Что такое режимы работы исполнителя

Опубликовано: 16.04.2024

Каждый алгоритм предназначен для определённого исполнителя.

Исполнитель — это некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.

Различают формальных и неформальных исполнителей. Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Неформальный исполнитель может выполнять команду по-разному.

Рассмотрим более подробно множество формальных исполнителей. Формальные исполнители необычайно разнообразны, но для каждого из них можно указать следующие характеристики: круг решаемых задач (назначение), среду, систему команд и режим работы.

Круг решаемых задач. Каждый исполнитель создаётся для решения некоторого круга задач — построения цепочек символов, выполнения вычислений, построения рисунков на плоскости т.д.

Среда исполнителя. Область, обстановку, условия, в которых действует исполнитель, принято называть средой данного исполнителя. Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.

Система команд исполнителя. (СКИ) Предписание исполнителю о выполнении отдельного законченного действия называется командой. Совокупность всех команд, которые могут быть выполнены некоторым исполнителем, образует систему команд данного исполнителя (СКИ). Алгоритм составляется с учётом возможностей конкретного исполнителя, иначе говоря, в системе команд исполнителя, который будет его выполнять.

Режимы работы исполнителя. Для большинства исполнителей предусмотрены режимы непосредственного управления и программного управления . В первом случае исполнитель ожидает команд от человека и каждую поступившую команду немедленно выполняет. Во втором случае исполнителю сначала задаётся полная последовательность команд (программа), а затем он выполняет все эти команды в автоматическом режиме. Ряд исполнителей работает только в одном из названных режимов.

Рассмотрим примеры исполнителей.

Пример 5. Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии. Система команд Черепашки состоит из двух команд:

Вперёд n (где n — целое число) — вызывает передвижение Черепашки на n шагов в направлении движения — в том направлении, куда развёрнуты её голова и корпус;

Направо m (где m — целое число) — вызывает изменение направления движения Черепашки на m градусов по часовой стрелке.

Запись Повтори к [<Команда1> <Команда2> . <Командаn>] означает, что последовательность команд в скобках повторится к раз.

Подумайте, какая фигура появится на экране после выполнения Черепашкой следующего алгоритма.

Повтори 12 [Направо 45 Вперёд 20 Направо 45]

Пример 6. Система команд исполнителя Вычислитель состоит из двух команд, которым присвоены номера:

— вычти 1
— умножь на 3

Первая из них уменьшает число на 1, вторая увеличивает число в 3 раза. При записи алгоритмов для краткости указываются лишь номера команд. Например, алгоритм 21212 означает следующую последовательность команд:

умножь на 3
вычти 1
умножь на 3
вычти 1
умножь на 3

С помощью этого алгоритма число 1 будет преобразовано в 15: ((1*3-1)*3-1)*3 = 15.

При разработке алгоритма:

выделяются фигурирующие в задаче объекты, устанавливаются свойства объектов, отношения между объектами и возможные действия с объектами;
определяются исходные данные и требуемый результат;
определяется последовательность действий исполнителя, обеспечивающая переход от исходных данных к результату;
последовательность действий записывается с помощью команд, входящих в систему команд исполнителя.

Можно сказать, что алгоритм — модель деятельности исполнителя алгоритмов.

Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, программирование, полезный материал и многое другое.

Информатика. 8 класса. Босова Л.Л. Оглавление

Ключевые слова:

алгоритм

свойства алгоритма

дискретность
понятность
определённость
результативность
массовость

исполнитель
характеристики исполнителя
круг решаемых задач
среда
режим работы
система команд
формальное исполнение алгоритма

2.1.1. Понятие алгоритма

Каждый человек в повседневной жизни, в учёбе или на работе решает огромное количество задач самой разной сложности. Сложные задачи требуют длительных размышлений для нахождения решения; простые и привычные задачи человек решает не задумываясь, автоматически. В большинстве случаев решение каждой задачи можно разбить на простые этапы (шаги). Для многих таких задач (установка программного обеспечения, сборка шкафа, создание сайта, эксплуатация технического устройства, покупка авиабилета через Интернет и т. д.) уже разработаны и предлагаются пошаговые инструкции, при последовательном выполнении которых можно прийти к желаемому результату.

Пример 1. Задача «Найти среднее арифметическое двух чисел» решается в три шага:

1) задумать два числа;
2) сложить два задуманных числа;
3) полученную сумму разделить на 2.

