Презентація на тему:
123

Основи алгоритмізації та програмування

Поняття моделі. Типи моделей. Моделювання як метод дослідження об’єктів. Поняття алгоритму, властивості алгоритмів. Форми подання алгоритмів. Графічне подання алгоритмів. Поняття мови програмування, програмного коду, компілятора, середовища розробки програм. Етапи розв’язування задач з використанням комп’ютера. Поняття програми як автоматизованої системи. Складові програми: дані, логіка, інтерфейс. Поняття об’єкта у програмуванні. Властивості об’єкта. Елементи інтерфейсу користувача як об’єкти. Поняття події та обробника події. Поняття про методи об’єкта. План:

Поняття моделі Модель походить від латинського слова modulus – зразок, аналог. Модель об’єкта – це новий об’єкт, який відображає властивості об’єкта, суттєві для даного дослідження. Процес створення та дослідження об’єктів на основі їхніх моделей називається моделюванням.

Типи моделей Моделі класифікують: за способом подання; за галузями використання; за фактором часу та ін.

За способом подання моделі розподіляють на: матеріальні (предметні); інформаційні.

Матеріальна модель об’єкта – це модель об’єкта, подана у вигляді матеріального об’єкта (предмета). Інформаційна модель об’єкта – це модель об’єкта, подана у вигляді його опису.

Інформаційні моделі розподіляють на: словесні (усні та письмові описи); графічні (рисунки, креслення, піктограми, карти та ін.); структурні (таблиці, графіки залежностей, діаграми, схеми та ін.); алгоритмічні (правила, плани дій та ін.); математичні (формули, рівняння, нерівності, функції та ін.); спеціальні (хімічні формули і рівняння, нотні записи, записи шахових партій та ін.).

Для створення інформаційної моделі об’єкта потрібно: 1. Визначити об’єкт дослідження, для якого створюється модель, і мету дослідження. 2. Виділити ті властивості об’єкта, які є суттєвими для вказаного дослідження. 3. Установити взаємозв’язки між вибраними властивостями та виразити їх, використавши одну з форм представлення.

За галузями використання моделі розподіляють на: навчальні – створюються для навчання (наочні посібники, тренажери, що створюють для навчання, наприклад тренажер літака для навчання льотчиків, тренажер для імітації перевантажень під час виведення на орбіту в космічному польоті та ін.); дослідницькі – створюються для проведення досліджень (модель річкового теплохода, гелікоптера, гідростанції для проведення досліджень на міцність, плавучість, аеродинамічні властивості, вплив на екологію, модель комп’ютера, прилад, що імітує розряд блискавки та ін., а також формули, рівняння, функції та ін., які можна використати для дослідження об’єктів); ігрові – створюються для моделювання ситуацій для розробки і перевірки різноманітних стратегій поведінки, адаптації до певних умов (військові, економічні, спортивні, ділові ігри та ін.).

За фактором часу моделі розподіляють на: статичні – це моделі, в яких зафіксовано стан об’єкта в певний момент часу і подальші зміни цього об’єкта не враховуються, наприклад гіпсова модель піраміди Хеопса; динамічні – це моделі, які призначені для дослідження змінення значень властивостей об’єкта з часом, наприклад модель змінення рівня води в гірських річках під час танення снігів; модель погоди в даному регіоні; модель Сонячної системи, що змінюється залежно від результатів нових досліджень.

Поняття алгоритму Алгоритм – це скінченна послідовність команд (вказівок), що визначає, які дії та в якому порядку потрібно виконати, щоб досягти поставленої мети.

Кожна команда алгоритму є спонукальним реченням, що вказує, яку дію має виконати виконавець алгоритму. Множину всіх команд, які може виконувати даний виконавець, називають системою команд цього виконавця. ! розробляючи алгоритм, потрібно перш за все визначити, для якого виконавця він призначений, і використовувати в алгоритмі тільки ті команди, які входять до системи команд цього виконавця.

