Praktiliselt kõik meie maailmas allub teatud seadustele ja reeglitele. Kaasaegne teadus ei seisa paigal, tänu millele inimkond teab palju valemeid ja algoritme, mida järgides saab arvutada ja taasluua paljusid looduse loodud toiminguid ja struktuure ning ellu viia inimese leiutatud ideed.
Selles artiklis analüüsime algoritmi põhimõisteid.
Algoritmide tekkimise ajalugu
Algoritm – kontseptsioon, mis ilmus XII sajandil. Sõna "algoritm" ise pärineb kuulsa Lähis-Ida matemaatiku Muhammad al-Khwarizmi nime ladinakeelsest tõlgendusest, kes kirjutas raamatu "India loendamisest". Selles raamatus kirjeldatakse, kuidas araabia numbreid kasutades õigesti kirjutada naturaalarve, ja kirjeldatakse toimingute algoritmi, kui selliste arvude kohal on veerg.
12. sajandil tõlgiti raamat "India kontost" ladina keelde ja siis ilmus see määratlus.
Algoritmi koostoime inimese ja masinaga
LoomineAlgoritm nõuab loomingulist lähenemist, nii et ainult elusolend saab luua uue järjestikuste toimingute loendi. Kuid olemasolevate juhiste täitmiseks ei ole vaja fantaasiat, isegi hingetu tehnoloogia saab sellega hakkama.
Suurepärane näide antud juhiste täpsest järgimisest on tühi mikrolaineahi, mis jätkab tööd hoolimata sellest, et selles pole toitu.
Subjekti või objekti, mis ei pea mõistma algoritmi olemust, nimetatakse formaalseks täitjaks. Inimene võib saada ka formaalseks täitjaks, kuid juhul, kui üks või teine tegevus on kahjumlik, saab mõtlev täitja teha kõike omal moel. Seetõttu on peaesinejateks arvutid, mikrolaineahjud, telefonid ja muu tehnika. Algoritmi kontseptsioon arvutiteaduses on ülim alt oluline. Iga algoritm koostatakse konkreetse subjekti ootusega, võttes arvesse lubatud toiminguid. Need objektid, millele subjekt saab juhiseid rakendada, moodustavad täitja keskkonna.
Praktiliselt kõik meie maailmas allub teatud seadustele ja reeglitele. Kaasaegne teadus ei seisa paigal, tänu millele teab inimkond palju valemeid ja algoritme, mida järgides saab arvutada ja taasluua paljusid looduse toiminguid ja loomingut ning ellu viia inimese leiutatud ideed. Selles artiklis analüüsime algoritmi põhimõisteid.
Mis on algoritm?
Enamik tegevusi, mida me oma elu jooksul sooritame, nõuavad mitmete reeglite järgimist. Alates sellest, kui palju on inimesel sellest õige ettekujutusmida, kuidas ja millises järjestuses ta tegema peaks, sõltub talle pandud ülesannete kvaliteedist ja tulemusest. Lapsevanemad on lapsepõlvest saati püüdnud oma lapses välja töötada algoritmi peamiste toimingute jaoks, näiteks: ärkamine, voodi tegemine, hammaste pesemine ja harjamine, harjutuste tegemine, hommikusöök jne, nimekiri, mida inimene teeb. kogu tema hommikust elu võib pidada ka omamoodi algoritmiks.
Algoritm on mõiste, mis viitab juhiste kogumile, mida inimene peab teatud probleemi lahendamiseks järgima.
Üldiselt on algoritmil palju definitsioone, mitmed teadlased iseloomustavad seda erinev alt.
Kui inimese iga päev kasutatav algoritm on igaühe jaoks erinev ja võib muutuda olenev alt esineja vanusest ja olukordadest, siis toimingute kogum, mis tuleb matemaatilise ülesande lahendamiseks sooritada või tehnoloogia kasutamine on kõigile sama ja jääb alati samaks.
Algoritmi mõiste on erinev, erinevad ka algoritmide tüübid – näiteks inimese jaoks, kes taotleb eesmärki, ja tehnoloogia jaoks.
Meie infotehnoloogia ajastul järgivad inimesed igapäevaselt juhiseid, mille on loonud teised inimesed, sest tehnoloogia nõuab kasutamisel rea toimingute täpset täitmist. Seetõttu on õpetajate põhiülesanne koolides õpetada lastele algoritme kasutama, kiiresti haarama ja olemasolevaid reegleid vastav alt hetkeolukorrale muutma. Algoritmi struktuur on üks neistmõisted, mida õpitakse igas koolis matemaatika ja informaatika tunnis.
