получение результата при решении какой-нибудь задачи.
    • Дискретность – алгоритм состоит из элементарных предписаний (команд).
    • Понятность – элементарные предписания (команды) алгоритма должны быть точно сформулированы и однозначно понятны исполнителю, а исполнитель должен быть в состоянии их выполнить.
    • Однозначность – после исполнения очередного элементарного предписания (команды) исполнителю точно определено, что делать дальше.
    • Массовость – алгоритм можно использовать для решения той же задачи при других допустимых исходных данных.


     Формы представления алгоритмов могут быть разными: словесной; графической; на языке программирования.


    Рассмотрим их:


    1. Словесная форма – это форма описания алгоритма на естественном языке. Если алгоритм предназначен для человека, то в качестве предписаний можно использовать привычные для человека предложения и фразы.


    Правила записи алгоритмов в словестной форме просты: предписания записываются одно за другим и нумеруются; в записи алгоритма могут использоваться служебные слова Начало и Конец.


    Пример: Алгоритм нахождения большего из двух данных чисел.

    1. Начало.
    2. Из числа А вычесть число В.
    3. Если получилось отрицательное значение, то сообщить, что число В больше.
    4. Если получилось положительное значение, то сообщить, что число А больше.
    5. Если получился ноль, сообщить, что числа равны.
    6. Конец.


    Данная форма очень удобна, если нужно приближенно описать суть алгоритма. Однако при словесном описании не всегда удается ясно и точно выразить идею.


    2. Для более наглядного представления алгоритма используется графическая форма. Графическая форма – изображение алгоритма в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.


    3. При записи алгоритма в словесной и в графической форме допускается определенный произвол при изображении команд. Вместе с тем такая запись точна на столько, что позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм. Однако на практике в качестве исполнителей алгоритмов используются специальные автоматы – компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на понятном ему языке. Такой язык принято называть языком программирования, а форму представления алгоритма — программной. То есть программная форма записи алгоритма – это запись на языке программирования.


    Самостоятельная работа в группах по карточкам. Командир группы о результатах сообщает учителю.


    Примерные вопросы:

    1. Приведите примеры известных Вам алгоритмов.
    2. Запишите алгоритм заварки чая.
    3. Перечислите основные свойства алгоритмов и проиллюстрируйте их примерами.
    4. Имеются два кувшина ёмкостью 3 л и 8 л. Напишите алгоритм для того, чтобы набрать из реки 7 л воды (можно пользоваться только этими кувшинами).
    5. Какие Вы знаете формы описания алгоритмов?
    6. Нужно поджарить три куска хлеба на сковороде, вмещающей только два таких куска. На поджаривание каждой стороны уходит 2 минуты. Можно ли поджарить хлеб меньше чем за 8 минут? Если да, то составить алгоритм.
    7. Мачеха велела Золушке принести ровно 3 л. воды, а в доме всего два ведра: одно пятилитровое (ведро М), а другое девятилитровое (ведро Б) . Как же быть? Помогите Золушке. Составьте алгоритм решения задачи.


    Присутствуют ли в нашей жизни алгоритмы? Теория алгоритмов имеет большое практическое значение. Алгоритмический тип деятельности важен не только как одна из эффективных форм труда человека. Через алгоритмизацию, через разбиение сложных действий на всё более простые, на действия, выполнение которых доступно машинам, пролегает путь к автоматизации различных процессов.


    Домашнее задание: Домашним заданием для вас будет изучение §1 на стр. 3–6 и ответы на вопросы на стр. 7. Составить алгоритм старинной русской задачи: некий человек должен перевезти в лодке через реку волка, козу и капусту. За один перевоз он может перевезти только кого-то одного. Составьте алгоритм перевоза так, чтобы никто никого не съел.


    Примечание: при изучении нового материала учащиеся делают в тетрадь необходимые записи под руководством учителя.

    Информатика: алгоритмы

    Алгоритмы

    Вы, возможно, слышали термин алгоритм недавно, будь то онлайн или, возможно, в каком-то разговоре о технологиях. Это слово часто используют, но что именно оно означает?

    Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше об алгоритмах.

    Алгоритм — это просто набор из шагов, используемых для выполнения определенной задачи . Они являются строительными блоками для программирования и позволяют таким устройствам, как компьютеры, смартфоны и веб-сайты, функционировать и принимать решения.

    Помимо того, что мы используем технологии, многие вещи, которые мы делаем ежедневно, похожи на алгоритмы. Допустим, вы хотите приготовить спагетти . Для того, чтобы сделать это успешно, есть определенный набор шагов , который вам нужно выполнить в определенном порядке .

    Сначала вам нужно вскипятить кастрюлю с водой . Как только он закипит, добавьте спагетти и готовьте в течение заданного времени, периодически помешивая.Как только он закончится, вы сливаете воду , тогда готово, чтобы подавали с соусом по вашему выбору.

    Весь этот процесс на самом деле является алгоритмом. Поскольку вы выполнили эти шаги в определенном порядке , вы достигли желаемого результата : вкусное блюдо из макарон. Но если бы вы совершили ошибку, например, переварили или недоварили лапшу, это, вероятно, было бы не так хорошо.

    Программы работают аналогично. Их код состоит из алгоритмов , сообщающих им, что делать.Допустим, мы хотим использовать приложение для навигации, чтобы проложить маршрут.

    Когда мы вводим пункт назначения, приложение использует алгоритм для просмотра различных доступных маршрутов . Затем он использует другой алгоритм для проверки текущего трафика , затем третий использует эту информацию и вычисляет наилучший доступный маршрут .

    Все эти алгоритмы встроены прямо в код приложения. Если в коде будет какая-либо ошибка , приложение не сможет правильно следовать этим алгоритмам, а это означает, что вы не получите свои указания.