Властивості алгоритму: дискретність: виконання алгоритму зводиться до виконання окремих дій (кроків) у певній послідовності. Причому, кожна команда алгоритму повинна виконуватися за скінченний інтервал часу. визначеність: для заданого набору значень вхідних даних алгоритм однозначно визначає порядок дій виконавця та результат цих дій. Алгоритм не повинен містити команди, які можуть сприйматися виконавцем неоднозначно, наприклад «Трохи помити підлогу». Крім того, недопустимі ситуації, коли після виконання чергової команди виконавцю незрозуміло, яку команду він повинен виконувати наступною. виконуваність: алгоритм, призначений для певного виконавця, може містити тільки команди, які входять до системи команд цього виконавця. Наприклад, алгоритм для виконавця «Учень першого класу» не може містити команду «Побудуй бісектрису даного кута», хоча така команда може бути в алгоритмі, який призначений для виконавця «Учень восьмого класу». Виконавець повинен лише вміти виконувати кожну команду зі своєї системи команд, і не важливо, розуміє він її чи ні.

скінченність: виконання алгоритму закінчиться після скінченної (можливо, досить великої) кількості кроків і за скінченний час при будь-яких допустимих значеннях початкових даних. результативність: після закінчення виконання алгоритму обов’язково одержуються результати, які відповідають поставленій меті. Результативними вважаються також алгоритми, які визначають, що дану задачу не можна розв’язати або дана задача не має розв’язків при заданому наборі початкових даних. масовість: алгоритм може бути застосований до цілого класу однотипних задач, для яких спільними є умова та хід розв’язування та які відрізняються тільки початковими даними. Властивості алгоритму:

Форми подання алгоритмів: словесний опис; у вигляді таблиць, формул, схем, малюнків тощо: наприклад, у вигляді умовних позначок на купленому товарі, щодо його користування (підключеня антени до телевізора, прання білизни тощо). В математиці таким прикладом можуть бути наявність формул, що дозволяють покроково розв'язувати задачі; графічно (у вигляді блок-схеми); навчальні алгоритмічні мови (псевдокоди) алгоритм подають умовними алгоритмічними мовами, що мають жорстко визначений синтаксис і вже максимально наближені до машинної мови. Вони містить як деякі формальні конструкції, так і фрази природньою для людини мовою, загальноприйняті математичні символи, скорочення тощо; мовою програмування.

Деякі елементи (блоки) блок-схеми алгоритму:

Комп’ютерні програми Програма – це набір команд (вказівок, інструкцій), призначений для виконання комп’ютером у певній послідовності. Програми складаються для виконання комп’ютером алгоритмів. Ці алгоритми утворюють логіку програми (програмну логіку). У процесі своєї роботи програма опрацьовує дані.

вхідними (початкові) даними називаються дані, які вводить до програми безпосередньо її користувач або програма їх отримує від певного пристрою (наприклад, від датчика вологості), або від іншої програми, або з іншого джерела (наприклад, з текстового файлу); вихідними (результуючими) даними називаються дані, отримання яких є метою використання програми; проміжними даними називаються дані, що опрацьовуються під час виконання програми.

Мови програмування Мовою програмування називається мова, котра використовується для запису алгоритмів, призначених для виконання комп’ютером. Кожна мова програмування має: алфавіт – множину символів, з яких можна утворювати слова та речення цієї мови; словник – набір спеціальних (зарезервованих, ключових) слів; синтаксис– правила складання та запису мовних конструкцій (не словникових слів і речень); семантику – встановлене однозначне тлумачення мовних конструкцій, правил їх виконання.

Використання символів, що не входять до алфавіту, неправильне написання словникових слів, порушення синтаксичних правил призводить до неможливості виконання комп’ютером відповідної команди. Такі порушення називаються синтаксичними помилками.

Процесор комп’ютера може виконувати команди, подані тільки машинною мовою. Машинна мова – це мова програмування, в якій команди подаються як послідовності двійкових кодів. Машинна мова програмування орієнтована на процесори конкретної архітектури, тобто машинні мови для різних процесорів можуть відрізнятися одна від одної.

Для виконання процесором програм, написаних не машинною мовою програмування, використовуються спеціальні програми – компілятори та інтерпретатори.