Пример 2. Задача «Внести деньги на счёт телефона» подразделяется на следующие шаги:

1) подойти к терминалу по оплате платежей;
2) выбрать оператора связи;
3) ввести номер телефона;
4) проверить правильность введённого номера;
5) вставить денежную купюру в купюроприёмник;
6) дождаться сообщения о зачислении денег на счёт;
7) получить чек.

Пример 3. Этапы решения задачи «Нарисовать весёлого ёжика» представлены графически:

Нахождение среднего арифметического, внесение денег на телефонный счёт и рисование ежа — на первый взгляд совершенно разные процессы. Но у них есть общая черта: каждый из этих процессов описывается последовательностями кратких указаний, точное следование которым позволяет получить требуемый результат. Последовательности указаний, приведённые в примерах 1-3, являются алгоритмами решения соответствующих задач. Исполнитель этих алгоритмов — человек.

Алгоритм может представлять собой описание некоторой последовательности вычислений (пример 1) или шагов нематематического характера (примеры 2-3). Но в любом случае перед его разработкой должны быть чётко определены начальные условия (исходные данные) и то, что предстоит получить (результат). Можно сказать, что алгоритм — это описание последовательности шагов в решении задачи, приводящих от исходных данных к требуемому результату.

В общем виде схему работы алгоритма можно представить следующим образом (рис. 2.1).

Алгоритмами являются изучаемые в школе правила сложения, вычитания, умножения и деления чисел, многие грамматические правила, правила геометрических построений и т. д.

Анимации «Работа с алгоритмом» (193576), «Наибольший общий делитель» (170363), «Наименьшее общее кратное» (170390) помогут вам вспомнить некоторые алгоритмы, изученные на уроках русского языка и математики (http://sc.edu.ru/).

Пример 4. Некоторый алгоритм приводит к тому, что из одной цепочки символов получается новая цепочка следующим образом:

1. Вычисляется длина (в символах) исходной цепочки символов.
2. Если длина исходной цепочки нечётна, то к исходной цепочке справа приписывается цифра 1, иначе цепочка не изменяется.
3. Символы попарно меняются местами (первый — со вторым, третий — с четвёртым, пятый — с шестым и т. д).
4. Справа к полученной цепочке приписывается цифра 2.

Получившаяся таким образом цепочка является результатом работы алгоритма.

2.1.2. Исполнитель алгоритма

Каждый алгоритм предназначен для определённого исполнителя.

Исполнитель — это некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.

Рассмотрим более подробно множество формальных исполнителей. Формальные исполнители необычайно разнообразны, но для каждого из них можно указать следующие характеристики: круг решаемых задач (назначение), среду, систему команд и режим работы.

Система команд исполнителя. Предписание исполнителю о выполнении отдельного законченного действия называется командой. Совокупность всех команд, которые могут быть выполнены некоторым исполнителем, образует систему команд данного исполнителя (СКИ). Алгоритм составляется с учётом возможностей конкретного исполнителя, иначе говоря, в системе команд исполнителя, который будет его выполнять.

Режимы работы исполнителя. Для большинства исполнителей предусмотрены режимы непосредственного управления и программного управления. В первом случае исполнитель ожидает команд от человека и каждую поступившую команду немедленно выполняет. Во втором случае исполнителю сначала задаётся полная последовательность команд (программа), а затем он выполняет все эти команды в автоматическом режиме. Ряд исполнителей работает только в одном из названных режимов.

Рассмотрим примеры исполнителей.

1) Вперёд n (где n — целое число) — вызывает передвижение Черепашки на n шагов в направлении движения — в том направлении, куда развёрнуты её голова и корпус;
2) Направо m (где m — целое число) — вызывает изменение направления движения Черепашки на m градусов по часовой стрелке.

Подумайте, какая фигура появится на экране после выполнения Черепашкой следующего алгоритма.

Повтори 12 [Направо 45 Вперёд 20 Направо 45]

Пример 6. Система команд исполнителя Вычислитель состоит из двух команд, которым присвоены номера:

1 — вычти 1
2 — умножь на 3

умножь на 3
вычти 1
умножь на 3
вычти 1
умножь на 3

Пример 7. Исполнитель Робот действует на клетчатом поле, между соседними клетками которого могут стоять стены. Робот передвигается по клеткам поля и может выполнять следующие команды, которым присвоены номера:

1 — вверх
2 — вниз
3 — вправо
4 — влево

При выполнении каждой такой команды Робот перемещается в соседнюю клетку в указанном направлении. Если же в этом направлении между клетками стоит стена, то Робот разрушается.

