Какие способы описания алгоритмов вы знаете: inform — Способы описания алгоритмов

Содержание

inform — Способы описания алгоритмов

Главная / Алгоритмы / Способы описания алгоритмов


Разрабатываемый алгоритм должен быть представлен (описан) таким образом, чтобы он был понятным для исполнителя этого алгоритма, компактным, наглядным и учитывал все нюансы условия задачи и метода её решения. Все действия, предусмотренные алгоритмом должны толковаться однозначно. Если алгоритм предназначен для решения задачи на компьютере, то он должен быть понятным программисту и должен содержать максимум сведений, необходимых для программирования.

Существуют следующие способы представления алгоритмов:

  1. словесное описание;
  2. описание алгоритма с помощью  математических формул;
  3. графическое представление алгоритма в виде блок-схемы;
  4. представление алгоритма с помощью псевдокода;
  5. комбинированный способ описания алгоритма с использованием, например,  словесного и графического способов или словесного и с помощью математических формул и т.
    д.

Словесное описание алгоритма представляет собой описание структуры алгоритма на естественном языке. В этом случае вся последовательность операций описывается в словесной форме. Словесный способ отличается многословностью и отсутствием наглядности, но предоставляет возможность лучше описать отдельные операции.

Описание алгоритма с помощью математических выражений обеспечивает высокую точность решения задачи.

Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, но частично формализованном языке. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика. Строгих синтаксических правил для записи псевдокода не предусмотрено. Псевдокод занимает промежуточное положение между словесным способом описания алгоритма и программой, написанной на алгоритмическом языке.

Графическое описание

алгоритма в виде блок-схемы – это описание структуры алгоритма с помощью геометрических фигур с линиями связи. Блок схема алгоритма – это графическое представление метода решения задачи, в котором используются специальные символы для отображения операций. Это наиболее широко используемый способ представления алгоритмов.

Символы,из которых состоит блок-схема алгоритма, определяет ГОСТ 19.701-90. Этот ГОСТ соответствует международному стандарту оформления алгоритмов, поэтому блок-схемы алгоритмов, оформленные согласно ГОСТ 19.701-90, в разных странах понимаются однозначно.

Главное преимущество этого способа – наглядность. К его недостаткам можно отнести то,что с помощью этого способа иногда трудно описать некоторые операции. В таких случаях для уточнения каких-то нюансов дополнительно используют словесный или формальный способы, то есть используют комбинированный способ представления алгоритма.

Комбинированный способ описания алгоритма даёт возможность использовать возможности и преимущества всех перечисленных выше способов.

Каждый из перечисленных способов изображения алгоритмов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому при разработке сложных алгоритмов часто используют именно комбинированный способ. Представленные выше способы описания алгоритма предназначены для человека, например для программиста. А для представления алгоритма в таком виде, который будет понятным компьютеру, используют языки программирования, то есть представляют алгоритм в виде программы.


Способы описания алгоритмов — Информатика, информационные технологии

Существуют несколько способов описания алгоритма: словесное, псевдокод, блок-схема, программа.

Словесное описание представляет структуру алгоритма на естественном языке. Запись алгоритма осуществляется в произвольной форме, никаких правил не существует.

Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, частично формализованном языке, позволяющее выявить основные этапы решения задачи, перед точной его записью на языке программирования. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика.

Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором используемых слов и конструкций.

Блок-схема – описание структуры алгоритма с помощью геометрических фигур с линиями – связями, показывающими порядок выполнения отдельных инструкций. В блок – схеме каждой формальной конструкции соответствует определенная геометрическая фигура или связанная линиями совокупность фигур.

Основные конструкции, использующиеся для построения блок – схем.

— начало/конец алгоритма

— процесс, предназначенный для описания отдельных

действий

ввод/вывод с неопределенного носителя

Нет Да — проверка условия

— — предопределенный процесс, предназначенный для

— обращения к подпрограмме.

Лекция 5.2. Блок-схемы алгоритма

Алгоритмы решения задач

Логическая структура алгоритма решения любой задачи может быть выражена комбинацией трех базовых структур: следования, ветвления и цикла (это содержание теоремы Бема – Якопини).

Линейная структура (следование) самая важная из структур. Она означает, что действия могут быть выполнены друг за другом (рис. 5.2.1.).

Вход Выход

Прямоугольники могут представлять как одну единственную команду, так и множество операторов, необходимых для выполнения сложной обработки данных.

Пример 5.2.1.

Опишем алгоритм сложения двух чисел на псевдокоде и в виде блок-схемы (рис. 5.2.2.).

1. Псевдокод:

2. Ввод двух чисел a, b

3. Вычисляем сумму S = a + b

4. Вывод S

5. Конец.

Рис. 5.2.2. Блок — схема к примеру 5. 2.1.

Ветвление (развилка) – это структура, обеспечивающая выбор между двумя альтернативами. Выполняется проверка условия, а затем выбирается один из путей (рис. 5.2.3). Если условие имеет значение «Истина», то выполняется «Действие А». Если условие имеет значение «Ложь», выполняется «Действие В». Эта структура называется, также «Если – ТО – ИНАЧЕ» или «развилка». Каждый путь (ТО или ИНАЧЕ) ведет к общей точке слияния, так что выполнение алгоритма продолжается независимо от того, какой путь был выбран. Может оказаться, что для одного из результатов проверки ничего выполнять не надо. В этом случае можно применить только один обрабатывающий блок (рис. 5.2.4).

Вход

Ложь (НЕТ) Истина (ДА)

Выход

Рис. 5.2.3. Полное ветвление

Вход

ДА НЕТ

Рис. 5.2.4. Структура «непол-

ное ветвление»

Выход

Такая структура называется «неполным ветвлением» или «неполной развилкой».

Пример 5.2.2.

Вывести значение наибольшего числа из двух чисел (рис. 5.2.5).

Псевдокод:

1. Ввод двух чисел a, b

2. ЕСЛИ ab, ТО «выводим a»,

ИНАЧЕ «выводим b»

3.

Конец.

НЕТ ДА

Рис. 5.2.5. Блок – схема к примеру 5.2.2.

Цикл (или повторение) предусматривает повторное выполнение некоторого набора команд алгоритма. Циклы позволяют записать длинные последовательности операций обработки данных с помощью небольшого числа повторяющихся команд. Различают два типа циклов: «цикл с предусловием» и «цикл с постусловием».

Цикл с предусловием («Пока») (рис. 5.2.6).

Истина Выход

Ложь

Рис. 5.2.6. Структура цикла «Пока».

Цикл начинается с проверки логического выражения. Если оно истинно, то выполняется тело цикла, затем все повторяется, пока логическое выражение сохраняет значение «истина». Как только оно становится ложным, выполнение операций прекращается и управление передается дальше. Особенностью цикла с предусловием является то, что если изначально логическое выражение имеет значение «ложь», то тело цикла не выполнится ни разу.

Пример 5.2.3.

Вычислить сумму 100 чисел (рис. 5.2.7).

Псевдокод:

1. НАЧ

2. I =1; S = 0

3. ПОКА i

НЦ

4. Ввести ai

5. S = S + ai

6. i = i + 1

КЦ

7. Вывод S

8.

Конец.

НЕТ

ДА

Рис. 5.2.7. Блок – схема к примеру 5.2.3 с циклом «Пока»

Цикл с постусловием («До»).

В отличие от цикла с предусловием, тело цикла с постусловием всегда будет выполнено хотя бы один раз, после чего проверяется условие. В этой конструкции тело цикла будет повторяться до тех пор, пока значение логического выражения ложно. Как только оно становится истинным, выполнение тела цикла прекращается (рис. 5.2.8).

Вход Истина

Ложь Выход

Рис. 5.2.8. Структура «цикла с постусловием».

Пример 5.2.4.

Вывести максимальное значение из 100 натуральных чисел (рис. 5.2.9).