    Оба этих примера показывают, как люди и компьютеры могут использовать алгоритмы для выполнения повседневных задач . Разница в том, что компьютеры могут использовать алгоритмы и вычислять вещи лучше, быстрее и эффективнее, чем мы.

    Технологии будут только развиваться и совершенствоваться в том, что они делают. Пока кодирование и программирование продолжают использоваться, алгоритмы будут в основе этих технологий , определяя, что они делают и как они это делают.

    / ru / информатика / аппаратно-программное обеспечение / содержание /

    информатика | Определение, поля и факты

    Информатика , изучение компьютеров и вычислений, включая их теоретические и алгоритмические основы, аппаратное и программное обеспечение, а также их использование для обработки информации. Дисциплина информатики включает изучение алгоритмов и структур данных, компьютерное и сетевое проектирование, моделирование данных и информационных процессов, а также искусственный интеллект.Информатика берет некоторые свои основы из математики и инженерии и поэтому включает методы из таких областей, как теория массового обслуживания, вероятность и статистика, а также проектирование электронных схем. Информатика также широко использует проверку гипотез и экспериментирование во время концептуализации, проектирования, измерения и уточнения новых алгоритмов, информационных структур и компьютерных архитектур.

    Популярные вопросы

    Что такое информатика?

    Кто самые известные компьютерные ученые?

    Что вы можете делать с информатикой?

    Используется ли информатика в видеоиграх?

    Как мне изучить информатику?

    Многие университеты по всему миру предлагают степени, которые обучают студентов основам теории информатики и приложениям компьютерного программирования.Кроме того, преобладание онлайн-ресурсов и курсов позволяет многим людям самостоятельно изучать более практические аспекты информатики (такие как кодирование, разработка видеоигр и дизайн приложений).

    Информатика считается частью семьи из пяти отдельных, но взаимосвязанных дисциплин: компьютерная инженерия, информатика, информационные системы, информационные технологии и разработка программного обеспечения. Это семейство стало известно как дисциплина вычислений.Эти пять дисциплин взаимосвязаны в том смысле, что информатика является их объектом изучения, но они отделены друг от друга, поскольку каждая имеет свою исследовательскую перспективу и направленность учебной программы. (С 1991 года Ассоциация вычислительной техники [ACM], Компьютерное общество IEEE [IEEE-CS] и Ассоциация информационных систем [AIS] сотрудничают, чтобы разработать и обновить таксономию этих пяти взаимосвязанных дисциплин и руководящие принципы, которые образовательные учреждения во всем мире для своих программ бакалавриата, магистратуры и исследований.)

    Основные области информатики включают традиционное изучение компьютерной архитектуры, языков программирования и разработки программного обеспечения. Однако они также включают в себя вычислительную науку (использование алгоритмических методов для моделирования научных данных), графику и визуализацию, взаимодействие человека с компьютером, базы данных и информационные системы, сети, а также социальные и профессиональные вопросы, которые являются уникальными для практики информатики. . Как может быть очевидно, некоторые из этих подполей частично совпадают в своей деятельности с другими современными областями, такими как биоинформатика и вычислительная химия.Эти совпадения являются следствием тенденции компьютерных ученых признавать многочисленные междисциплинарные связи в своей области и действовать в соответствии с ними.

    Развитие информатики

    Информатика возникла как самостоятельная дисциплина в начале 1960-х годов, хотя электронно-цифровой компьютер, являющийся объектом ее изучения, был изобретен примерно двумя десятилетиями ранее. Корни информатики лежат, прежде всего, в смежных областях математики, электротехники, физики и информационных систем управления.

    Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
    Подпишитесь сейчас

    Математика является источником двух ключевых концепций в развитии компьютера — идеи о том, что вся информация может быть представлена ​​в виде последовательностей нулей и единиц, и абстрактного понятия «хранимая программа». В двоичной системе счисления числа представлены последовательностью двоичных цифр 0 и 1 так же, как числа в знакомой десятичной системе представлены цифрами от 0 до 9.Относительная легкость, с которой два состояния (например, высокое и низкое напряжение) могут быть реализованы в электрических и электронных устройствах, естественным образом привела к тому, что двоичная цифра или бит стал основной единицей хранения и передачи данных в компьютерной системе.

    Электротехника обеспечивает основы проектирования схем, а именно идею о том, что электрические импульсы, входящие в схему, могут быть объединены с использованием булевой алгебры для получения произвольных выходных сигналов. (Булева алгебра, разработанная в 19 веке, предоставила формализм для проектирования схемы с двоичными входными значениями нулей и единиц [ложь или истина, соответственно, в терминологии логики], чтобы получить любую желаемую комбинацию нулей и единиц на выходе.) Изобретение транзистора и миниатюризация схем, наряду с изобретением электронных, магнитных и оптических носителей для хранения и передачи информации, явились результатом достижений в области электротехники и физики.

    Информационные системы управления, первоначально называемые системами обработки данных, предоставили ранние идеи, на основе которых развились различные концепции информатики, такие как сортировка, поиск, базы данных, поиск информации и графические пользовательские интерфейсы.В крупных корпорациях размещались компьютеры, на которых хранилась информация, имеющая центральное значение для ведения бизнеса: расчет заработной платы, бухгалтерский учет, управление запасами, производственный контроль, отгрузка и получение.

    Теоретические работы по вычислимости, начатые в 1930-х годах, обеспечили необходимое распространение этих достижений на проектирование целых машин; важной вехой стала спецификация машины Тьюринга (теоретическая вычислительная модель, выполняющая инструкции, представленные в виде последовательности нулей и единиц) в 1936 году британским математиком Аланом Тьюрингом и его доказательство вычислительной мощности модели.Другим прорывом стала концепция компьютера с хранимой программой, которую обычно приписывают венгерскому американскому математику Джону фон Нейману. Это истоки области информатики, которая позже стала известна как архитектура и организация.