Что произойдёт с Роботом, если он выполнит последовательность команд 32323 (здесь цифры обозначают номера команд), начав движение из клетки А? Какую последовательность команд следует выполнить Роботу, чтобы переместиться из клетки А в клетку В, не разрушившись от встречи со стенами?

При разработке алгоритма:

1) выделяются фигурирующие в задаче объекты, устанавливаются свойства объектов, отношения между объектами и возможные действия с объектами;
2) определяются исходные данные и требуемый результат;
3) определяется последовательность действий исполнителя, обеспечивающая переход от исходных данных к результату;
4) последовательность действий записывается с помощью команд, входящих в систему команд исполнителя.

Можно сказать, что алгоритм — модель деятельности исполнителя алгоритмов.

2.1.3. Свойства алгоритма

Не любая инструкция, последовательность предписаний или план действий может считаться алгоритмом. Каждый алгоритм обязательно обладает следующими свойствами: дискретность, понятность, определённость, результативность и массовость.

Свойство дискретности означает, что путь решения задачи разделён на отдельные шаги (действия). Каждому действию соответствует предписание (команда). Только выполнив одну команду, исполнитель может приступить к выполнению следующей команды.

Свойство понятности означает, что алгоритм состоит только из команд, входящих в систему команд исполнителя, т. е. из таких команд, которые исполнитель может воспринять и по которым может выполнить требуемые действия.

Свойство определённости означает, что в алгоритме нет команд, смысл которых может быть истолкован исполнителем неоднозначно; недопустимы ситуации, когда после выполнения очередной команды исполнителю неясно, какую команду выполнять следующей. Благодаря этому результат алгоритма однозначно определяется набором исходных данных: если алгоритм несколько раз применяется к одному и тому же набору исходных данных, то на выходе всегда получается один и тот же результат.

Свойство результативности означает, что алгоритм должен обеспечивать получение результата после конечного, возможно, очень большого, числа шагов. При этом результатом считается не только обусловленный постановкой задачи ответ, но и вывод о невозможности продолжения по какой-либо причине решения данной задачи.

Свойство массовости означает, что алгоритм должен обеспечивать возможность его применения для решения любой задачи из некоторого класса задач. Например, алгоритм нахождения корней квадратного уравнения должен быть применим к любому квадратному уравнению, алгоритм перехода улицы должен быть применим в любом месте улицы, алгоритм приготовления лекарства должен быть применим для приготовления любого его количества и т. д.

Пример 8. Рассмотрим один из методов нахождения всех простых чисел, не превышающих некоторое натуральное число п. Этот метод называется «решето Эратосфена» по имени предложившего его древнегреческого учёного Эратосфена (III в. до н. э.).

Для нахождения всех простых чисел, не больших заданного числа n, следуя методу Эратосфена, нужно выполнить следующие шаги:

Более наглядное представление о методе нахождения простых чисел вы сможете получить с помощью размещённой в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов анимации «Решето Эратосфена» (180279).

Рассмотренная последовательность действий является алгоритмом, так как она удовлетворяет свойствам:

дискретности — процесс нахождения простых чисел разбит на шаги;
понятности — каждая команда понятна ученику 8 класса, выполняющему этот алгоритм;
определённости — каждая команда трактуется и выполняется исполнителем однозначно; имеются указания об очерёдности выполнения команд;
результативности — через некоторое число шагов достигается результат;
массовости — последовательность действий применима для любого натурального n.

Рассмотренные свойства алгоритма позволяют дать более точное определение алгоритма.

Алгоритм — это предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.

2.1.4. Возможность автоматизации деятельности человека

Разработка алгоритма — как правило, трудоёмкая задача, требующая от человека глубоких знаний, изобретательности и больших временных затрат.

Решение задачи по готовому алгоритму требует от исполнителя только строгого следования заданным предписаниям.

Пример 9. Из кучки, содержащей любое, большее трёх, количество каких-либо предметов, двое играющих по очереди берут по одному или по два предмета. Выигрывает тот, кто своим очередным ходом сможет забрать все оставшиеся предметы.

Рассмотрим алгоритм, следуя которому первый игрок наверняка обеспечит себе выигрыш.

1. Если число предметов в кучке кратно 3, то уступить ход противнику, иначе начинать игру.
2. Своим очередным ходом каждый раз дополнять число предметов, взятых соперником, до 3 (число оставшихся предметов должно быть кратно 3).