Псевдокод:

1. Начало

2.

Ввести a1

3. max = a1; i = 2

4. НЦ

a. Ввести ai

b. ЕСЛИ maxai ТО max = ai

c. i = i + 1

5. ДО I100;

6. КЦ

7. Вывести max.

8. Конец.

Истина

Ложь Истина

Рис. 5.2.9. Блок – схема к примеру 5.2.4. с циклом «До»

Базовые алгоритмические структуры можно комбинировать одну с другой – как путем организации их следования, так и путем создания суперпозиций (вложений одной структуры в другую). Используя описанные структуры, можно полностью исключить использование каких-либо еще операторов условного и безусловного перехода, что является важным признаком структурного программирования. Приведем несколько примеров (рис. 5.2.10, 5.2.11, 5.2.12, 5.2.13).

+

— +

Рис. 5.2.10. Алгоритм типа «развилка, вложенная в цикл, с предусловием», для нахождения суммы положительных чисел и N возможных

— +

+

Рис. 5.2.11. Алгоритм типа «цикл, с предусловием, вложенный в неполную развилку»

— +

Рис. 5.2.12. Алгоритм типа «неполная развилка, вложенная в пол-

— + ную развилку».

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение алгоритма и поясните его.

2. Какие формы представления алгоритма вы знаете?

3. В чем особенности графического представления алгоритма?

4. Назовите основные (базовые) алгоритмические структуры?

5. Перечислите свойства алгоритмов и объясните, чем они определены.

Статьи к прочтению:

Алгоритм


Похожие статьи:
  • Способы представления алгоритмов

    1. Словесный. Такое описание алгоритма состоит из словесного перечня действий в виде предложений. Например, вычислить C= А-В, если А=В A + B , если A…

  • Способы описания алгоритмов.

    Для записи алгоритмов используют различные способы в зависимости от предназначения алгоритма. Рассмотрим следующие способы описания алгоритма:…

Типы алгоритмов. Информатика, 6 класс: уроки, тесты, задания.

1. Типы алгоритмов

Сложность: лёгкое

1
2. Алгоритм приготовления салата

Сложность: лёгкое

2
3. Блок-схемы

Сложность: лёгкое

1
4. Логическое рассуждение

Сложность: среднее

2
5. Вычисления

Сложность: среднее

2
6. Алгоритм нахождения периметра прямоугольника

Сложность: среднее

2
7.
Алгоритм с повторением

Сложность: сложное

3
8. Выполнение алгоритма

Сложность: сложное

3
9. Составление алгоритма

Сложность: сложное

3

Понятие алгоритма, его свойства и способы описания

Алгоритм — описание последовательности действий (план), строгое  исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

Алгоритмизация — процесс разработки алгоритма (плана действий) для решения задачи.

Свойства алгоритмов:

1. Определенность. Предполагает  получение однозначного результата вычислительного процесса при заданных исходных данных. Благодаря этому свойству  процесс выполнения алгоритма  носит механический характер.

2. Результативность. Указывает на наличие таких исходных данных, для которых реализуемый по заданному алгоритму процесс  должен через конечное число шагов остановиться и выдать искомый результат.

3. Массовость. Это свойство предполагает, что алгоритм должен быть пригоден для решения всех задач данного типа.

4. Дискретность. Означает  расчлененность определяемого алгоритмом  вычислительного процесса на отдельные этапы, возможность  выполнения которых исполнителем (компьютером) не вызывает сомнений.  

Алгоритм должен быть формализован  по некоторым  правилам посредством конкретных  изобразительных средств.

К ним относятся  следующие способы записи алгоритмов:

-Словесный;

-Формально-словесный;

-Графический;

-Язык операторных схем;

Наибольшее распространение  благодаря своей наглядности получил графический (блок-схемный) способ записи алгоритмов.

Блок- схемой называется  графическое изображение логической структуры алгоритма, в котором каждый этап процесса обработки  информации  представляется в виде геометрических  блоков, имеющих определенную   конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций.

При всем многообразии алгоритмов решения задач в них можно  выделить три основных вида вычислительных процессов:

-линейный;

-ветвящийся;

-циклический.

 -Алгоритмический язык

Этап 4. «Целеполагание и построение проекта коррекции выявленных затруднений»

  1. Главная
  2. Урок развивающего контроля
  3. Этап 4. «Целеполагание и построение проекта коррекции выявленных затруднений»

Цель

Приемы

УУД

постановка целей коррекционной деятельности, выбор способа и средств их реализации

  • «Связующие Алгоритмы»
  • «Целое-часть. Часть- целое»
  • «Согласен – Не согласен»
  • «Маша-растеряша»
  • ««Толстый» и «тонкий» вопрос»
  • «Идеал»

Регулятивные

контроль в форме сличения способа действия и его результата с заданным эталоном с целью обнаружения отклонений и отличий от эталона;

Познавательные

действия постановки и решения проблем.

установление  причинно-следственных связей;

 

«Связующие Алгоритмы«

Описание: Вас не должно пугать название этого приема. Вам даже не обязательно знать, что такое алгоритм, для использования данного способа. Вообще говоря, алгоритм — это структурированный способ нахождения решения проблемы с высокой надежностью успеха. При применении данного способа нужно использовать подходящие связующие слова, список которых приведен ниже. Вы выбираете два ключевых слова из формулировки проблемы, вставляете между ними одно из этих слов и смотрите, какие новые идеи подсказывает вам получившееся словосочетание. Для выработки идей с использованием связующих алгоритмов следуйте следующим этапам:

  • Выразите свою задачу, используя глагол действия и существительное.
  • Выберите служебное слово и вставьте его между глаголом и существительным.
  • Используйте новое сочетание как стимул идей.

Пример.

Представьте, что вы должны выступить с речью перед большой аудиторией, и вам хотелось бы привлечь внимание слушателей. Итак, ваша проблема: «Каким Образом Могу Я» наиболее интересно говорить перед большой группой людей?» Выберите два ключевых слова и приступайте к построению различных комбинаций с помощью связующих слов. Из вышеприведенной формулировки задачи можно выбрать в качестве ключевых слова говорить и люди. Теперь попробуйте вставить между ними связующие слова и записывайте приходящие вам на ум идеи. Подобную процедуру вы можете повторять неоднократно с разными ключевыми словами. Например, в рассмотренной выше проблеме следующей парой таких слов могут оказаться говорить — группа или говорить — интересно. Анализ наработанных вами идей позволит выбрать из них наиболее перспективные.

«Целое-часть. Часть- целое«

Описание: Прием на развитие логического мышления. По первой паре слов вам следует определить, какое правило имеет здесь место: целое-часть или часть-целое. Для слова второй пары нужно из предложенных вариантов указать тот, который соответствует найденному правилу

Пример.

1. Автомобиль — колесо;

ружье —

а) стрелять б) курок в) оружие

2. копейка — рубль;

рукав —

а) пришивать б) пуговица в) рубашка

«Согласен – Не согласен«

Описание: универсальный прием, способствующий актуализации знаний учащихся и активизации мыслительной деятельности. Данный прием дает возможность быстро включить детей в мыслительную деятельность и логично перейти к изучению темы урока.


Формирует:

  • умение оценивать ситуацию или факты;
  • умение анализировать информацию;
  • умение отражать свое мнение.

Детям предлагается выразить свое отношение к ряду утверждений по правилу: согласен – «+», не согласен – «-».

Пример.

При изучении темы «Мультимедийная презентация», можно предложить следующие высказывания:

1. Презентация состоит только из текста и картинок.

2. Дизайн оформления должен быть разным на каждом слайде.

3. Чем больше текста, тем лучше.

4. Лучше, если смена слайдов проводится по щелчку, а не автоматически.

5. Чем меньше анимационных эффектов, тем лучше.

6. Презентация может носить обучающий характер.