    Алан М. Тьюринг, 1951.

    Science History Images / Alamy

    В 1950-е годы большинство пользователей компьютеров работали либо в научно-исследовательских лабораториях, либо в крупных корпорациях. Первая группа использовала компьютеры для выполнения сложных математических вычислений (например,g., траектории ракет), в то время как последняя группа использовала компьютеры для управления большими объемами корпоративных данных (например, платежными ведомостями и товарно-материальными запасами). Обе группы быстро поняли, что написание программ на машинном языке нулей и единиц непрактично и не надежно. Это открытие привело к разработке языка ассемблера в начале 1950-х годов, который позволяет программистам использовать символы для инструкций (например, ADD для сложения) и переменных (например, X ). Другая программа, известная как ассемблер, переводила эти символические программы в эквивалентную двоичную программу, шаги которой компьютер мог выполнять, или «выполнять».”

    Другие элементы системного программного обеспечения, известные как связывающие загрузчики, были разработаны для объединения частей собранного кода и загрузки их в память компьютера, где они могли быть выполнены. Концепция связывания отдельных частей кода была важна, поскольку позволяла повторно использовать «библиотеки» программ для выполнения общих задач. Это был первый шаг в развитии области компьютерных наук, называемой программной инженерией.

    Позже, в 1950-х годах, язык ассемблера оказался настолько громоздким, что разработка языков высокого уровня (ближе к естественным языкам) стала поддерживать более легкое и быстрое программирование.FORTRAN стал основным языком высокого уровня для научного программирования, а COBOL стал основным языком бизнес-программирования. Эти языки несли с собой потребность в различном программном обеспечении, называемом компиляторами, которое переводит программы на языке высокого уровня в машинный код. По мере того как языки программирования становились все более мощными и абстрактными, создание компиляторов, которые создают высококачественный машинный код и которые эффективны с точки зрения скорости выполнения и потребления памяти, стало сложной проблемой информатики.Разработка и реализация языков высокого уровня лежит в основе области информатики, называемой языками программирования.

    Рост использования компьютеров в начале 1960-х годов послужил толчком для разработки первых операционных систем, которые состояли из резидентного программного обеспечения системы, которое автоматически обрабатывало ввод и вывод, а также выполнение программ, называемых «заданиями». Спрос на более совершенные вычислительные методы привел к возрождению интереса к численным методам и их анализу, деятельности, которая распространилась настолько широко, что стала известна как вычислительная наука.

    В 1970-х и 1980-х годах появились мощные устройства компьютерной графики, как для научного моделирования, так и для другой визуальной деятельности. (Компьютеризированные графические устройства были представлены в начале 1950-х годов с отображением грубых изображений на бумажных графиках и экранах электронно-лучевой трубки [ЭЛТ].) Дорогостоящее оборудование и ограниченная доступность программного обеспечения не позволяли этой области расти до начала 1980-х годов, когда компьютерная память, необходимая для растровой графики (в которой изображение состоит из небольших прямоугольных пикселей), стала более доступной.Технология растровых изображений вместе с экранами с высоким разрешением и развитием графических стандартов, которые делают программное обеспечение менее зависимым от машины, привели к взрывному росту этой области. Поддержка всех этих видов деятельности переросла в область информатики, известную как графика и визуальные вычисления.

    С этой областью тесно связано проектирование и анализ систем, которые напрямую взаимодействуют с пользователями, выполняющими различные вычислительные задачи. Эти системы стали широко использоваться в 1980-х и 90-х годах, когда линейное взаимодействие с пользователями было заменено графическими пользовательскими интерфейсами (GUI).Дизайн графического интерфейса пользователя, который был впервые разработан Xerox и позже принят Apple (Macintosh) и, наконец, Microsoft (Windows), важен, потому что он составляет то, что люди видят и делают, когда они взаимодействуют с вычислительным устройством. Дизайн соответствующих пользовательских интерфейсов для всех типов пользователей превратился в область компьютерных наук, известную как взаимодействие человека с компьютером (HCI).

    графический интерфейс пользователя

    Xerox Alto был первым компьютером, на котором для управления системой использовались графические значки и мышь — первый графический интерфейс пользователя (GUI).

    Предоставлено Xerox

    Область компьютерной архитектуры и организации также резко изменилась с тех пор, как в 1950-х были разработаны первые компьютеры с хранимыми программами. Так называемые системы с разделением времени появились в 1960-х годах, чтобы позволить нескольким пользователям одновременно запускать программы с разных терминалов, жестко подключенных к компьютеру. В 1970-х годах были разработаны первые глобальные компьютерные сети (WAN) и протоколы для высокоскоростной передачи информации между компьютерами, разделенными большими расстояниями.По мере развития этих видов деятельности они переросли в область компьютерных наук, называемую сетями и коммуникациями. Важным достижением в этой области стало развитие Интернета.

    Идея о том, что инструкции, а также данные могут храниться в памяти компьютера, имела решающее значение для фундаментальных открытий о теоретическом поведении алгоритмов. То есть такие вопросы, как «Что можно / нельзя вычислить?» были формально решены с использованием этих абстрактных идей. Эти открытия положили начало области информатики, известной как алгоритмы и сложность.Ключевой частью этой области является изучение и применение структур данных, подходящих для различных приложений. Структуры данных, наряду с разработкой оптимальных алгоритмов для вставки, удаления и размещения данных в таких структурах, являются серьезной проблемой для компьютерных ученых, потому что они так активно используются в компьютерном программном обеспечении, особенно в компиляторах, операционных системах, файловых системах и т. Д. и поисковые системы.

