Тема 15. Этапы подготовки и решения задач на ЭВМ

Информатика, модуль 2Направления подготовки: Государственное и муниципальное управление, Социально-культурный сервис

Институт ИИБС, кафедра ИСПИ, ауд.1448

Винтонива Наталья Ивановна

Содержание

1. Этапы подготовки и решения задач на ЭВМ

2. Стили программирования

3. Логическое программирование

4. Примеры языков программирования

В процессе подготовки и решения на ЭВМ задач можно выделить следующие этапы:

• постановка задачи; • математическое описание задачи; • выбор и обоснование метода решения;  • алгоритмизация вычислительного

процесса; • составление программы; • отладка программы; • решение задачи на ЭВМ и анализ

результатов. 

1. Постановка задачи:

• сбор информации о задаче;

• формулировка условия задачи;

• определение конечных целей решения задачи;

• определение формы выдачи результатов;

• описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т. п.).

Постановка задачи

• На данном этапе формулируется цель решения задачи и подробно описывается ее содержание.

• Анализируются характер и сущность всех величин, используемых в задаче, и определяются условия, при которых она решается.

• Корректность постановки задачи является важным моментом, так как от нее в значительной степени зависят другие этапы.

2. Анализ и исследование задачи, модели:

• анализ существующих аналогов;

• анализ технических и программных средств;

• разработка математической модели;

• разработка структур данных.

Математическое описание задачи

• Настоящий этап характеризуется математической формализацией задачи, при которой существующие соотношения между величинами, определяющими результат, выражаются посредством математических формул.

• Так формируется математическая модель явления с определенной точностью, допущениями и ограничениями.

Математическая модель должна удовлетворять по двум требованиям:

• реалистичности

• реализуемости.

Реалистичность

• Под реалистичностью понимается правильное отражение моделью наиболее существенных черт исследуемого явления.

Реализуемость

• достигается разумной абстракцией, отвлечением от второстепенных деталей, чтобы свести задачу к проблеме с известным решением.

3. Разработка алгоритма:

• выбор метода проектирования алгоритма;

• выбор формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.);

• выбор тестов и метода тестирования;

• проектирование алгоритма.

• На данном этапе составляется алгоритм решения задачи согласно действиям, задаваемым выбранным методом решения.

• Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, и устанавливается последовательность выполнения блоков. Разрабатывается блок-схема алгоритма.

Алгоритмизация вычислительного процесса

4. Программирование:

• выбор языка программирования;

• уточнение способов организации данных;

• запись алгоритма на выбранном языке программирования.

Составление программы

• При составлении программы алгоритм решения задачи переводится на конкретный язык программирования.

• Для программирования обычно используются языки высокого уровня, поэтому составленная программа требует перевода ее на машинный язык ЭВМ.

• После такого перевода выполняется уже соответствующая машинная программа.

Программа

• представляет собой совокупность описаний функций и выражения, которые необходимо вычислить.

• ЭВМ непосредственно выполняет программы на машинном языке программирования данной ЭВМ.

Машинные языки

• были первыми языками программирования. Программирование на них затруднительно ввиду того, что, во-первых, эти языки различны для каждого типа ЭВМ, во-вторых, являются трудоемкими для большинства пользователей по причине необходимости знания особенностей конкретной ЭВМ и большого количества реализуемых ею операций (команд).

Язык Ассемблера

• — это язык, предназначенный для представления в удобочитаемой символической форме программ, записанных на машинном языке.

Язык Макроассемблера

• является расширением языка Ассемблера путем включения в него макросредств.

Языковые процессоры

• Для перевода программы, написанной на языке высокого уровня, в соответствующую машинную программу используются языковые процессоры.

Различают два вида языковых процессоров:

• интерпретаторы и

• трансляторы.

Транслятор

• — это программа, которая принимает исходную программу и порождает на своем выходе программу, записываемую на объектном языке программирования (объектную программу).

Интерпретатор

• — это программа, которая получает исходную программу и по мере распознавания конструкций входного языка реализует действия, описываемые этими конструкциями.

Стили программирования

• Процедурное  программирование

• Функциональное программирование

• Объектно-ориентированное программирование

• Логическое программирование

Процедурное (императивное) программирование

• является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 40-х годах. Теоретической моделью процедурного программирования служит алгоритмическая система под названием «машина Тьюринга».

Процедурное (императивное) программирование

• Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих процедуру решения задачи.

Сущность функционального (аппликативного) программирования

определена А. П. Ершовым как• «... способ составления программ, в которых

единственным действием является вызов функции, единственным способом расчленения программы на части является введение имени для функции, а единственным правилом композиции — оператор суперпозиции функции. Никаких ячеек памяти, ни операторов присваивания, ни циклов, ни, тем более, блок-схем, ни передачи управления».