Заметьте, полученные результаты дети не оглашают, учитель только проговаривает «идеальный» вариант ответов и просит соотнести его с тем, что получилось у каждого из учащихся.

«Маша-растеряша«

Описание: универсальный приём, способствующий накоплению информации о разных способах решения проблем.

Формирует:

  • умение определять проблему;
  • умение находить разные пути решения проблемы;
  • умение осуществлять поиск ресурсов для решения проблемы.

Ученик, играющий роль Маши-растеряши, задает функцию, которую требуется выполнить («Ой – что с тобой? – Потеряла (называет объект). – Как мне теперь выполнить (называет функцию)?») Другие дети предлагают ресурсы, которые могут служить инструментами для получения требуемого результата и, при необходимости, – способы их преобразования. Тот, кто предложил подходящий ресурс, сам становится ведущим (роль Маши-растеряши переходит к нему).

Пример1.

Ведущий (например, учитель) играет роль Маши-растеряши. Он начинает диалог.

У: Ой!

Д (1): Что с тобой?

У: Потеряла!

Д (1): Что?

У: Мел. Чем я теперь буду писать на доске.

Д (1): Можно писать кусочком кирпича.

У: Принимается. Теперь ты играешь роль Маши-растеряши.

Д (1): Ой!

Д (2): Что с тобой?

Д (1): Потерял.

Д (2): Что?

Д (1): Санки. На чем я теперь буду с горки кататься?


Пример2.

– Ой!

– Что с тобой?

– Потеряла!

– Что?!

– Число 5. Как я теперь 15 на 5 увеличу (уменьшу, умножу,…). Предлагается использовать вместо 5 сумму 1 и 4, 2 и 3 или разность (6–1; 9–4).

На русском языке можно «потерять» проверочное слово, которым дети привыкли пользоваться, что побудит их искать другие проверочные слова. «Потеря» некоторых слов из целостного текста заставит учеников искать синонимы и т. п.

««Толстый» и «тонкий» вопрос«

Описание: этот прием используется для организации взаимоопроса.

Стратегия позволяет формировать:

  • умение формулировать вопросы;
  • умение соотносить понятия.

Тонкий вопрос предполагает однозначный краткий ответ.

Толстый вопрос предполагает ответ развернутый.

После изучения темы учащимся предлагается сформулировать по три «тонких» и три «толстых» вопроса», связанных с пройденным материалом. Затем они опрашивают друг друга, используя таблицы «толстых» и «тонких» вопросов.

Пример.

По теме урока «Информационная безопасность» можно предложить детям задать толстый и тонкий вопрос.

Тонкий вопрос. Какие группы информационных преступлений вы знаете?

Толстый вопрос. Какие примеры из жизни служат доказательством обеспечения информационной безопасности личности в нашем государстве?

«Идеал«

Описание: этот прием позволяет формировать:

  • умения определять проблему;
  • умение находить и формулировать пути решения проблемы;
  • умение выбирать сильное решение.

Пример.

Интересно в чем проблема? Необходимо сформулировать проблему. Лучше, если формулировка будет начинаться со слова «Как».

Давайте найдем как можно больше решений данной проблемы. Предлагаются все возможные способы и пути решения стоящей проблемы.

Есть ли хорошие решения? Выбираются из множества предложенных решений хорошие, эффективные.

А теперь выберем единственное решение. Выбирается самое сильное решение проблемы.

Любопытно, а как это будет выглядеть на практике? Планируется работа по претворению выбранного решения в жизнь.

Обобщение и систематизация основных понятий темы «Основы алгоритмизации»

Обобщение и систематизация основных понятий темы

«Основы алгоритмизации» (сценарий урока)

 

Тип урока: урок комплексного применения знаний и умений.

Цель урока: Обобщение и закрепление знаний по основным алгоритмическим конструкциям, через создание учебного проекта «Квартет».

Решаемые задачи урока: закрепить знания по основным алгоритмическим конструкциям, формировать умения работать к группам, развивать логическое и алгоритмическое мышление.

Основные понятия:

·        алгоритм;

·        свойства алгоритмов;

·        способ описания алгоритмов;

·        линейный алгоритм;

·        разветвляющийся алгоритм;

·        циклический алгоритм

Планируемые образовательные результаты урока:

·        личностные: формирование познавательного интереса, понимание значимости подготовки в области информатики в условиях развития информационного общества, формирование алгоритмического мышления;

·        метапредметные: формировать информационную культуру, умения выражать свои мысли, развитие умений самоконтроля;

·         предметные: понимать понятия «линейный», «разветвляющийся» и «циклический» алгоритмы, уметь определять алгоритмические конструкции, через выполнение учебного проекта «Квартет»

Оборудование: компьютерный класс, офисные и стандартные программы, интернет, дополнительные материалы.

Ход урока

Организационный момент: Здравствуйте, садитесь. Отмечаем отсутствующих.

Актуализация знаний: На доске задачи — приготовить блюдо; как добраться до пункта назначения, если известен маршрут.

Предлагаю решить задачи и отметить что важно при их решении?

(для решения задач важен порядок действий, приводящий к определенному результату конкретного исполнителя, алгоритмизация задачи). Дайте определение алгоритма.

Откройте с помощью Paint картинку «Установите соответствие», которая находится в папку «к уроку», на рабочем столе компьютера, выполните задание

Сверим ответы. Посмотрите на доску (ответы)

Свойства алгоритма

 

 

И комментарии учителя (оценить свою работу)

Если при проверке, выполненного вами задания, нет ошибок, поставьте себе «+», иначе «-».

 Какое понятие в таблице оказалось лишним? (блок схема).

 Куда мы отнесем это понятие? (к способам (формам) записи алгоритма).

 Дайте определение блок схемы (графическое представление алгоритма).

 Допишите на картинке какие еще способы записи (представления) алгоритмов вы знаете (словесный, формальный язык (алгоритмический)

 Какие конструкции алгоритмов мы с вами изучали на предыдущих уроках (линейные (следование), разветвляющиеся, циклические).

 Какое д/з было у вас? (повторить пройденный ранее материал).

Цель урока, практическая работа – выполнение учебного проекта «Квартет» (10 — 12 минут).

 Ну вот мы и подошли к цели нашего урока: «Обобщить и закрепить знания алгоритмических конструкций через создание учебного проекта «Квартет».

 Разбейтесь, пожалуйста, на 6 групп (2-3 чел., зависит от количества человек в классе), выберите номер ссылки для перехода на Google -диск (номера на учительском столе). После физкультминутки (встаньте потянитесь, посмотрите направо, налево, и повторите правило работы в группах:

·        работать бесшумно и дружно

·        уметь слушать друг друга

— вы перейдете по ссылке на сервис Google (можно нажать левой клавишей мышки на ссылку, или скопировать ссылку и в  Google –браузере, вставить ее в адресную строку), выполните техническое задание (по слайдам презентации — первый слайд: прямоугольник разделен на 4 части, в одной из частей — название алгоритмической конструкции, нужно заполнить   пустующие части недостающей информацией, которую можно найти в файле, «Дополнительный материал», в  папке «к уроку», на рабочем столе вашего компьютера, добавьте второй слайд для паспорта проекта и заполните его).

На сервисе совместной работы (например, Googl -диске) учитель создал слайд презентации, назначил доступ для редактирования, куда можно перейти по ссылке:

1.     https://docs.google.com/presentation/d/1YVArNYLG9mb22NY904wZWL5oIvkAGd6XwdhZOlCpkQY/edit?usp=sharing

2.     https://docs.google.com/presentation/d/1197VkhqLizdhWSFjiKUrCRJkfKiW1z6Yz8qDOsUbk7c/edit?usp=sharing

3.     https://docs.google.com/presentation/d/1s4d5NX506dgmqagEn6Pe9yiyDAXEaJk2Lx5wgU1pTSg/edit?usp=sharing

4.     https://docs.google.com/presentation/d/1ePnELBFVb3XLX-RK1Hul145FoF5c7m4eQrmB-vJNAOM/edit?usp=sharing

5.     https://docs.google.com/presentation/d/1UaqKNP0QHuzV1fzXRx9Zin_CUU9ObaGH9yJ1qKX_MJw/edit?usp=sharing

6.     https://docs.google.com/presentation/d/1LAKrGNS34T1Ll5-OgAIHWU04o6_RwCkAmCikNYlnFTs/edit?usp=sharing

например,

Обучаемые переходят на презентацию. Знакомятся с файлом с техническим заданием и критериями оценивания.