Algoritmi põhiomadused
1. Diskreetsus (üksikute toimingute jada) – mis tahes algoritmi tuleks esitada lihtsate toimingute jadana, millest igaüks peaks algama pärast eelmise sooritamist.
2. Kindlus – iga algoritmi toiming peaks olema nii lihtne ja selge, et esitajal ei tekiks küsimusi ega tegutsemisvabadust.
3. Tõhusus – algoritmi kirjeldus peaks olema selge ja täielik, et pärast kõigi juhiste täitmist jõuaks ülesanne loogilise lõpuni.
4. Massimärk – algoritm peaks olema rakendatav tervele probleemide klassile, mida saab lahendada ainult algoritmis olevaid numbreid muutes. Kuigi on arvamus, et viimane punkt ei kehti algoritmide, vaid kõigi matemaatiliste meetodite kohta üldiselt.
Tihti kasutavad õpetajad koolides selleks, et lapsed algoritmidest paremini aru saaksid, näidet kokaraamatust kokkamisest, retsepti alusel ravimite valmistamisest või meistriklassi põhjal seebi valmistamise protsessist. Arvestades aga algoritmi teist omadust, mis ütleb, et iga algoritmi üksus peab olema nii selge, et seda saaks teostada absoluutselt iga inimene ja isegi masin, võime järeldada, et iga protsess, mis nõuab vähem alt mingisugust kujutlusvõime tõttu ei saa algoritmi nimetada. Toiduvalmistamine ja näputöö nõuavad teatud oskusi ja hästi arenenud kujutlusvõimet.
Algoritme on erinevat tüüpi,kuid on kolm peamist.
Tsükliline algoritm
Selles tüübis korratakse mõnda üksust mitu korda. Toimingute loendit, mida eesmärgi saavutamiseks tuleb korrata, nimetatakse algoritmi kehaks.
Silmuse iteratsioon on kõigi tsükli põhiosas sisalduvate üksuste täitmine. Silmuse osi, mida pidev alt teatud arv kordi täidetakse, nimetatakse fikseeritud arvuga tsükliks iteratsioonidest.
Neid tsükli osi, mille sagedus sõltub paljudest tingimustest, nimetatakse määramatuteks.
Lihtsaim tsükkel on fikseeritud.
On kahte tüüpi tsüklilisi algoritme:
- Eeltingimusega silmus. Sel juhul kontrollib tsükli keha enne selle käivitamist selle olekut.
- Järeltingimusega silmus. Järeltingimusega tsüklis kontrollitakse tingimust pärast tsükli lõppu.
Lineaarset tüüpi algoritmid
Selliste ahelate juhised täidetakse üks kord nende esitamise järjekorras. Näiteks voodi tegemise või hammaste pesemise protsessi võib pidada lineaarseks algoritmiks. See tüüp hõlmab ka matemaatilisi näiteid, kus on ainult liitmise ja lahutamise tehted.
Hargnemisalgoritm
Hargnemistüübis on mitu valikut, millist rakendatakse, sõltub tingimusest.
Näide. Küsimus: "Kas vihma sajab?" Vastuse valikud: "Jah" või "Ei". Kui a"jah" - ava vihmavari, kui "ei" - pane vihmavari kotti.
Abialgoritm
Abialgoritmi saab kasutada ka teistes algoritmides, määrates ainult selle nime.
Algoritmides leiduvad terminid
Tingimus on sõnade "kui" ja "siis" vahel.
Näiteks: kui oskad inglise keelt, siis vajuta ühte. Selles lauses on tingimuseks osa fraasist "tead inglise keelt".
Andmed on teave, mis kannab teatud semantilist koormust ja on esitatud nii, et seda saab edastada ja selle algoritmi jaoks kasutada.
Algoritmiline protsess – ülesande lahendamine algoritmi järgi, kasutades teatud andmeid.
Algoritmi struktuur
Algoritmil võib olla erinev struktuur. Algoritmi kirjeldamiseks, mille kontseptsioon sõltub ka selle struktuurist, saab kasutada mitmeid erinevaid viise, näiteks: verbaalne, graafiline, kasutades selleks spetsiaalselt välja töötatud algoritmkeelt.
Millist meetodit kasutatakse, sõltub mitmest tegurist: ülesande keerukus, kui üksikasjalik peab olema probleemi lahendamise protsess jne.
Algoritmi graafiline versioon
Graafiline algoritm – mõiste, mis eeldab konkreetse probleemi lahendamiseks sooritatavate toimingute jaotamist teatud geomeetriliste kujundite järgi.