Исполнитель может не вникать в смысл того, что он делает, и не рассуждать, почему он поступает так, а не иначе, т. е. он может действовать формально. Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека. Для этого:

1) процесс решения задачи представляется в виде последовательности простейших операций;
2) создаётся машина (автоматическое устройство), способная выполнять эти операции в последовательности, заданной в алгоритме;
3) человек освобождается от рутинной деятельности, выполнение алгоритма поручается автоматическому устройству.

Самое главное: Алгоритмы и исполнители

Исполнитель — некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.

Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Для каждого формального исполнителя можно указать: круг решаемых задач, среду, систему команд и режим работы.

Алгоритм — предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.

Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека.

Детальные инструкции значительно упрощают решение сложных задач для исполнителя. А пошаговые рекомендации позволяют автоматизировать процесс. Каждый такой алгоритм создается для определенного исполнителя. Если им будет маленький ребенок, команды будут одними, если взрослый человек – другими, компьютер или робот – третьими.

Примеры задач из жизни и люди, которые их обычно решают:

прием ЕГЭ – члены комиссии;
управление поездом, перевозка пассажиров, груза – машинист;
написание статей – журналист;
забота о детях – родители.

Если вопрос касается профессиональной сферы, то работники опираются на должностные и рабочие инструкции, в них описан круг обязанностей и порядок их выполнения. Если же это социальные задачи, люди ориентируются на то, как это делалось в семье их родителей, как это делают другие люди или как описано в литературе.

Виды исполнителей, их особенности

Одной из основных классификаций является деление исполнителей по отношению к тому, как они выполняют. Одушевленных называют неформальными, потому что они понимают, что делают, могут анализировать и даже видоизменять команды при изменении условий. Неодушевленных – формальными исполнителями, так как они строго выполняют команды, механически, не понимая, что делают, не задумываясь над задачей или промежуточными итогами.

Источник

Хорошим примером формального исполнителя является любая программируемая система, иногда даже человек, который подходит к выполнению определенных задач бездумно, как робот, не только не волнуясь о результате, и не анализируя происходящее.

Алгоритм пишут, учитывая особенности того, для кого он предназначен. Для некоторых людей сухого набора команд мало, им нужны дополнительные инструменты (изображения, примеры). Инструкция будет разной, если написана она для конкретного Игоря Козакова или для учеников 6-класса. Точно также команды для бездомной собаки Жуля будут одни, а для дрессированных полицейских овчарок – другие.

Характеристики исполнителей

Перед написанием алгоритма следует определиться не только с конечной задачей, но и с особенностями исполнителей. Это позволит использовать правильные слова, а также учесть все факторы, которые могут повлиять на конечный результат.

круг решаемых задач – существует определенных объем заданий по типу и объему, которые под силу конкретному человеку. Это значит, что нет смысла просить собаку прочесть газету, даже если инструкция будет написана с максимальной детализацией. Также не рационально просить ученого физика спеть рок-оперу. Но всегда есть исключения;
среда – место, окружение, где исполнитель будет выполнять команды. При написании рабочей инструкции высотнику следует учитывать технику безопасности, правила работы с высотным оборудованием, медицинские аспекты и непосредственно то, что будет делать этот специалист (управлять краном, заниматься отделкой или строительством зданий);
режим непосредственного выполнения команд исполнителю или программного управления. В первом случае даются простые единичные указания, которые сразу выполняются (например, команда собаке «Сидеть»). Во втором случае задается множество заданий, выполняемых в определенном порядке, с соблюдением условий, указанных в программе/алгоритме (пошаговый рецепт приготовления борща);
СКИ – любой алгоритм рассчитан на конкретного исполнителя, поэтому написан при помощи понятной ему системы команд (СКИ). В случае с живым существом (человек, собака), это будут слова, которые он понимает. Для неживого (робот, ПК) – строгие команды, и правила оформления, которые нельзя изменять (язык программирования).

СКИ – набор простейших команд, понятных данному исполнителю.

Перспективными исполнителями являются роботы, автоматы и компьютеры. Несмотря на формальность работы, их можно запрограммировать и «научить» очень и очень многому. Даже если это светофор, стиральная машинка, не говоря уже о роботах, космических кораблях, персональных или научных компьютерах.

Особенно удивительно выглядит компьютер, ведь он:

универсальный – позволяет запрограммировать разные процессы (визуальные, звуковые, текстовые);
многозадачный – готов рисовать, писать, считать, рассчитывать и транслировать, даже одновременно;
пользовательский – его интерфейс можно сделать «под пользователя».