Выполняют учебный проект, используя «Дополнительные материалы» из папки с рабочего стола

Презентация проекта (11-12 минут. )

Учитель оценивает работы обучаемых опираясь на критерии, которые есть у них в документе техническое задание.

Подведение итогов. Рефлексия (7-8 минут).

Какие возникли проблемы при выполнении проекта и как удалось их решить?

Учитель благодарит обучаемых за их работу и предлагает поощрить друг друга аплодисментами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Скачано с www.znanio.ru

(PDF) Методы стохастической оптимизации

54

сразу переместились к глобальному оптимальному решению? По-

сле этого прекратите работу алгоритма.

Выберите задачу «sin (x, sin(y))» (см. рис. 6). Число частиц нужно

сделать равным 5000. Поставьте коэффициенты равными 1.2, 0.3, 0, 1 и 1

и запустите алгоритм. Затем поставьте a2 равным 0.3 и посмотрите,

как изменится форма образованных частицами синусоид. Видно, что

несмотря на сближение частиц, форма синусоид в искаженном виде

сохранилась. Постепенно повышайте коэффициент a2 (с шагом 0.5) и

посмотрите, как рой будет все больше сжиматься.

Последняя демонстрационная задача для роя частиц называется

«Ex_180.422» (см. рис. 7). Запустите на ней алгоритм с коэффициента-

ми 1, 1, 1, 1 и 1, 50 агентами и 1000 итераций (флаг «V(to) = 0» устано-

вите). Сделайте 10 запусков и запишите в отчет полученные значе-

ния z. Они будут сильно отличаться друг от друга и от оптимального

значения 180.422. Можете повысить число итераций, но это не приве-

дет к существенному улучшению. В таких случаях говорят о прежде-

временной сходимости или «застревании» алгоритма поиска в локаль-

ном экстремуме. Рой нашел локальный экстремум, и при данных пара-

метрах вероятность выйти из него очень мала (но не равна 0). Для ре-

шения этой трудности есть два пути: увеличить число агентов в

надежде, что какой-либо из них успеет попасть в окрестность глобаль-

ного оптимума до застраивания алгоритма, либо регулировать пара-

метры алгоритма, чтобы он мог выходить из таких ситуаций.

Попробуйте поставить число агентов 1000. Теперь даже при числе

итераций меньше 500 алгоритм будет находить близкие к оптимально-

му решения, выпишите 10 результатов. Но такой подход не всегда

является применимым, поскольку при увеличении числа частиц воз-

растает вычислительная трудоемкость, особенно для сложных задач, в

которых вычисление целевой функции может требовать длительного

времени. Если для задачи размерности 2 потребовалась 1000 частиц, то

для задач размерности выше 100 количество частиц для подобного

охвата всего пространства решений окажется слишком велико.

Теперь поставьте всего 25 частиц и 1000 итераций, но увеличьте

максимальные скорости до 10, а коэффициент a2 сделайте равным 0.5.

Это позволит частицам, во-первых, с большей вероятностью «выска-

кивать» из локальных экстремумов благодаря возможности набрать

высокую скорость, а во-вторых, каждая частица имеет больше индиви-

дуальности и частицы менее стремятся собраться вместе (a1 в два раза

больше, чем a2). С такими коэффициентами будут получаться резуль-

способов описания алгоритмов | Tasstudent.com

Есть много способов описать алгоритм. Их можно описать словами, просто используя язык, или в виде диаграммы. После того, как решение проблемы разработано, программист закодирует алгоритм на подходящем компьютерном языке.

Блок-схемы — это наглядный способ описания алгоритма. Людям гораздо легче реагировать на изображения, чем на текст. Использование потоковых линий в блок-схеме может привести к тому, что диаграмма станет очень сложной, что, в свою очередь, затруднит перевод на язык программирования.

На блок-схемах 5 общих символов.

1. Старт или финиш. У этого символа есть одна линия потока внутри или одна снаружи. Блок-схемы всегда должны начинаться и заканчиваться этим символом.

2. Процесс. Основная часть блок-схемы состоит из процессов. Процесс имеет одну входную линию и одну выходную линию.

3. Решение. Этот символ имеет одну входную линию и одну выходную линию.

4. Предопределенный процесс. Процесс, описанный в отдельной блок-схеме.Предопределенный процесс имеет только одну запись и один выход.

5. Поточные линии. Линии потока используются для обозначения направления протекания процесса. У них обычно есть стрелки в конечной точке.

Псевдокод

Пседокод состоит из ключевых слов, символов и английского языка и имеет отступ, чтобы показать структуру. Отсутствие потоковых линий означает, что структура остается простой, и поэтому ее легко кодировать на языке программирования. Ключевые слова в псевдокоде встречаются парами или группами.Наиболее распространенные из них перечислены ниже.

НАЧАТЬ

Запустить алгоритм.

КОНЕЦ

Остановить алгоритм

ЕСЛИ ТО

ELSE

ENDIF

Эти операторы проверяют условие и выполняют различные задачи в соответствии с условием.

КОРПУС

ИНАЧЕ

КОНЕЦ

Эти ключевые слова используются вместо IF… ENDIF, когда есть несколько условий для проверки и / или несколько ответов на тест.

ПРИ

ENDWHILE

Операторы между этими ключевыми словами выполняются повторно, пока выполняется условие.

ПОВТОР

ДО

Операторы между этими ключевыми словами выполняются повторно, пока условие не станет истинным.

Что такое алгоритм в программировании? — Определение, примеры и анализ — Видео и стенограмма урока

Пример алгоритма программирования

Хорошо, вы, наверное, хотели бы увидеть пример, верно? Итак, как именно выглядит алгоритм в программировании? Что ж, запрос адреса электронной почты у пользователя, вероятно, является одной из наиболее распространенных задач, которые может потребоваться веб-программе, поэтому мы будем использовать это в качестве примера.Алгоритм может быть записан в виде списка шагов с использованием текста или изображения с фигурами и стрелками, называемых блок-схемой . Мы изготовим по одному экземпляру, который вы увидите здесь:

Разве не все было просто? Обратите внимание, что верхняя часть нашего примера представляет собой просто пронумерованный список шагов на простом английском языке, в котором точно указано, что мы хотим, чтобы процедура выполняла (ни больше, ни меньше). Внизу тот же алгоритм, но на этот раз мы использовали фигуры и стрелки в блок-схеме (например, на карте маршрута), чтобы читатель мог визуализировать путешествие.Это хорошо, потому что на одном из наших шагов (шаг 7) должно быть принято решение, и, в зависимости от результата этого решения, наши шаги могут идти не по порядку от начала до конца.

Хорошо! Давайте быстро рассмотрим наш небольшой рецепт:

1. Шаг 1 на самом деле просто напоминание о том, что это процедура с началом и концом.

2. На шаге 2 мы создаем на компьютере место для хранения того, что вводит пользователь, также называемое переменной

3. На шаге 3 мы очищаем эту переменную, потому что нам, возможно, придется использовать ее снова и не делать этого. Я не хочу, чтобы старое содержимое смешалось с новым.

4. На шаге 4 мы запрашиваем у пользователя адрес электронной почты

5. На шаге 5 мы вставляем его в нашу изящную переменную.

6. На шаге 6 мы приказываем нашему компьютеру внимательно изучить этот адрес электронной почты — действительно ли это адрес электронной почты?