Graafilisi diagramme ei kuvata juhuslikult. Selleks, et nad saaksidmis tahes inimese mõistmiseks kasutatakse kõige sagedamini vooskeemi ja Nassi-Schneidermani strukturogramme.
Samuti on plokkskeemid koostatud vastav alt standarditele GOST-19701-90 ja GOST-19.003-80. Algoritmis kasutatud graafilised joonised jagunevad:
- Põhiline. Peamisi pilte kasutatakse andmete töötlemiseks vajalike toimingute tähistamiseks probleemi lahendamisel.
- Abiteenistus. Abipilte on vaja probleemi lahendamise üksikute, mitte kõige olulisemate elementide tähistamiseks.
Graafilises algoritmis nimetatakse andmete esitamiseks kasutatavaid geomeetrilisi kujundeid plokkideks.
Kõik plokid lähevad järjestikku "ülev alt alla" ja "vasakult paremale" – see on õige voolusuund. Õige järjestuse korral ei näita plokke omavahel ühendavad jooned suunda. Muudel juhtudel on joonte suund näidatud nooltega.
Õige algoritmi skeemil ei tohiks olla rohkem kui üks väljumine töötlusplokkidest ja vähem kui kaks väljumist plokkidest, mis vastutavad loogiliste toimingute ja tingimuste kontrollimise eest.
Kuidas algoritmi õigesti koostada?
Algoritmi struktuur, nagu eespool mainitud, peab olema üles ehitatud vastav alt GOST-ile, vastasel juhul ei ole see teistele arusaadav ja juurdepääsetav.
Üldine salvestusmetoodika sisaldab järgmisi elemente:
Nimi, mille järgi on selge, millist probleemi saab selle skeemi abil lahendada.
Igal algoritmil peab olema selgelt märgitud algus ja lõpp.
Algoritmidkõik andmed, nii sisend kui ka väljund, peavad olema selgelt ja selgelt kirjeldatud.
Algoritmi koostamisel tuleks tähele panna toimingud, mis võimaldavad valitud andmetel ülesande lahendamiseks vajalikke toiminguid teha. Algoritmi ligikaudne vaade:
- Keemi nimi.
- Andmed.
- Alusta.
- Meeskonnad.
- Lõpp.
Skeemi õige ehitus hõlbustab oluliselt algoritmide arvutamist.
Geomeetrilised kujundid, mis vastutavad algoritmi erinevate toimingute eest
Horisontaalne ovaal – algus ja lõpp (lõpumärk).
Horisontaalne ristkülik – arvutamine või muud toimingud (protsessimärk).
Horisontaalne rööpkülik – sisend või väljund (andmemärk).
Horisontaalne romb – seisukorra kontroll (otsuse märk).
Piklik, horisontaalne kuusnurk – modifikatsioon (ettevalmistuse märk).
Algoritmimudelid on näidatud allpool.
Algoritmi koostamise vormel-verbaalne versioon.
Valem-verbaalsed algoritmid on kirjutatud suvalises vormis, selle valdkonna erialakeeles, kuhu ülesanne kuulub. Sel viisil toimingute kirjeldamine toimub sõnade ja valemite abil.
Algoritmi mõiste arvutiteaduses
Arvutivaldkonnas põhineb kõik algoritmidel. Ilma selgete juhisteta, mis on sisestatud spetsiaalse koodi kujul, ei tööta ükski tehnika egaprogramm. Informaatikatundides püüavad õpilased anda algoritmide põhimõisteid, õpetada neid kasutama ja neid ise looma.
Algoritmide loomine ja kasutamine informaatikas on loomingulisem protsess kui näiteks matemaatika ülesande lahendamise juhiste järgimine.
Samuti on olemas spetsiaalne programm "Algoritm", mis aitab programmeerimise vallas võhikutel luua oma programme. Sellisest ressursist võib saada asendamatu abiline neile, kes teevad arvutiteaduses esimesi samme ja soovivad luua oma mänge või muid programme.
Teis alt on iga programm algoritm. Aga kui algoritm kannab enda andmeid sisestades ainult neid toiminguid, mida on vaja teha, siis programm kannab juba valmis andmeid. Teine erinevus on see, et programm võib olla patenteeritud ja eraomand, kuid algoritm ei ole. Algoritm on laiem mõiste kui programm.
Järeldus
Selles artiklis analüüsisime algoritmi mõistet ja selle tüüpe, õppisime graafilisi skeeme õigesti kirjutama.