Пользователи ПК могут использовать готовые приложения, чтобы задать ту или иную команду своему смартфону, компьютеру или другой умной технике. Или же самостоятельно написать «внутренности», программный код, задавая приложению те характеристики и функции, которые нужны.

Учебная среда Исполнителя

Для того, что сделать мир программирования и алгоритмизации ярким и веселым, были разработаны различные приложения. Существует учебная среда Исполнитель Кумир для учащихся, в которую входят Чертежник, Робот, Редактор и другие.

Различные приложения отличаются интерфейсом и набором команд, но общий принцип у них одинаковый – пользователь учится писать инструкции для компьютерного исполнителя (робот, черепашка, чертежник и другие). Он дает ему команды, изучая программирование от единичных заданий, постепенно переходя от элементарных линейных алгоритмов до циклических с условиями. Обучение проходит в игровой форме, при помощи кнопок. Далее этап написания команд на русском языке. На финальном этапе ученик осваивает СКИ на языке программирования (на английском).

Если ученик/пользователь дает задание исполнителю, которое невозможно выполнить физически (непреодолимое препятствие), математически (деление на ноль) – запускается система отказов.

Сравнительная характеристика основных приложений:

Исполнитель «Черепашка»

При помощи простых команд и красочного интерфейса пользователь легко освоит построение алгоритмов. На первом этапе в игровой форме, используя готовые кнопки и цвета. На следующем уровне уже можно программировать, записывая команды на русском по всем правилам программирования.

Исполнитель «Робот»

На клеточном поле произвольно выставляется робот, который обозначается любым удобным символом (*, Р, ●, ♦, другими). Задания пишутся при помощи системы команд исполнителя Робот.

В этой учебной системе можно самому рисовать стены, выращивать клумбы, задавать маршрут прохождения. Можно закрашивать клетки, даже если они до этого были цветные. Делать это можно при помощи линейных алгоритмов, с разветвлением или с повторением цикличных команд.

Для программирования используются простейшие алгоритмы и элементы программирования (правила написания команд, условия, обязательные символы), которые применяются в большинстве компьютерных языков.

В случае ошибок система выдает отказ. Отказы могут быть в случае неправильного написания элемента программы, противоречивых команд или логических ошибок. Отказ в виде ответа Робота: «Не могу» (пройти через стену), «Не понимаю» (ошибочно написана команда) или результат не тот, что нужен (перепутаны горизонталь и вертикаль).

Составляем алгоритм для Робота

Нужно заставить робота двигаться вдоль стены, закрашивая клетки, которые он прошел:

Следует высадить цветы по пути следования робота, но чтобы он не разрушился (не упирался в стены):

Как видно из этого примера, в некоторых случаях команды многократно повторяются. Тогда используют подзадачи и циклы.

Основная программа с именем подзадачи:

Алгоритм Рисунок

Начало

Алгоритм Узор (5 раз);

Конец.

Указав только имя подзадачи в теле программы, пользователь вызывает ее столько раз, сколько указано в скобках. Полный текст вспомогательного алгоритма описывается под основным.

Алгоритм Узор

Начало

конец.

Если не использовать подзадачи, которые повторяются много раз, то размер программы увеличится в десятки раз.

Чтобы выполнить движение, робот может выполнять команды проверки наличия стены на пути: Сверху/снизу/слева/справа свободно?

Используя условие «если», робот проверяет дорогу и только тогда идет:

(Снизу_свободно), то вниз (3)

Или условие «пока» есть куда идти (нет стены сверху), робот будет идти прямо вверх и сажать цветы.

Исполнитель «Чертежник»

Учебная система «Исполнитель Чертежник» используется для рисования графиков, чертежей в системе координат (x;y). Поле поделено на пиксели, в параметрах можно указать размер поля и количество точек по осям.

Перо – инструмент чертежника, его, как настоящее, можно поднимать и опускать на рисовальное поле, перемещать в нужное место, менять цвет и добавлять надпись. Если перо приподнято, то не остается следа, если опущено – за ним тянется линия.

Во время рисования видно труженика Чертежника, который выполняет команды. Но его иконку можно скрыть, тогда будет виден только карандаш.

Начинать работу следует с команды «использовать Чертежник». Писать можно одиночные команды, а можно целые серии. Правила написания программы соответствуют основам большинства компьютерных языков. Это облегчит в будущем изучение программированию, улучшит понимание процесса построения алгоритмов, начиная от линейных и заканчивая циклическими.