7. На шаге 7 мы принимаем решение; если у нас есть действующий адрес электронной почты, переходите к шагу 8 (Конец), а если нет, что ж, нам лучше вернуться и получить тот, который есть!

8. Шаг 8 — Конец

Как видите, если адрес электронной почты недействителен, мы переходим к шагу 3, очищаем старый и сохраняем там новый, а затем продолжаем, как обычно, в надежде, что мы есть хороший сейчас.Если нет… ну, так будет продолжаться, пока мы не сделаем этого. Вы, наверное, думаете, что мы должны добавить сюда запасной выход, и были бы правы! Никто не хочет зацикливаться на бесконечном цикле. Может быть, вы можете добавить это для нас? В противном случае все!

Краткое содержание урока

Это было просто или что? Здорово! Вы только что узнали, что такое алгоритм программирования, увидели пример того, как выглядит простой алгоритм, а затем мы провели быстрый анализ того, как работает алгоритм. А теперь давайте рассмотрим.

Алгоритм программирования — это компьютерная процедура, которая очень похожа на рецепт (называемая процедурой ) и сообщает вашему компьютеру, какие именно шаги нужно предпринять для решения проблемы или достижения цели. Ингредиенты называются входами , а результаты называются выходами . Алгоритм — это не компьютерный код; он написан на простом английском языке и может иметь форму блок-схемы с фигурами и стрелками, нумерованного списка или псевдокода (язык полупрограммирования). Он не ходит вокруг да около. Он очень четкий и эффективный, и у него есть начало, середина и конец.

Мы рассмотрели простой пример алгоритма, который выполняет некоторую подготовку, запрашивает у пользователя адрес электронной почты и решает, что делать.В зависимости от того, действительный это адрес электронной почты или нет, нам, возможно, придется повторять некоторые шаги, пока мы не дойдем до конца без каких-либо проблем.

Чувствуете, что теперь вы лучше знакомы с алгоритмами программирования? Потрясающий! Почему бы тебе не попробовать написать одну просто для удовольствия? В конце концов, это всего лишь рецепт.

Ключевые термины

Алгоритм программирования — рецепт, который описывает точные шаги, необходимые компьютеру для решения проблемы или достижения цели

Процедура — шаги в «рецепте» компьютера

Входные данные — ингредиенты для «рецепта» компьютера

Выходы — результаты алгоритма программирования

Псевдокод — язык полупрограммирования, используемый для описания шагов в алгоритме

Результаты обучения

Посмотрите видеоурок и узнайте о программирование алгоритмов, затем оцените свою способность:

  • Устно сформулировать определение термина «алгоритм программирования» и обсудить его использование
  • Определите примеры алгоритмов программирования
  • Написать алгоритм программирования

СПОСОБОВ НАПИСАНИЯ АЛГОРИТМА

Есть разные способы написания алгоритма. Сегодня я собираюсь объяснить 3 способа написания алгоритма .

1. Англоязычный алгоритм.

Алгоритм можно записать разными способами. Его можно написать простым английским языком, но у этого метода есть и недостатки. Естественный язык может быть двусмысленным и, следовательно, не иметь характеристики определенности. Каждый шаг алгоритма должен быть четким и иметь не более одного значения. Алгоритмы, подобные англоязычным, не считаются подходящими для большинства задач.

2. Блок-схема

Блок-схемы наглядно изображают процесс. Они просты для понимания и обычно используются в случае простых проблем.

Условные обозначения на блок-схеме

3. Псевдокод

Псевдокод имеет преимущество в том, что он легко конвертируется в любой язык программирования. Такой способ написания алгоритма наиболее приемлем и широко используется. Чтобы написать псевдокод, нужно знать правила его написания.

1. Однострочные комментарии начинаются с //
2. Многострочные комментарии встречаются между / * и * /.
3. Блоки обозначаются скобками. Блоки могут использоваться для представления составных операторов или процедур.

{
выписки
}

4. Операторы разделяются точкой с запятой.
5. Операторы присваивания указывают, что результат вычисления выражения будет сохранен в переменной.

<переменная> = <выражение>

6. Логическое выражение ‘x> y’ возвращает true, если x больше y, иначе возвращает false.
7. Логическое выражение ‘x
8. Логическое выражение ‘x
<= y' возвращает true, если x меньше или равно y, иначе возвращает false.
9. Логическое выражение ‘x> = y’ возвращает true, если x больше или равно y, иначе возвращает false.
10. Логическое выражение ‘x! = Y’ возвращает true, если x не равно y, иначе возвращает false.
11. Логическое выражение ‘x == y’ возвращает true, если x равно y, иначе возвращает false.
12. Логическое выражение «x AND y» возвращает истину, если оба условия истинны, иначе возвращает ложь.
13. Логическое выражение «x OR y» возвращает истину, если какое-либо из условий истинно, иначе возвращает ложь.
14.Логическое выражение ‘NOT y’ возвращает true, если результат x равен false, иначе возвращает false.
15. если
<условие>, то <оператор>
16. Это условие является усовершенствованием вышеупомянутого оператора if. Он также может обрабатывать случай, когда условие не выполняется.

если <условие>, то <оператор1> иначе <оператор2>

17. Переключить регистр (C или C ++)

case {
: :
. ….
…..
…..
: <условие n>: <оператор n>
: по умолчанию: <оператор n + 1>
}

18. цикл while

while <условие> do {
statement
}

19. цикл do-while

повторить
операторов
до <условие>

20. цикл for

для переменной = от значения1 до значения2 {
операторов
}

21. инструкция по вводу

Читать

22.Инструкция вывода

Печать

23. Имя алгоритма —
<имя>, а аргументы хранятся в <списке параметров>.

Алгоритм <имя> (<список параметров>)

Примечание. Номера с 6 по 11 используют оператор отношения, номера с 12 по 14 используют логический оператор, а номер 15 использует условный оператор.

Присоединяйтесь к моему сообществу Telegram, чтобы не пропустить ни одной статьи.

Как объяснять детям алгоритмы

Это первая часть серии статей о детях, изучающих алгоритмы.

Слово «алгоритм» может показаться неуместным для детей, но правда в том, что алгоритмы окружают их повсюду, управляя всем — от технологий, которые они используют, до повседневных решений, которые они принимают каждый день. Алгоритмы увлекательны, и, хотя некоторые из них довольно сложны, сама концепция на самом деле довольно проста.

Что такое алгоритм?

Алгоритм — это подробный пошаговый набор инструкций или формула для решения проблемы или выполнения задачи. В вычислениях программисты пишут алгоритмы, которые инструктируют компьютер, как выполнять задачу.

Когда вы думаете об алгоритме в самом общем виде (не только в отношении вычислений), алгоритмы есть повсюду. Рецепт приготовления еды — это алгоритм, метод, который вы используете для решения задач сложения или деления в длину, — это алгоритм, а процесс складывания рубашки или пары брюк — это алгоритм. Даже ваш утренний распорядок можно считать алгоритмом! Фактически, вот как может выглядеть утро вашего ребенка, записанное в виде алгоритма:

Дети могут писать свои собственные алгоритмы!

Предложите ребенку написать свой утренний алгоритм или алгоритм для еще более простой задачи, например, чистки зубов или поедания хлопьев. Не зная этого, они будут изучать важные вычислительные концепции, такие как повторение (чистить нижние левые зубы пять раз), последовательность (положить хлопья в миску, а затем налить молоко) и условную логику (если миска пуста, прекратите есть).

Предложите ребенку как можно точнее изложить инструкции. Компьютеры не понимают ваших намерений, поэтому, если вы не укажете, что вам нужно сначала достать миску, вы в конечном итоге выльете молоко на пол!

