Метод структурной алгоритмизации является одним из системных методов разработки алгоритмов. Он основан на визуальном представлении алгоритмов в виде последовательностей управляющих структурных фрагментов.
Каждый алгоритм состоит из элементарных шагов, которые можно объединить в определенные алгоритмические конструкции: линейную (последовательную), разветвляющуюся, циклическую .
Линейной называется конструкция алгоритма, реализованная в виде последовательности действий (шагов), причем каждое действие (шаг) выполняется только 1 раз, после каждого действия (шага) выполняется увеличение действия (шага) на 1 до тех пор, пока значение не станет больше конечного параметра алгоритма.
С помощью линейных алгоритмов представляют линейные процессы. Алгоритмы этого типа используют при описании обобщенного решения задач в виде последовательностей модулей.
Разветвляющейся (ветвящейся) называют алгоритмическую конструкцию, обеспечивающую выбор между 2 вариантами решений в зависимости от значений входных данных.
Ветвления бывают двух типов: неполное (если—то) и полное (если—то—иначе). С помощью полного ветвления можно организовать 2 ветви в алгоритме (то или иначе), каждая из которых приведет к общей точке их слияния, алгоритм будет выполняться независимо от того, по какому пути пошло решение. При наличии неполного ветвления предполагаются некоторые действия алгоритма лишь на одной ветви (то), поскольку вторая отсутствует, для одного из результатов проверки действия производить нет необходимости, управление сразу перейдет к точке слияния. Различают 4 базовые варианта структуры ветвления:
- Неполное ветвление типа «если – то», при котором все действия будут выполняться истинности условия.
- Полное ветвление типа «если – то – иначе», при котором будут выполняться 2 действия в зависимости от истинности условия.
- Ветвление с выбором типа «то», при котором действие 1 будет выполняться при условии 1, действие 2 при условии 2 и т.д.
- Ветвление с выбором типа «иначе», при котором при условии 1 будет выполняться действие 1, при условии 2 действие 2 и т.д., а иначе будут выполняться все другие действия.
Ниже приведены блок-схемы разветвляющихся алгоритмов.
Циклической (или циклом) называется конструкция алгоритма, в которой некоторая группа идущих подряд действий (шагов) выполняется несколько раз в зависимости от условия задачи и входных данных.
Такую группу повторяющихся действий на каждом шагу цикла называют телом цикла.
В любой циклической конструкции содержатся элементы ветвящейся конструкции алгоритма.
Различают 3 типа циклических алгоритмов:
- цикл с параметром (арифметический цикл);
- цикл с предусловием;
- цикл с постусловием (последние два называют итерационными).
Арифметический цикл
В цикле данного типа число шагов однозначно определено правилом изменения параметра, задаваемом с помощью его начальных и конечных значений, а также шага его изменения. Т.е., на каждом шаге цикла значение параметра изменяется согласно шагу цикла, пока не достигнет значения, равного конечному значению параметра.
Цикл с предусловием
В данном цикле количество шагов заранее не определяется, оно зависит от входных данных. В этой циклической структуре сначала происходит проверка значения условного выражения (условия), стоящего перед выполнением очередного шага цикла. При истинном значении условного выражения будет исполняться тело цикла. После чего снова будет выполняться проверка условия. Эти действия будут повторяться до тех пор, пока значение условного выражения не станет ложным, тогда цикл завершится.
Особенностью данного типа цикла является то, что при изначальной ложности значения условного выражения тело цикла не будет выполняться совсем.
Цикл с постусловием
В данной циклической конструкции, как и в предыдущей, заранее не определяется число повторений тела цикла, оно будет зависеть от входных параметров. Отличительной чертой цикла с предусловием является то, что тело цикла с постусловием в любом случае будет выполнено хотя бы 1 раз и только после этого проверится условие. В данной конструкции тело цикла выполняется до тех пор, пока значение условного выражения будет ложным. Как только оно станет истинным, выполнение команд прекратится.
В реальных задачах, как правило, присутствует любое количество циклов.
Ниже приведены блок-схемы циклических алгоритмов.
Типы данных: простые и структурированные
К реальным данным, которые обрабатываются программой, относят целые и вещественные числа, логические величины и символы. Они относятся к простым типам данных и называются базовыми. Все обрабатываемые компьютером данные хранятся в его ячейках памяти, каждая из которых имеет свой адрес. В языках программирования существуют переменные, позволяющие не обращать внимание на адреса ячеек памяти и обращаться к ним с помощью имени (идентификатора).
Переменная представляет собой именованный объект (ячейку памяти), изменяющий свое значение.
Имя переменной указывает на значение, а адрес и способ ее хранения остаются скрытыми от про¬граммиста. Помимо имени и значения переменные имеют свой тип, помогающий опре¬делить какого типа информация находится в памяти.
Типом переменной задается:
- используемый способ записи информации в ячейки памяти;
- необходимый объем памяти для ее хранения.
Для каждого типа объем памяти определяется так, чтобы в него можно было поместить любое значение из допустимо¬го диапазона значений для данного типа.
Переменные, которые присутствуют в программе на протяжении всего периода ее работы, называются статическими.
Переменные, которые создаются и уничтожаются на разных этапах выполнения про¬граммы, называются динамическими.
Остальные данные, значения которых не изменяются на протяжении всего выполнения программы, называются константами или постоянными.
Константы также имеют тип. Их возможно ука¬зывать явно или с помощью идентификаторов.
Чтобы повысить производительность и качество работы нужно иметь данные, которые будут максимально приближены к реальным аналогам.
Тип данных, который позволяет хранить вместе под одним именем несколько переменных, называется структурированным.
Любой язык программирования имеет свои структурированные типы. Рассмотрим одну из таких структур - массив.
Массивом называют упорядоченную совокупность однотипных величин, которые имеют общее имя, порядковые номера у элементов (индексы).
Элементы массива хранятся в памяти компьютера по соседству в отличие от одиночных элементов. Массивы различают по количеству индексов элементов.
Одномерный массив характеризуется наличием у каждого элемента лишь одного индекса. Примерами одномерных массивов являются геометрическая и арифметическая последовательности, которые определяют конечные ряды чисел.
Количество элементов массива называется размерностью.
У одномерного массива его размерность записывают рядом с именем в круглых скобках.
Элементы одномерного массива вводятся поэлемен¬тно, в порядке, необходимом для решения конкретной задачи. При необходимости ввода всего массива элементы вводятся в порядке возрастания индексов.