Объектно-ориентированное программирование

• представляет собой метод программирования, который весьма близко напоминает наше поведение. Оно является естественной эволюцией более ранних нововведений в разработке языков программирования.

Объектно-ориентированное программирование

• В основе объектно-ориентированного стиля программирования лежит понятие объекта,

• а суть его выражается формулой: «объект - данные + процедуры».

Объектно-ориентированное программирование

• Для описания объектов служат классы. Класс определяет свойства и методы объекта, принадлежащего этому классу.

• Соответственно, любой объект можно определить как экземпляр класса.

Объектно-ориентированный язык программирования характеризуется

тремя основными свойствами: • Инкапсуляция. Комбинирование

записей с процедурами и функциями, манипулирующими полями этих записей, формирует новый тип данных - объект.

Наследование

• Определение объекта и его дальнейшее использование для построения иерархии порожденных объектов с возможностью для каждого порожденного объекта, относящегося к иерархии, доступа к коду и данным всех порождающих объектов.

Полиморфизм

• Присваивание действию одного имени, которое затем совместно используется вниз и вверх по иерархии объектов, причем каждый объект иерархии выполняет это действие способом, именно ему подходящим.

К наиболее современным объектно-ориентированным языкам программирования

• относятся C++

• и Java.

Язык программирования С (Си) первоначально был разработан для реализации операционной системы UNIX в начале 70-х годов.

Ваsic(Бэйсик) (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code)

• — многоцелевой язык символических инструкций для начинающих) представляет собой простой язык программирования, разработанный в 1964 году для использования новичками.

Pascal (Паскаль)

• является одним из наиболее популярных среди прикладных программистов процедурным языком программирования, особенно для ПЭВМ. Разработанный в 1970 году швейцарским специалистом в области вычислительной техники профессором Н. Виртом.

Pascal характеризуется:

• высоким уровнем;

• широкими возможностями;

• стройностью, простотой и краткостью;

• строгостью, способствующей написанию эффективных и надежных программ;

• высокой эффективностью реализации на ЭВМ.

Логическое, или реляционное программирование

• появление языка PROLOG (Пролог) (PROgramming in LOGic — программирование в терминах логики). Этот язык был создан французским ученым А. Кольмероэ в 1973 году. В настоящее время известны и другие языки, однако наиболее развитым и распространенным языком логического программирования является именно Пролог.

Отношение

• Центральным понятием в логическом программировании является отношение.

• Программа представляет собой совокупность определений отношений между объектами (в терминах условий или ограничений) и цели (запроса).

Языки логического программирования характеризуются:

• высоким уровнем;

• строгой ориентацией на символьные вычисления;

• возможностью инверсных вычислений, то есть переменные в процедурах не делятся на входные и выходные;

Языки логического программирования характеризуются:

• возможной логической неполнотой, поскольку зачастую невозможно выразить в программе определенные логические соотношения, а также невозможно получить из программы все выводы правильные.

5. Тестирование и отладка:

• синтаксическая отладка;

• отладка семантики и логической структуры;

• тестовые расчеты и анализ результатов тестирования;

• совершенствование программы.

6. Анализ результатов решения задачи

• 6. Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2-5.

7. Сопровождение программы

• доработка программы для решения конкретных задач;

• составление документации к решенной задаче, к математической модели, к алгоритму, к программе, к набору тестов, к использованию.

Решение задачи на ЭВМ и анализ результатов

• После отладки программы ее можно использовать для решения прикладной задачи.

• При этом обычно выполняется многократное решение задачи на ЭВМ для различных наборов исходных данных.

• Получаемые результаты интерпретируются и анализируются специалистом или пользователем, поставившим задачу.

Самостоятельная работа № 7

1. Перечислите этапы решения задач на ЭВМ

2. Какие виды моделей вы знаете, приведите примеры информационных моделей.

3. Что понимают под информацией  в теории информации  по концепции К. Шеннона.

46

Использование материалов презентации

Использование данной презентации, может осуществляться только при условии соблюдения требований законов РФ об авторском праве и интеллектуальной собственности, а также с учетом требований настоящего Заявления.

Презентация является собственностью авторов. Разрешается распечатывать копию любой части презентации для личного некоммерческого использования, однако не допускается распечатывать какую-либо часть презентации с любой иной целью или по каким-либо причинам вносить изменения в любую часть презентации. Использование любой части презентации в другом произведении, как в печатной, электронной, так и иной форме, а также использование любой части презентации в другой презентации посредством ссылки или иным образом допускается только после получения письменного согласия авторов.