В классе математики дети узнают о простых числах и о том, как определить, является ли число простым.Но при большом количестве это очень сложно! Для числа 493 вам придется выполнить более 15 вычислений, чтобы узнать, что 493 не является простым числом (17 * 29 = 493). Дети могут написать алгоритм на Tynker, чтобы определить, является ли число простым.

Посмотрите, как работает этот алгоритм

Преимущества алгоритмического мышления

Алгоритмическое мышление, или способность определять четкие шаги для решения проблемы, имеет решающее значение в таких предметах, как математика и естественные науки. Дети используют алгоритмы, даже не осознавая этого, особенно в математике.Чтобы решить задачу деления в столбик, дети применяют алгоритм, который они выучили, для перебора цифр числа, которое они делят. Для каждой цифры делимого (делимого числа) ребенок должен делить, умножать и вычитать. Алгоритмическое мышление позволяет детям разбирать проблемы и концептуализировать решения в терминах отдельных шагов процедуры.

Дети могут укрепить свои навыки алгоритмического мышления, выполнив задания по программированию на нашей странице «Час кода».Чтобы решать головоломки, дети разрабатывают простые алгоритмы, основанные на последовательности, повторении и условной логике для решения забавных задач. Как и в случае со всеми другими навыками, дети могут улучшить свое алгоритмическое мышление путем ежедневной практики и выполнения творческих проектов для применения своих навыков. Чтобы узнать больше об алгоритмах и решении проблем, попробуйте подписку на наши курсы!

Ознакомиться с курсами

Чтобы узнать больше об алгоритмах, которые должны знать дети, ознакомьтесь со второй частью этой серии статей «Понимание основных алгоритмов, которые питают вашу цифровую жизнь».

Алгоритмы — Полевое руководство по информатике

Компьютеры невероятно быстры в управлении, перемещении и просмотре данных. Однако объем данных, используемых компьютерами, часто настолько велик, что не имеет значения, насколько быстрым является компьютер, изучение каждого отдельного фрагмента данных займет слишком много времени (такие компании, как Google, Facebook и Twitter, обычно обрабатывают миллиарды вещей. в сутки, а в некоторых случаях и за минуту!). Здесь на помощь приходят алгоритмы. Если компьютеру дать лучший алгоритм для обработки данных, то неважно, сколько информации он должен просмотреть, он все равно сможет сделать это в разумные сроки.

Щелкните изображение, чтобы воспроизвести анимацию сортировки

Выборочная сортировка

Быстрая сортировка

Если вы прочитали главу «Введение», то, возможно, помните, что скорость работы приложения на компьютере имеет большое значение для человека, использующего его. Если приложение, которое вы создаете, работает слишком медленно, люди будут разочарованы им и не будут его использовать. Неважно, великолепна ли ваша программа, если она займет слишком много времени, они просто сдадутся и попробуют что-то другое!

На данном этапе вы можете подумать, что алгоритмы и компьютерные программы звучат как одно и то же, но на самом деле это две очень разные концепции.Каждый из них представляет собой разные способы описания того, как что-то делать, но с разным уровнем точности:

Часто можно обойтись описанием процесса, просто используя какие-то неформальные инструкции на естественном языке; например, неформальная инструкция в некомпьютерном контексте может быть «пожалуйста, принесите мне стакан воды». Человек может понять, что это означает, и может понять, как выполнить эту задачу, думая, но компьютер не знает, как это сделать!

Пример в вычислительном контексте может быть, если вы хотите найти высокий балл в таблице баллов: пройти каждый счет, отслеживая самые большие на данный момент. Подобные неофициальные инструкции неточны; компьютер не может точно следовать этим инструкциям, но человек, вероятно, сможет получить общее представление о том, что вы имеете в виду, если он будет знать, чего вы пытаетесь достичь. Такое описание полезно только для того, чтобы быстро дать другому человеку общее представление о том, что вы имеете в виду, и даже в этом случае есть риск, что он не поймет этого должным образом.

Напротив, алгоритм — это пошаговый процесс, который описывает, как решить проблему и / или выполнить задачу, который всегда будет давать правильный результат.Для нашего предыдущего примера, не связанного с вычислениями, алгоритм может быть

.
  1. Иди на кухню.
  2. Поднимите стакан.
  3. Откройте кран.
  4. Поместите стакан под проточную воду и снимите его, когда он станет почти полным.
  5. Закройте кран.
  6. Отнесите стакан обратно тому, кто дал инструкцию.

Человек может легко следовать этим инструкциям, но он по-прежнему использует общий английский язык, а не строгий список компьютерных инструкций.

Алгоритмы часто выражаются с использованием свободно определенного формата, называемого псевдокодом, который довольно близко соответствует языку программирования, но не учитывает детали, которые могут быть легко добавлены позже программистом. Псевдокод не имеет строгих правил в отношении типов команд, которые вы можете использовать, но он находится на полпути между неформальной инструкцией и конкретной компьютерной программой.

При задаче с высокой оценкой алгоритм может быть записан в псевдокоде следующим образом:

  если таблица пуста
  показать, что нет рекорда, и выйти
в противном случае отметьте первый результат в таблице.
для каждой из остальных оценок в таблице,
  если этот балл больше указанного,
    замените отмеченное на текущий счет
отобразить текущий счет  

Алгоритмы более точны, чем неформальные инструкции, и не требуют понимания.Неофициальные инструкции по-прежнему недостаточно точны для того, чтобы компьютер мог следовать в той форме, в которой они написаны, но достаточно точны для человека, чтобы затем он мог решить, как реализовать ваш алгоритм, либо выполняя его самостоятельно, либо написав компьютерную программу для выполнения. Это. Другой важный момент, связанный с таким уровнем точности, заключается в том, что мы часто можем хорошо оценить, насколько быстро он будет. Для задачи с высокими оценками, приведенной выше, если таблица результатов станет вдвое больше, алгоритм займет примерно в два раза больше времени.Если бы таблица могла быть очень большой (возможно, мы отслеживаем миллионы игр и показываем рекорды много раз в секунду), этого уже могло бы быть достаточно, чтобы сказать нам, что нам нужен лучший алгоритм для отслеживания рекордов независимо от того, на каком языке это будет запрограммировано; или если таблица содержит только 10 оценок, то мы знаем, что программа будет выполнять всего несколько десятков операций и обязательно будет очень быстрой даже на медленном компьютере.

Самый точный способ предоставления набора инструкций — это программа, которая представляет собой конкретную реализацию алгоритма, написанного на определенном языке программирования, с очень конкретным результатом для любого конкретного ввода. Это наиболее точное из этих трех описаний, и компьютеры могут следовать им и понимать их.

В примере с напитком мы могли бы запрограммировать на это робота; он был бы написан на каком-то языке программирования, на котором компьютер робота может работать, и сообщал бы роботу, как именно взять стакан с водой и вернуть его человеку, который попросил воду.

В задаче с высокой оценкой она должна быть написана на определенном языке; даже на определенном языке есть много вариантов того, как это написать, но вот один конкретный способ получить высокий балл (не беспокойтесь слишком о деталях программы, если язык не знаком; основной Дело в том, что вы можете передать его компьютеру, на котором работает Python, и он будет точно следовать инструкциям):

  def find_high_score (оценки):
    если len (scores) == 0:
        print («Нет рекорда, таблица пуста»)
        возврат -1
    еще:
        high_so_far = баллы [0]
        для оценки в очках [1:]:
            если оценка> high_so_far:
                high_so_far = оценка
        возврат high_so_far  

Но вот еще одна программа, реализующая точно такой же алгоритм, на этот раз на языке Scratch.

Обе вышеуказанные программы имеют один и тот же алгоритм. В этой главе мы более подробно рассмотрим, что такое алгоритм, и почему они являются такой фундаментальной идеей в информатике. Поскольку алгоритмы существуют, даже если они не превращены в программы, нам вообще не нужно рассматривать программы по этой теме, если только вы этого не хотите.

