Основы алгоритмизации

Этапы

Они функционируют через ряд четко определенных этапов, каждый из которых способствует достижению конечной цели:

1. Ввод. На первом этапе необходимо определить входы, которые будет использовать алгоритм. Входы — это данные, с которыми будет работать алгоритм. Это может быть что угодно — от одного значения до сложной структуры данных.
2. Обработка. Это основной этап, на котором алгоритм выполняет операции над входными данными с помощью ряда вычислительных шагов. Для эффективной обработки данных на этом этапе используются логические и арифметические вычисления. В фазе обработки часто присутствуют важнейшие подэтапы:
   2.1. Принятие решений. В различные моменты обработки данных необходимо принимать решения, основываясь на определенных условиях. Этот подэтап включает в себя управление потоком алгоритма на основе условных операторов, что приводит к различным путям в алгоритме.
   2.2. Циклирование. Во многих алгоритмах определенные шаги необходимо повторять несколько раз, пока не будет выполнено определенное условие. Петля позволяет алгоритму выполнять одни и те же шаги многократно, оптимизируя процесс и экономя время.
3. Выход. После обработки входных данных с помощью различных вычислительных и условных шагов алгоритм выдает выходной сигнал. Этот выход является результатом работы алгоритма и используется для решения проблемы или выполнения поставленной задачи.
4. Окончание. У алгоритма должна быть определенная точка остановки, чтобы он не работал бесконечно. Когда все шаги успешно выполнены и получен результат, алгоритм достигает точки завершения.

Пример

1. Вход. Алгоритм получает данные о температуре от датчика, расположенного в доме.
2. Обработка.
   2.1. Принятие решения. Алгоритм принимает решение о состоянии системы отопления на основе полученных данных о температуре:
   Если температура ниже определенного нижнего порога, он включает систему отопления.
   Если температура выше определенного верхнего порога, он выключает систему отопления.
   Если температура находится между двумя пороговыми значениями, сохраняется текущее состояние системы отопления.
   2.2. Циклическая работа. Алгоритм проверяет данные о температуре каждую секунду, чтобы решить, нужно ли предпринимать какие-либо действия.
3. Выход. В данном сценарии выходом может быть состояние системы отопления в любой момент времени (включена, выключена или не изменена) и любая корректировка температуры в доме. Однако не каждый алгоритм должен выдавать наблюдаемый результат, так как некоторые из них могут работать в фоновом режиме для поддержания определенного состояния или условий.
4. Окончание. У этого алгоритма нет фиксированной точки завершения, поскольку он продолжает работать до тех пор, пока система отопления активна, или пока кто-то не выключит систему отопления на панели управления.

Задачи алгоритмизации

1. Необходимы для эффективного решения сложных задач. Одна большая задача может быть разбита на несколько более простых подзадач.
2. Они помогают автоматизировать процессы и сделать их более надежными, быстрыми и простыми в исполнении.
3. Алгоритм должен определить, в каком порядке выполнять шаги для достижения цели. Это включает в себя определение условий, при которых выполнять тот или иной шаг.
4. Позволяют компьютерам выполнять задачи, которые человеку было бы сложно или невозможно решить вручную.
5. Выбор операций и ввод-выводных данных.

Принципы

1. Детерминированность (должен быть определен и однозначен). Для каждого входного значения должны быть предусмотрены определенные выходные значения, и алгоритм должен дать одинаковый результат для одних и тех же входных данных.

2. Ремонтопригодность. Удобство обслуживания заключается в том, насколько легко алгоритм может быть обновлен или модифицирован. Поддерживаемый алгоритм позволяет плавно обновлять и изменять его, обеспечивая сохранение актуальности и функциональности в течение долгого времени.

3. Имеет конечное количество шагов.

4. Эффективность — важнейший аспект хорошего алгоритма. Она подразумевает оптимальное использование вычислительных ресурсов, включая время и память. Эффективный алгоритм выполняет задачи быстро, экономя время и энергию.

5. Корректность. В нем не должно быть ошибок и багов, чтобы обеспечить надежную работу.

6. Хороший алгоритм должен быть разработан с учетом требований безопасности, обеспечивая защиту конфиденциальных данных и противодействуя атакам злоумышленников.

7. Стабильность очень важна; она гарантирует, что алгоритм будет надежно и стабильно работать в различных условиях, сохраняя свою точность и надежность с течением времени, даже при изменении входных данных.

8. Алгоритм должен быть разделен на логические блоки или модули, которые могут быть понятными и повторно используемыми. Это позволяет упростить разработку, тестирование и сопровождение алгоритма.

Блок-схема

В алгоритмизации понятие блок-схема используется для графического представления структуры алгоритма. Она помогает визуализировать последовательность выполнения операций и принимаемых решений в алгоритме.

Блок-схема состоит из блоков, соединенных линиями. Каждый блок представляет отдельную операцию или решение, а линии показывают порядок и направление выполнения операций. В блок-схеме можно использовать различные типы блоков, такие как блоки начала и конца, блоки ввода данных, блоки вывода результатов, блоки выполнения операций и блоки условных операторов.

Блок-схема с линейной логикой