Компілятори аналізують весь текст програми на наявність синтаксичних помилок, і якщо такі помилки відсутні, перекладають текст програми на машинну мову, формуючи машинний код програми. Цей код, залежно від режиму роботи компілятора, або зберігається в пам’яті комп’ютера, або записується на диск у вигляді виконуваного файлу (ехе-файлу). Після отримання виконуваного файлу його можна відправити на виконання процесором. При цьому сама програма-компілятор вже не використовується. За наявності в програмі синтаксичних помилок, компілятор або зупиняється на першій з них і виводить на екран повідомлення про неї, або аналізує програму до кінця та виводить на екран загальний список повідомлень про наявні помилки. Компілятори

Інтерпретатори - програми, що використовуються в деяких мовах програмування, вони не створюють виконуваних файлів, а аналізують програму покомандно й одразу ж ці команди виконують. Тому виконати програму, яка інтерпретується, а не компілюється, можна лише на тому комп’ютері, де встановлена відповідна програма-інтерпретатор. Для деяких сучасних мов програмування використовують комбінацію компіляції й інтерпретації. Спочатку програма компілюється в деякий проміжний код (не машинний), після чого інтерпретується спеціальною програмою, написаною для цього коду. Інтерпретатори

Середовище розробки програм Інтегроване середовище розробки – це спеціальна комп’ютерна програма, що допомагає програмістові розробляти нове програмне забепечення (ПЗ) чи модифікувати (удосконалювати) вже існуюче. Інтегровані середовища розробки зазвичай складаються з редактора програмного коду, компілятора чи/або інтерпретатора, засобів автоматизації збірки, та зазвичай налогоджувача.

Етапи розв’язування задач з використанням комп’ютера: Постановки задачі. На цьому етапі треба чітко з'ясувати, що дано і що треба знайти. Тобто треба чітко уявити, в чому полягає дана задача, які необхідні початкові дані для її розв'язання, та що можна вважати за очікуваний результат. Наприклад, Ви вирішили зробити ремонт власної кімнати. Напевно, що безпосередньо зробити ремонт персональний комп'ютер не може. Але він може допомогти у виконання розрахунків на витратні матеріали, оплату виконаних робіт тощо. В нашому випадку вхідними даними повинні бути: розміри кімнати, що підлягає ремонту, набір необхідних витратних матеріалів, ціни на ці матеріали, вартість виконуваних робіт тощо. Результатом роботи програми повинна бути необхідна сума коштів на виконання ремонтних робіт з урахуванням витратних матеріалів.

Етапи розв’язування задач з використанням комп’ютера. 2) Побудова математичної моделі. Це дуже відповідальний етап, тому що не завжди в умові задачі міститься формула, придатна для застосування в програмі. Для цього створюється інформаційна математична модель об'єкта. В нашому випадку математичною моделлю нашої задачі буде: розрахунок площі поверхні, що підлягає ремонту (для спрощення ми будемо тільки наклеювати шпалери); розрахунок необхідних витратних матеріалів з урахуванням площі шпалер, що знаходяться в рулоні, та проценту додаткових шпалер для співпадання малюнків; розрахунок вартості витратних матеріалів та виконаних робіт.

Етапи розв’язування задач з використанням комп’ютера. 3) розробка алгоритму на основі побудованої математичної моделі. Для цього можна використати вже відомі методи та способи розв'язування отриманих математичних співвідношень, при наявності кількох методів розв'язання, необхідно вибрати оптимальний, провівши їх оцінку та аналіз. Якщо серед існуючих методів розв'язання необхідний відсутній, треба розробити власний. Під час створення складних алгоритмів застосовується метод покрокової деталізації, який полягає в тому, що складний алгоритм розбивається на прості підзадачі, кожна з яких в свою чергу може розбиватися на ще простіші.

Етапи розв’язування задач з використанням комп’ютера. 4) кодування (опис алгоритму мовою програмування); налагодження та тестування. Під налагоджуванням програми розуміється процес випробування роботи програми з виправленням виявлених при цьому помилок. Виправити помилки, пов'язані з правилами написання програм, вам допомагає середовище програмування, а ось логічні помилки виправити набагато важче. В цьому вам можуть допомогти правильно підібрані тести; експлуатація програми. На цьому етапі обов'язково ще раз перевірити правильність очікуваних результатів. Якщо отримані результати являються помилковими, необхідно повернутися до одного з попередніх етапів.

Домашнє завдання: Прочитати розділ 2, пункти 2.1, 2.2 та 2.3. Підручник Інформатика 11 клас Ривкінд.