Когда компьютерные ученые сравнивают алгоритмы, они часто говорят о «стоимости» алгоритма. Стоимость алгоритма можно интерпретировать по-разному, но она всегда связана с тем, насколько хорошо алгоритм работает в зависимости от размера его входных данных, n .В этой главе мы будем говорить о стоимости алгоритма как о времени, которое требуется программе (которая выполняет алгоритм) для завершения, или о количестве шагов, которые алгоритм делает до своего завершения.

Например, один из способов выразить стоимость описанного выше алгоритма высоких оценок — это заметить, что для таблицы из 10 значений он выполняет около 10 наборов операций, чтобы найти лучший результат, тогда как для таблицы из 20 оценок он сделает примерно вдвое больше операций. В общем, количество операций для таблицы из n элементов будет пропорционально n .Не все алгоритмы занимают вдвое больше времени для удвоения входных данных; одни берут намного больше, чем вдвое, а другие — намного меньше. Об этом стоит знать заранее, потому что обычно нам нужно, чтобы наши программы хорошо масштабировались; В случае высоких результатов, если вы запускаете игру, которая внезапно становится популярной, вы хотите знать заранее, что алгоритм высоких результатов будет достаточно быстрым, если вы получите больше результатов для проверки.

Время, необходимое для выполнения программы, выполняющей алгоритм, может показаться простейшей ценой, на которую мы могли бы взглянуть, но на самом деле это может зависеть от множества разных факторов, таких как скорость используемого компьютера или программирование. язык, на котором написана программа.Это означает, что если время, необходимое для выполнения программы, используется для измерения стоимости алгоритма, важно использовать ту же программу и тот же компьютер (или другой компьютер с той же скоростью) для тестирования алгоритма с различным количеством входов. .

Число операций (таких как сравнение элементов данных), выполняемых алгоритмом, не изменяется в зависимости от скорости компьютера или языка программирования, на котором написана программа, использующая алгоритм.Некоторые алгоритмы всегда будут выполнять одинаковое количество сравнений для определенного размера ввода, в то время как другие могут отличаться.

Если мы разрабатываем или получаем алгоритм решения проблемы, как мы узнаем, что он работает? Иногда мы создаем тестовые примеры, чтобы убедиться, что алгоритм дает правильный результат для определенных входных значений. Хотя это полезная практика и может помочь убедиться, что мы на правильном пути, этого недостаточно, чтобы показать, что наш алгоритм верен. Старая поговорка «даже сломанные часы — это хорошо два раза в день» — хорошая аналогия.Даже алгоритм, верный для двух тестовых случаев, может оказаться неверным для всех остальных входных данных. Ученый-компьютерщик должен формально или математически рассуждать об алгоритме, чтобы показать его правильность. Обычно это делается путем классификации диапазонов входных значений и демонстрации того, что алгоритм дает ожидаемые результаты для граничных значений диапазона и всех значений между ними.

Корректность особенно важна при сравнении двух алгоритмов, решающих одну и ту же проблему. Если один алгоритм выполняется очень быстро, но иногда дает неверные результаты, он может быть гораздо менее полезным, чем правильный алгоритм, который работает медленнее.Корректность также важна при использовании алгоритма в качестве строительного блока для другого алгоритма. Вот алгоритм назначения животных в качестве домашних животных людям в списке ожидания:

  1. Найдите человека, который первым в списке ожидания
  2. Назначьте в качестве домашнего питомца человека, который первым в списке ожидания с предпочитаемым им животным
  3. Повторяйте 1-2, пока в списке ожидания не останется людей

Этот алгоритм основан на правильном алгоритме поиска на первом этапе. Если алгоритм поиска неправильно выбрал случайного человека, алгоритм определения животных в качестве домашних питомцев также будет некорректным.

Как вы увидите в этой главе, посвященной поиску и сортировке, существует несколько правильных алгоритмов для одной и той же проблемы. Часто есть веские причины знать несколько правильных алгоритмов, потому что есть компромисс между простотой, стоимостью алгоритма и предположениями о входных данных.

В этой главе мы рассмотрим два наиболее распространенных и важных типа алгоритмов, поиск и сортировку.Вероятно, вы сталкиваетесь с подобными алгоритмами каждый раз, когда пользуетесь компьютером, даже не осознавая этого! Они также отлично подходят для иллюстрации некоторых ключевых концепций, возникающих при работе с алгоритмами.

Что такое алгоритм? Как это делает вас лучшим программистом?

Возможно, вы слышали, что разработчикам нужны навыки работы с алгоритмами. Что такое алгоритм? И что структуры данных важны. Что, черт возьми, вообще означают эти два слова? Эти концепции настолько фундаментальны для программирования, что опытные разработчики часто используют эти слова, не осознавая, что они могут быть чуждыми, запутанными и абстрактными для начинающих.

Как писал Дональд Кнут в книге «Искусство компьютерного программирования», которую можно назвать энциклопедией алгоритмов и структур данных, это сбивающее с толку слово, которое выглядит так, будто кто-то смешал логарифм с арифметикой.

Слово берет свое начало в математике, но в вычислительной технике оно используется немного иначе. Этот термин появился для описания алгоритма Евклида, который представляет собой пошаговый процесс, который вы можете использовать для нахождения наибольшего общего делителя двух чисел.

Но нечего бояться! При написании компьютерных программ вам очень редко приходится беспокоиться о наибольших общих делителях, факторинге или сумасшедших математиках 300 г. до н.э.

Что такое алгоритм?

Вместо этого слово «алгоритм» используется для описания «пошагового» подхода, когда есть ровно один правильный следующий шаг. В алгоритме, учитывая текущую фазу процесса и описанные шаги, существует один единственный правильный способ действовать.

Давайте рассмотрим реальный пример очень часто используемого алгоритма. Мы собираемся рассказать об алгоритме, который используется для описания концепции на курсах CS по всей стране.И это алгоритм двоичного поиска. Звучит страшно? На самом деле это не так.

Давайте перемотаем назад на 10 лет и представим, что телефонные книги действительно практичны. Телефонные книги обладают интересным свойством: имена в телефонной книге отсортированы по фамилии в алфавитном порядке. Допустим, вы хотите позвонить Джастину Биберу по телефону. Если предположить, что Джастин есть в телефонной книге, найти его имя можно несколькими способами.

Алгоритм линейного поиска

Самый простой способ найти его номер — просмотреть каждую запись и сравнить ее с именем, которое вы ищете.Например:

Джеймс Аарнер , это не совпадение.

Джастин Аарк, , это не совпадение.

И продолжайте этот процесс до бесконечности, пока не найдете Джастина Бибера, вероятно, после десятков тысяч сравнений. И если вы хотите поговорить с Уорреном Зевоном, у вас, вероятно, будут сотни тысяч или даже миллионы сравнений с тех пор, как его фамилия начинается с Z.

Линейный поиск — это процесс от начала до конца по списку и сравнения значений.Это грубая сила. Но это тоже довольно просто. И есть много ситуаций, в которых имеет смысл использовать этот подход для поиска элемента в списке.

Вместо того, чтобы искать в полной телефонной книге, если вы искали номер телефона вашего друга на листе бумаги, на котором было всего 10 человек, переход сверху вниз, вероятно, был бы разумным шагом.

Алгоритм поиска фрагментов

У большинства людей не хватает терпения, чтобы выполнить алгоритм полного линейного поиска, чтобы найти имя в телефонной книге.Если бы я раздал большинству людей телефонную книгу, они бы использовали другой, более практичный подход: разбиение на части.

Процесс разбиения на части включает в себя сначала нахождение общей области, где должна быть запись, а затем переход к проверке каждой записи. Допустим, вы искали Билла Махера в телефонной книге. Вы можете начать с перемещения на 100 страниц внутрь. Вы можете увидеть, что фамилии в этой области начинаются с буквы C. Затем вы можете переместиться на 200 страниц дальше, и вы можете увидеть фамилии, начинающиеся с K. Если вы переместили еще 75 страниц внутрь, вы можете добраться до Л.Буква L находится всего на 1 букву от M, поэтому оттуда вы можете начать двигаться медленнее.