    В 1960-х годах изобретение магнитных дисков обеспечило быстрый доступ к данным, расположенным в произвольном месте на диске.Это изобретение привело не только к более грамотно спроектированным файловым системам, но и к разработке баз данных и систем поиска информации, которые впоследствии стали важными для хранения, извлечения и передачи больших объемов и разнообразных данных через Интернет. Эта область информатики известна как управление информацией.

    Другой долгосрочной целью исследований в области информатики является создание вычислительных машин и роботизированных устройств, которые могут выполнять задачи, которые обычно считаются требующими человеческого интеллекта.К таким задачам относятся движение, зрение, слух, говорение, понимание естественного языка, мышление и даже проявление человеческих эмоций. Область информатики интеллектуальных систем, первоначально известная как искусственный интеллект (ИИ), на самом деле предшествовала появлению первых электронных компьютеров в 1940-х годах, хотя термин искусственный интеллект не был введен до 1956 года.

    Три развития вычислительной техники в начале XXI века — мобильные вычисления, вычисления клиент-сервер и взлом компьютеров — способствовали появлению трех новых областей в компьютерных науках: разработка на основе платформ, параллельные и распределенные вычисления и безопасность. и информационное обеспечение.Платформенная разработка — это изучение особых потребностей мобильных устройств, их операционных систем и приложений. Параллельные и распределенные вычисления относятся к разработке архитектур и языков программирования, которые поддерживают разработку алгоритмов, компоненты которых могут работать одновременно и асинхронно (а не последовательно), чтобы лучше использовать время и пространство. Обеспечение безопасности и информации связано с проектированием компьютерных систем и программного обеспечения, которые защищают целостность и безопасность данных, а также конфиденциальность лиц, для которых эти данные характерны.

    Наконец, на протяжении всей истории информатики особенно интересовало уникальное влияние на общество, которое сопровождает исследования в области информатики и технологические достижения. Например, с появлением Интернета в 1980-х годах разработчикам программного обеспечения потребовалось решить важные вопросы, связанные с информационной безопасностью, личной конфиденциальностью и надежностью системы. Кроме того, вопрос о том, является ли компьютерное программное обеспечение интеллектуальной собственностью, и связанный с ним вопрос «Кому оно принадлежит?» дала начало совершенно новой правовой области лицензирования и стандартов лицензирования, которые применяются к программному обеспечению и связанным с ним артефактам.Эти и другие проблемы составляют основу социальных и профессиональных вопросов информатики и проявляются почти во всех других областях, указанных выше.

    Итак, подводя итог, дисциплина информатики превратилась в следующие 15 отдельных областей:

    • Алгоритмы и сложность

    • Архитектура и организация

    • Вычислительная техника

    • Графика и визуальные вычисления

    • Человеко-компьютерное взаимодействие

    • 54

    • 54 Интеллектуальные системы управления информацией

      Сеть и связь

    • Операционные системы

    • Параллельные и распределенные вычисления

    • Разработка на основе платформы

    • Языки программирования

    • Безопасность и информационное обеспечение

    • Социальные и профессиональные вопросы

    Информатика по-прежнему имеет сильные математические и инженерные корни.Программы бакалавриата, магистратуры и докторантуры по информатике обычно предлагаются высшими учебными заведениями, и эти программы требуют от студентов прохождения соответствующих курсов математики и инженерии в зависимости от области их специализации. Например, все студенты бакалавриата по информатике должны изучать дискретную математику (логику, комбинаторику и элементарную теорию графов). Многие программы также требуют от студентов завершения курсов по расчету, статистике, численному анализу, физике и принципам инженерии в начале учебы.

    Определение — Информатика, алгоритмы, программирование и вычисления | by Olamigoke Philip A

    ffNasa 1960

    Computer- Компьютер — это машина, электронное устройство, которое может принимать ввод (или инструкции), обрабатывать этот набор инструкций, возвращать значение или вывод.
    Компьютер делится на две основные части:
    (a) Оборудование; который включает в себя провода, транзисторы, схемы и т. д. (также называемые аппаратными частями),
    (b) Инструкции и данные — (так называемое программное обеспечение)

    Компьютер — это инструмент, используемый в изучении информатики.

    Алгоритм : алгоритм относится к пошаговому списку инструкций для решения экземпляра проблемы. Алгоритмы — это конечные процессы, которые сами по себе являются решениями.

    Компьютерные науки — это изучение проблем, их решение, а также решения, возникающие в процессе решения проблем. Легко предположить, что для каждой проблемы должно быть решение; Однако согласно теории вычислений ( TOC ): не у каждой проблемы есть решение.Задачи в области информатики могут быть вычислимыми или невычислимыми.

    Вычислимые задачи: Это относится к задачам (или функциям), для которых существует некоторый алгоритм, который вычисляет ответ (или выходные данные) на любой экземпляр проблемы за конечное число шагов. Простым примером является операция целочисленного приращения:

    f (x) = x + 1

    Невычислимые задачи: Невычислимая проблема относится к проблеме, для которой не существует алгоритма, который позволял бы можно использовать для ее решения.Самый известный пример невычислимости (или неразрешимости) — это «проблема остановки».

    Следовательно, Информатика можно сказать, что это исследование вычислимых проблем, а также невычислимых, существования и отсутствия алгоритмического подхода к проблеме.

    Абстракция в решении проблем:
    Абстракция позволяет нам рассматривать проблему и решение таким образом, что помогает нам разделить логическую и физическую перспективу, например, наполовину заполненная банка = 1/2

    Программирование:
    Программирование — это процесс принятия алгоритма, кодирования его в нотацию (язык программирования), чтобы его можно было выполнить на компьютере.

    Языки программирования предоставляют способ обозначений для представления как процесса кодирования, так и данных, обеспечивая управляющую конструкцию, а также типы данных.