Это процесс, с помощью которого наиболее разумные люди ищут элементы в телефонной книге. Но мы, люди, часто ведем себя неоптимальным образом, и это один из таких случаев.

Алгоритм двоичного поиска

Самый эффективный способ найти человека в телефонной книге — образно разделить телефонную книгу пополам, определить, в какой половине телефонной книги находится запись, быстро удалив всю вторую половину из уравнения.

Допустим, в телефонной книге 400 страниц. Если вы ищете Винса Оффера в телефонной книге, а он оказался на странице 291, вы можете найти его с помощью бинарного поиска. Вы разделите телефонную книгу пополам и, вероятно, увидите M или N, 13-ю и 14-ю буквы алфавита.

O стоит после M и N. Это означает, что мы можем констатировать факт:

Винс Предложение находится на страницах [200-400].

Как человек, вы знаете, что O стоит сразу после буквы N.У вас может возникнуть соблазн просмотреть несколько страниц. Но следуя алгоритму бинарного поиска, вы этого не сделаете. Вы бы продолжали уменьшать проблему вдвое. Это означает, что вы должны проверить страницу 300. Вероятно, вы остановитесь вокруг буквы S. Буква O стоит перед буквой S, поэтому теперь вы знаете следующее:

Винс Предложение находится на страницах [200-300].

Изначально мы начали с 400 страниц. Теперь мы сузили его до двух сравнений, чтобы уменьшить проблему до ¼ ее первоначального размера. Учитывая, что он находится на странице 291, мы бы сделали следующие сравнения:

[200–300] → [250–300] → [275–300] → [287–300] → [287–293] → [290, 293] → [290, 291] → 291

Это означает, что с помощью телефонной книги на 400 страниц вы можете выделить конкретную страницу, которую ищете, примерно в 8 сравнениях. Это поразительно небольшое количество сравнений, которые нам придется провести.

Число сравнений, которые вам нужно сделать при систематическом сокращении проблемы вдвое, как мы сделали здесь, можно рассчитать с помощью log2 (n).Мы нашли Винса Оффера в 8 сравнениях.

log2 (400) = 8,64385618977, что означает, что в худшем случае округление в большую сторону потребует 9 сравнений.

Давайте поговорим о телефонной книге побольше. Давай огромные. Возьмем телефонную книгу с 4 миллионами страниц. Это 4 000 000 страниц! Предположить. Сколько сравнений вам нужно сделать, чтобы найти конкретную страницу с предложением Винса?

log2 (4 000 000) = 21,9315685693, что означает, что потребуется не более 22 сравнений.

Сравните поиск элемента с использованием линейного подхода инаш «подход к сокращению вдвое».

Наихудший случай, если бы мы просто просмотрели словарь от начала до конца, был бы, если бы запись оказалась на последней странице. Для телефонной книги с 4 000 000 страниц потребуется 4 000 000 сравнений. Тем не менее, с подходом, уменьшенным вдвое, потребуется всего 22 сравнения.

Алгоритмы обучения — это обучение тому, как разбивать проблемы, как мы описали здесь. Все дело в том, чтобы разбить вещи на разные этапы, и таким образом, чтобы было одно поведение, которое кто-то мог бы предпринять при заданном сценарии.

Алгоритмы — это понимание взятого процесса и последующее преобразование этого процесса в код. Вообще говоря, глубоко понять процесс сложнее, чем преобразовать его в рабочий код. Вышеупомянутый процесс может быть выполнен в Ruby примерно за 10 строк кода.

Уловки, которые вам понадобятся в поясе для инструментов

Мы не изобрели концепцию двоичного поиска элемента. У различных компьютерных ученых есть ряд уловок, которые должны быть в арсенале каждого программиста.Алгоритмы обучения — это все о овладении искусством разработки процессов и преобразовании их в код, который можно запустить на компьютере.

Как и в приведенном выше примере, вы можете видеть, что использование правильного трюка в правильном сценарии может быть разницей между чем-то, требующим 4 000 000 сравнений, и 22.

И как только вы сможете преобразовать несколько распространенных алгоритмов информатики в код на любом языке программирования, у вас появятся навыки, необходимые для обработки любого кода, который мир может вам подбросить.

Другими полезными уловками, которые вы вряд ли сможете разгадать самостоятельно (вместо этого, должны учиться у компьютерных ученых), являются такие алгоритмы, как:

  • Поиск в глубину
  • Поиск в ширину
  • Написание алгоритмов сортировки

Ключ к их решению — сначала понять, как они работают интуитивно, как мы это делали, когда описывали пример телефонной книги, а затем преобразовать это в код.

Вам может быть интересно, какое место здесь занимает «Структуры данных».Оказывается, что для реализации некоторых алгоритмов, которые придумали компьютерщики, вам часто требуются дополнительные инструменты в вашем арсенале инструментов. Чтобы лучше понять конкретную структуру данных, поговорим об очередях.

Очередь — это конкретная структура данных, которая вам нужна , если вы собираетесь реализовать алгоритм поиска в ширину. Если вы не разбираетесь в различных структурах данных, значит, вы работаете как программист с инструментами, которых нет в вашем образном поясе инструментов.И вам будет сложно реализовать определенные алгоритмы.

Вы можете найти отличный пример очереди, просто подумав о типичном опыте посещения гастронома. Когда вы встаете в очередь, вы выбираете номер и ждете, пока вам позвонят. Каждому, кто набрал номер до вас, будет оказана помощь раньше вас, но когда вы будете клиентом, который дольше всех в очереди, следующим будет набран ваш номер.

Очереди имеют два свойства:

  • Enqueue — это когда вы «начинаете ждать».«Это то же самое, что вытащить число в примере с гастрономом.
  • Dequeue — это когда ваша очередь обслуживаться. Это все равно, что позвонить по вашему номеру в гастрономе.

А в коде Ruby вы можете легко реализовать поведение «очереди доставки», используя массив и два простых метода. Очереди называются FIFO или «первым пришел — первым обслужен».

Короче говоря, алгоритмы — это шаблоны и процедуры, используемые для достижения поставленной цели. Структуры данных подобны инструментам в вашем поясе инструментов.Вам не обязательно знать , чтобы знать о них, но использование подходящего инструмента сделает ваш код чище и проще для написания. Это сделает вас лучшим программистом.
Теперь, когда вы понимаете, что такое алгоритмы и почему они важны, поделитесь этой записью с другом!

И читайте здесь об опыте наших бывших студентов с алгоритмами обучения.

Представление алгоритма: Псевдокод — Алгоритмы — KS3 Computer Science Revision

Алгоритмы могут быть представлены двумя основными способами — псевдокодом и блок-схемами.

Большинство программ разрабатываются с использованием языков программирования. Эти языки имеют особый синтаксис, который необходимо использовать для правильной работы программы. Псевдокод — это не язык программирования , это простой способ описания набора инструкций, который не должен использовать определенный синтаксис.

Запись в псевдокоде аналогична записи на языке программирования. Каждый шаг алгоритма записывается в отдельной строке последовательно. Обычно команд в нижнем регистре, а сообщения в регистре предложений .

В псевдокоде INPUT задает вопрос. ВЫХОД выводит сообщение на экран.

Можно создать простую программу, чтобы спросить кого-нибудь, как его имя и возраст, и сделать комментарий на их основе. Эта программа, представленная в псевдокоде, будет выглядеть так:

ВЫХОД "Как вас зовут?" INPUT пользователь вводит свое имя СОХРАНИТЕ ввод пользователя в переменной name ВЫВОД 'Hello' + имя ВЫВОД 'Сколько тебе лет?' INPUT пользователь вводит свой возраст СОХРАНИТЬ ввод пользователя в переменной

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.