    Control Construct: Позволяет представлять алгоритмы удобным, но однозначным образом.

    Тип данных: Обеспечивает интерпретацию двоичных данных (которые компьютер обычно понимает), чтобы мы могли думать о данных в терминах, которые имеют смысл с точки зрения решаемой проблемы.

    Kali Linux на Raspberry Pi

    «Информатика — это операционная система для всех инноваций».

    — Стив Баллмер

    Спасибо за прочтение этой статьи. Я знаю, что это не история, я никогда этого не планировал. Это должно было просто напомнить нам об основах.

    Если вы дочитали до этого места, убедитесь, что вы дали этому посту около 50 хлопков 😉

    7 алгоритмов и структур данных, которые должен знать каждый программист

    В жизни программистов алгоритмы и структуры данных являются наиболее важными предметами, если они хотят выйти в мир программирования и заработать немного денег.Сегодня мы посмотрим, что они делают и где они используются, на простейших примерах. Этот список составлен с учетом их использования в конкурентном программировании и текущих практиках разработки.

    1. Алгоритмы сортировки

    Сортировка — наиболее изученная концепция в компьютерных науках. Идея состоит в том, чтобы расположить элементы списка в определенном порядке. Хотя каждый основной язык программирования имеет встроенные библиотеки сортировки, они пригодятся, если вы знаете, как они работают. В зависимости от требований вы можете использовать любой из них.

    • Сортировка слиянием
    • Быстрая сортировка
    • Ковшовая сортировка
    • Сортировка кучи
    • Счетная сортировка

    Что еще более важно, нужно знать, когда и где их использовать. Вот несколько примеров прямого применения методов сортировки:

    • Сортировка по цене, популярности и т. Д. На сайтах электронной коммерции

    2. Алгоритмы поиска

    Двоичный поиск (в линейных структурах данных)

    Двоичный поиск используется для очень эффективного поиска в отсортированном наборе данных.Временная сложность O (log 2 N). Идея состоит в том, чтобы многократно разделить пополам часть списка, которая может содержать элемент, пока мы не сузим его до одного возможного элемента. Некоторые приложения:

    • Когда вы ищете название песни в отсортированном списке песен, он выполняет двоичный поиск и сопоставление строк для быстрого возврата результатов.
    • Используется для отладки в git через git bisect

    Поиск в глубину / ширину (в структурах данных Graph)

    DFS и BFS — это структуры данных для обхода дерева / графа и поиска.Мы не будем углубляться в то, как работают DFS / BFS, но посмотрим, чем они отличаются, в следующей анимации.

    Заявки:

    • Используется поисковыми системами для сканирования веб-страниц
    • Используется в искусственном интеллекте для создания ботов, например, шахматного бота
    • Поиск кратчайшего пути между двумя городами на карте и многие другие подобные приложения

    3. Хеширование

    Поиск по хэшу в настоящее время является наиболее широко используемым методом поиска подходящих данных по ключу или идентификатору.Мы получаем доступ к данным по их индексу. Раньше мы использовали сортировку + двоичный поиск для поиска индекса, а теперь мы используем хеширование.

    Структура данных называется Hash-Map, Hash-Table или Dictionary, который эффективно сопоставляет ключи со значениями. Мы можем выполнять поиск значений с помощью ключей. Идея состоит в том, чтобы использовать подходящую хеш-функцию, которая выполняет сопоставление ключ -> значение. Выбор хорошей хеш-функции зависит от сценария.

    Заявки:

    • В маршрутизаторах для хранения IP-адреса -> пара путей для механизмов маршрутизации
    • Для проверки наличия значения в списке.Линейный поиск был бы дорогостоящим. Мы также можем использовать для этой операции структуру данных Set.

    4. Динамическое программирование

    Динамическое программирование (DP) — это метод решения сложной проблемы путем разбиения ее на более простые подзадачи. Мы решаем подзадачи, запоминаем их результаты и, используя их, быстро решаем сложную проблему.

    * записывает «1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 =» на листе бумаги * Что это равно?
    * считая * Восемь!
    * записывает слева еще одну цифру «1+» * Что насчет этого?
    * быстро * Девять!
    Как вы узнали, что девять часов так быстро?
    Вы только что добавили еще один
    Значит, вам не нужно было пересчитывать, потому что вы вспомнили, что их восемь! Динамическое программирование — это просто причудливый способ сказать «вспомнить что-то, чтобы сэкономить время позже»

    Заявки:

    • Существует множество алгоритмов и приложений DP, но я бы назвал один и поразил вас, метод Дакворта-Льюиса в крикете.

    5. Возведение в степень квадратом

    Допустим, вы хотите вычислить 2 32 . Обычно мы повторяем 32 раза и находим результат. Что, если я скажу вам, что это можно сделать за 5 итераций?

    Возведение в степень посредством возведения в квадрат или двоичного возведения в степень — это общий метод быстрого вычисления больших положительных целых степеней числа в O (log 2 N). Не только это, метод также используется для вычисления степеней многочленов и квадратных матриц.

    Заявление:

    • Вычисление больших степеней числа чаще всего требуется при шифровании RSA. RSA также использует модульную арифметику наряду с двоичным возведением в степень.

    6. Сопоставление и анализ строк

    Сопоставление / поиск с образцом — одна из самых важных проблем в компьютерных науках. По этой теме было проведено много исследований, но мы укажем только два основных предмета, которые необходимы любому программисту.

    Алгоритм KMP (сопоставление строк)

    Алгоритм Кнута-Морриса-Пратта используется в случаях, когда нам нужно сопоставить короткий шаблон с длинной строкой.Например, когда мы Ctrl + F ключевое слово в документе, мы выполняем сопоставление с образцом во всем документе.

    Регулярное выражение (анализ строки)

    Часто нам приходится проверять строку путем синтаксического анализа с превышением предопределенного ограничения. Он широко используется в веб-разработке для синтаксического анализа и сопоставления URL-адресов.

    7. Алгоритмы проверки первичности

    Существуют детерминированные и вероятностные способы определения того, является ли данное число простым или нет.Мы увидим как детерминированные, так и вероятностные (недетерминированные) способы.

    Сито Эратосфена (детерминированное)

    Если у нас есть определенный предел диапазона чисел, скажем, определить все простые числа в диапазоне от 100 до 1000, тогда Sieve — это способ пойти. Длина диапазона является решающим фактором, потому что мы должны выделить определенный объем памяти в соответствии с диапазоном.

    Для любого числа n, пошаговое тестирование до sqrt (n) (детерминированный)

    Если вы хотите проверить несколько чисел, которые редко разбросаны по большому диапазону (скажем, от 1 до 10 12 ), Sieve не сможет выделить достаточно памяти.Вы можете проверить каждое число n, пройдя только до sqrt (n) и выполнив проверку делимости на n.

    Тест простоты Ферма и Тест простоты Миллера – Рабина (оба недетерминированы)

    Оба теста являются тестами на композицию. Если доказано, что число составное, то это точно не простое число. Миллер-Рабин более изощрен, чем Ферма. На самом деле, Миллер-Рабин также имеет детерминированный вариант, но это игра торговли между временной сложностью и точностью алгоритма.

    Заявление:

    • Простые числа используются чаще всего в криптографии. Точнее, они используются для шифрования и дешифрования в алгоритме RSA, который был самой первой реализацией криптосистемы с открытым ключом
    • .

    • Другое использование — в хеш-функциях, используемых в хеш-таблицах

    В следующем посте мы обсудим некоторые продвинутые алгоритмы, которые должен знать каждый конкурентоспособный программист. Тем временем овладейте вышеуказанными алгоритмами или поделитесь в комментариях тем, что, по вашему мнению, должен знать каждый начинающий программист среднего уровня.

    принципов информатики | CS for All Teachers

    Computer Science Principles (CSP) — это новый курс Advanced Placement, предназначенный для того, чтобы дать студентам базовые навыки работы с компьютером, понимание реального воздействия компьютерных приложений и грамотность в программировании. Это курс для неосновных, стремящихся расширить участие в вычислениях и информатике студентов, которые в противном случае не могли бы рассмотреть вопрос об изучении предмета. Команда преподавателей информатики, организованная Советом колледжей и Национальным научным фондом, возглавляет разработку CSP, обеспечивая структуру учебной программы, на основе которой преподаватели могут построить свой собственный конкретный курс.CSP будет запущен как курс AP осенью 2016 года; первые экзамены AP состоятся в мае 2017 года.

    Каждое из приведенных ниже описаний относится к одной из семи основных Больших идей учебной программы. Чтобы узнать больше об учебной программе, вы можете просмотреть группы, которые работают с учебной программой CSP, или присоединиться к открытой группе CSP — это новая группа, в которой все учителя CSP (независимо от вашего проекта или географического положения) могут собраться вместе и обсудить все вещи CSP!

    • Абстракция : В вычислениях используются несколько уровней абстракции.Модели и симуляции используют абстракцию, чтобы задавать вопросы и отвечать на них.
    • Алгоритмы : Алгоритм — это точная последовательность инструкций для процесса, который может выполняться компьютером. Они выражаются с помощью языков и могут решить многие, но не все проблемы.
    • Творчество : Компьютеры способствуют созданию артефактов и творческого самовыражения. Программирование — это творческий процесс.
    • Данные : Данные и информация способствуют созданию знаний.Люди используют компьютерные программы для обработки информации, чтобы получить понимание и знания. Вычислительная техника облегчает исследование и обнаружение связей в информации. Вычислительная обработка информации требует рассмотрения представления, хранения, безопасности и передачи.
    • Воздействие : Компьютеры влияют на общение, взаимодействие и познание. Он позволяет внедрять инновации почти во всех областях и имеет как положительные, так и вредные последствия. Вычислительная техника находится в экономическом, социальном и культурном контекстах.
    • Интернет : Интернет пронизывает современные компьютеры. Это сеть автономных систем. Характеристики Интернета и построенных на нем систем влияют на их использование. Кибербезопасность — важная проблема для Интернета и этих систем.
    • Программирование : Программирование — это творческий процесс, который позволяет решать проблемы, выражать человеческое выражение и создавать знания. В нем используются математические и логические концепции и используются соответствующие абстракции.Программы разрабатываются и используются людьми, и они написаны для выполнения алгоритмов.

    Как хорошо разбираться в алгоритмах ?. Мой опыт изучения алгоритмов и… | Виджини Маллаваараччи

    Мой опыт изучения алгоритмов и структур данных на бакалавриате в области информатики

    Если вы хотите, чтобы что-то делал с помощью компьютера, вы должны указать компьютеру, как это делать. Вы должны написать компьютерную программу, которая шаг за шагом объясняет, какие задачи она должна выполнять и как их следует выполнять.Здесь в игру вступают алгоритмов .

    Алгоритмы — это набор инструкций, используемых компьютерами для решения данной проблемы для достижения конечной цели.

    Изображение Билла Смита с Flickr

    По моему опыту, алгоритмы обучения имеют решающее значение для проектирования и разработки эффективных компьютерных программ. В этой статье я хотел бы поделиться с вами своим опытом изучения алгоритмов в качестве студента бакалавриата и о том, как он помог мне в моей карьере и академической работе.

    Изображение StockSnap с сайта Pixabay

    Я начал программировать, когда учился в средней школе, и это было с Visual Basic, делая калькуляторы и симуляторы светофора. Позже я изучил HTML и Java. Тогда я разрабатывал настольные и веб-приложения. Это было просто кодирование, и иногда я понятия не имел о лежащей в основе логике.

    Поступив в университет и выбрав информатику и инженерию в качестве специализации, я начал изучать структуры данных и алгоритмы на втором курсе.Это был обязательный курс, и все должны были его пройти.

    Изображение Руди и Питера Скиттериан с сайта Pixabay

    Курс по структурам данных и алгоритмам стал поворотным моментом в моем понимании компьютерного программирования, и он заставил меня думать скорее как инженер-программист, чем как программист. Почему я так говорю? Приведу несколько примеров.

    Пример 1: Алгоритмы сортировки

    Предположим, мы создаем приложение для онлайн-покупок. Мы хотим, чтобы пользователи просматривали товары в порядке возрастания цены.Для этого нужно отсортировать товары по цене. Как начинающий программист, я бы добавил цены в массив (или список) с записью их индексов и просто вызвал бы встроенный в массив метод sort () . Что на самом деле происходит внутри метода sort () ? Когда я делал приложения, я понятия не имел о точных методах.

    Алгоритмы сортировки — одна из основных тем, которые сначала изучаются на курсах структур данных и алгоритмов в университете.

    Только узнав о различных алгоритмах сортировки, я понял, что не каждый алгоритм сортировки подходит для каждой задачи.У них разные временные сложности, и они различаются в зависимости от размера данных. Прежде всего, время их работы имеет большое значение при разработке приложений, даже если оно составляет всего несколько секунд. Кроме того, мне пришлось узнать о алгоритмах сортировки на месте (элементы сортировки на месте) и алгоритмах сортировки вне места (требуется дополнительное пространство для хранения элементов во время сортировки). Эти вещи заставили меня глубоко задуматься о том, какие алгоритмы сортировки следует использовать для конкретного приложения, учитывая ограничения по времени и памяти.

    Пример 2: Анализ математических выражений

    Когда мы вводим математическое выражение в калькулятор или в ячейку в программном обеспечении для работы с электронными таблицами, таком как MS Excel, оно автоматически вычисляется и возвращает нам ответ. Вы когда-нибудь задумывались, как оценивается выражение? Нам пришлось разработать программное обеспечение для работы с электронными таблицами и реализовать синтаксический анализатор выражений. Здесь я узнал о популярном алгоритме маневрового маневрирования . Он использует очередь для хранения значений и стек для хранения операторов.Я должен был узнать о реальных приложениях структур данных очереди и стека, которые я изучил в курсе структур данных и алгоритмов, и понять логику этого выбора. Я очень гордился собой после того, как реализовал алгоритм маневровой станции самостоятельно, хотя многие реализации уже были доступны. 😃

    Пример 3: Использование списков, наборов и словарей

    Всякий раз, когда мне нужно сохранить набор значений, я бы использовал список. Тогда меня не волновало, нужно ли мне сохранять порядок или разрешать дубликаты; Я бы просто использовал список для всего.Узнав о списках, наборах и словарях, я понял, что их можно использовать в разных сценариях, и использование одного над другим действительно ускорит мой код. Например, если я хочу проверить принадлежность значения, это намного быстрее в наборе или словаре (с постоянным временем), чем с использованием списка (с использованием времени, пропорционального длине списка). Более того, список позволяет хранить дубликаты, в то время как набор не допускает дубликатов.

    Изображение Герда Альтманна с сайта Pixabay

    Вот несколько примеров из моего опыта, когда я начал менять свое мышление от программиста к инженеру-программисту.Я испытал значительные улучшения в производительности моего кода, когда я перешел на подходящую структуру данных или перешел на более быстрый алгоритм.

    Изучение концепций программирования

    Перед изучением алгоритмов в области компьютерных наук я хорошо разбирался в концепциях программирования, таких как переменные, функции, классы и особенно концепции объектно-ориентированного программирования (ООП). Эти концепции служат основой для понимания более продвинутых концепций информатики.

    Изучите и поймите алгоритмы и их концепции

    Помимо материала курса, я следовал рекомендованному нами учебнику Introduction to Algorithms Томаса Х.Кормен, Чарльз Э. Лейзерсон, Рональд Ривест и Клиффорд Штайн. Вы можете начать с основ, таких как

    • Анализ сложности времени и пространства
    • Нотация Big O
    • Рекурсия
    • Базовые структуры данных, такие как массивы, матрицы, связанные списки, стеки, очереди, деревья и т. Д.
    • Базовые алгоритмы такие как алгоритмы поиска и алгоритмы сортировки.

    Анализ временной и пространственной сложности — очень важная тема, которую вы должны понимать, чтобы анализировать алгоритмы.Затем вы можете перейти к более сложным алгоритмам, таким как алгоритмы графов.

    Изображение Дариуша Санковски с сайта Pixabay

    Самая важная вещь, о которой нужно помнить, — это то, что вы должны четко понимать, что происходит в алгоритме. Раньше я брал простые примеры и применял алгоритм, чтобы увидеть, что происходит на каждом этапе. Работа с примерами помогла мне лучше понять, что происходит в алгоритме, и мне никогда не приходилось запоминать алгоритмы. Если меня попросят написать псевдокод для алгоритма, я могу легко сослаться на пример и проработать его, вместо того, чтобы точно запоминать каждый шаг.

    Запачкайте руки кодом

    В ходе нашего курса нас попросили реализовать различные структуры данных с нуля с их базовыми операциями. Я помню, как реализовывал двоичные деревья поиска (BST) на C ++ с операциями вставки, удаления, поиска, обхода до порядка, обхода после порядка и обхода без порядка. Нам нужно было создать класс BST и реализовать все эти операции как функции. Нас даже попросили сравнить время выполнения определенных операций с наборами данных разного размера.Это был отличный познавательный опыт. Я многому научился из этого упражнения и хорошо разбирался в операциях. Подобные процессы экспериментального обучения помогли мне лучше понять концепции алгоритмов.

    Вы можете начать кодирование с языков, поддерживающих ООП. Я обнаружил, что следующее очень легко изучить и использовать при кодировании.

    Если вы новичок, я бы порекомендовал вам начать с одного из этих языков.

    Онлайн-курсы

    Вы можете следить за онлайн-курсами по номеру

    1. Coursera : Специализация алгоритмов, структура данных и специализация алгоритмов, алгоритмы, часть I, алгоритмы, часть II
    2. MIT Open Courseware : Введение в алгоритмы
    3. Khan Academy : Алгоритмы
    4. Udacity : Введение в алгоритмы, Введение в структуры данных и алгоритмы, структуры данных и алгоритмы, Введение в алгоритмы выпускников, вычислимость, сложность и алгоритмы
    5. edX : Алгоритмы: дизайн и анализ Часть 1, Алгоритмы: проектирование и анализ, Часть 2, Алгоритмы и структуры данных, Алгоритмическое проектирование и методы, Проектирование и анализ алгоритмов, Графические алгоритмы

    и многие другие платформы.Вы можете попробовать предложенные упражнения, чтобы лучше понять.

    Интерактивные визуализаторы алгоритмов

    Вы можете опробовать такие платформы визуализации алгоритмов, как,

    1. Визуализация структуры данных
    2. Визуализатор алгоритмов
    3. VisuAlgo
    4. Алгоритмы сортировки Анимации | Toptal
    5. Анимированные алгоритмы
    6. Анимации и визуализации алгоритмов

    , которые доступны в Интернете и позволяют понять, как работают алгоритмы, шаг за шагом.

    Задачи программирования

    Поняв основы, вы можете практиковать полученные знания, пробуя задачи программирования. Следующие платформы предоставляют очень хорошие задачи, начиная с разных уровней сложности.

    1. Project Euler
    2. HackerRank
    3. CodeChef
    4. Coderbyte
    5. Exercism
    6. Codewars
    7. LeetCode

    Чем больше вы будете практиковаться, тем лучше вы поймете.Испытание задач программирования — хороший способ узнать, как изученные вами теории могут быть применены для решения проблем.

    Изображение Лукаса Биери с сайта Pixabay

    В заключение этой статьи я хотел бы подытожить 10 советов, основанных на моем опыте изучения алгоритмов.

    1. Иметь хорошее понимание основ.
    2. Четко понимать, что происходит в алгоритме.
    3. Проработайте шаги алгоритма на примерах.
    4. Тщательно разбирайтесь в анализе сложности.
    5. Попробуйте реализовать алгоритмы самостоятельно.
    6. Записывайте важные вещи, чтобы к вам можно было обратиться позже.
    7. Следуйте онлайн-курсам, найденным на обучающих платформах.
    8. Следите за онлайн-лекциями, опубликованными известными университетами.
    9. Попробуйте задачи по программированию.
    10. Если вы столкнетесь со сложными проблемами при программировании, не расстраивайтесь. Вы можете прочитать их уроки и понять, где вы застряли после завершения испытания.

    Если вы хотите узнать больше о структурах данных и алгоритмах, вы можете ознакомиться со следующими статьями.

    Не забывайте,

    Практика ведет к совершенству!

    Надеюсь, вы нашли эту статью полезной и содержательной. Дайте мне знать, что вы думаете.

    Спасибо за внимание!

    Ура!

    Определение алгоритма

    Алгоритм — это набор инструкций, предназначенных для выполнения определенной задачи. Это может быть простой процесс, например умножение двух чисел, или сложная операция, например воспроизведение сжатого видеофайла.Поисковые системы используют собственные алгоритмы для отображения наиболее релевантных результатов из своего поискового индекса по конкретным запросам.

    В компьютерном программировании алгоритмы часто создаются как функции. Эти функции служат небольшими программами, на которые может ссылаться более крупная программа. Например, приложение для просмотра изображений может включать в себя библиотеку функций, каждая из которых использует собственный алгоритм для визуализации различных форматов файлов изображений. Программа редактирования изображений может содержать алгоритмы, предназначенные для обработки данных изображения.Примеры алгоритмов обработки изображений включают кадрирование, изменение размера, повышение резкости, размытие, уменьшение эффекта красных глаз и улучшение цвета.

    Во многих случаях существует несколько способов выполнения определенной операции в программе. Поэтому программисты обычно стремятся создать максимально эффективные алгоритмы. Используя высокоэффективные алгоритмы, разработчики могут обеспечить максимально быструю работу своих программ и минимальное использование системных ресурсов. Конечно, не все алгоритмы создаются с первого раза идеально.Поэтому разработчики часто улучшают существующие алгоритмы и включают их в будущие обновления программного обеспечения. Когда вы видите новую версию программы, которая была «оптимизирована» или имеет «более высокую производительность», это больше всего означает, что новая версия включает более эффективные алгоритмы.

    Обновлено: 2 августа 2013 г.

    TechTerms — Компьютерный словарь технических терминов

    Эта страница содержит техническое определение алгоритма. Он объясняет в компьютерной терминологии, что означает алгоритм, и является одним из многих программных терминов в словаре TechTerms.

    Все определения на веб-сайте TechTerms составлены так, чтобы быть технически точными, но также простыми для понимания. Если вы найдете это определение алгоритма полезным, вы можете ссылаться на него, используя ссылки для цитирования выше. Если вы считаете, что термин следует обновить или добавить в словарь TechTerms, отправьте электронное письмо в TechTerms!

    Подпишитесь на рассылку TechTerms, чтобы получать избранные термины и тесты прямо в свой почтовый ящик.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.