На следующем этапе можно перейти к написанию алгоритма на языке Pascal. Процесс построения аналогичен, только команды пишутся на языке программирования (на английском):

uses Drawman;

begin

PenUp;

ToPoint (1, 1);

PenDown;

ToPoint (1, 5);

ToPoint (3, 5);

ToPoint (2, 4);

ToPoint (3, 3);

ToPoint (1, 3);

end.

Освоив построение алгоритмов на родном языке, запомнив правила написания команд, пользователь с легкостью перейдет на задания, написанные на языке программирования.

Вспомогательные алгоритмы или процедуры

Во время работы с учебными исполнителями приходится часто выполнять однотипные команды или серии команд. Намного удобнее создать вспомогательные подзадачи или процедуры. Таким блокам команд присваивается имя и потом не нужно каждый раз повторять ту или иную последовательность операций, достаточно указать имя вспомогательной процедуры.

• алгоритм
• свойства алгоритма (дискретность; понятность; определённость; результативность; массовость)
• исполнитель
• характеристики исполнителя (круг решаемых задач; среда; режим работы; система команд)
• формальное исполнение алгоритма

2.1.1. Понятие алгоритма

Пример 1. Задача «Найти среднее арифметическое двух чисел» решается в три шага:

1) задумать два числа;
2) сложить два задуманных числа;
3) полученную сумму разделить на 2.

Пример 2. Задача «Внести деньги на счёт телефона» подразделяется на следующие шаги:

1) подойти к терминалу по оплате платежей;
2) выбрать оператора связи;
3) ввести номер телефона;
4) проверить правильность введённого номера;
5) вставить денежную купюру в купюроприёмник;
6) дождаться сообщения о зачислении денег на счёт;
7) получить чек.

Пример 3. Этапы решения задачи «Нарисовать весёлого ёжика» представлены графически:

В общем виде схему работы алгоритма можно представить следующим образом (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Общая схема работы алгоритма

1. Вычисляется длина (в символах) исходной цепочки символов.
2. Если длина исходной цепочки нечётна, то к исходной цепочке справа приписывается цифра 1, иначе цепочка не изменяется.
3. Символы попарно меняются местами (первый — со вторым, третий — с четвёртым, пятый — с шестым и т. д).
4. Справа к полученной цепочке приписывается цифра 2.

Получившаяся таким образом цепочка является результатом работы алгоритма.

2.1.2. Исполнитель алгоритма

Каждый алгоритм предназначен для определённого исполнителя.

Рассмотрим более подробно множество формальных исполнителей. Формальные исполнители необычайно разнообразны, но для каждого из них можно указать следующие характеристики: круг решаемых задач (назначение), среду, систему команд и режим работы.

Рассмотрим примеры исполнителей.

Пример 5. Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии.

Система команд Черепашки состоит из следующих команд:

1. Вперёд n (где n — целое число) — вызывает передвижение Черепашки на п шагов в направлении движения — в том направлении, куда развёрнуты её голова и корпус;
2. Направо m (где m — целое число) — вызывает изменение направления движения Черепашки на т градусов по часовой стрелке.
Запись Повтори k [<Команда1> <Команда2> . <Командаn>] означает, что последовательность команд в скобках повторится k раз.

Подумайте, какая фигура появится на экране после выполнения Черепашкой следующего алгоритма.
Повтори 12 [Направо 45 Вперёд 20 Направо 45]

Пример 6. Система команд исполнителя Вычислитель состоит из двух команд, которым присвоены номера:

1 — вычти 1
2 — умножь на 3

умножь на 3
вычти 1
умножь на 3
вычти 1
умножь на 3

С помощью этого алгоритма число 1 будет преобразовано в 15:

((1 3 - 1) 3 - 1) 3 = 15.

1 — вверх
2 — вниз
3 — вправо
4 — влево

При разработке алгоритма:

1) выделяются фигурирующие в задаче объекты, устанавливаются свойства объектов, отношения между объектами и возможные действия с объектами;
2) определяются исходные данные и требуемый результат;
3) определяется последовательность действий исполнителя, обеспечивающая переход от исходных данных к результату;
4) последовательность действий записывается с помощью команд, входящих в систему команд исполнителя.

Можно сказать, что алгоритм — модель деятельности исполнителя алгоритмов.

2.1.3. Свойства алгоритма

Пример 8. Рассмотрим один из методов нахождения всех простых чисел, не превышающих некоторое натуральное число n. Этот метод называется «решето Эратосфена» по имени предложившего его древнегреческого учёного Эратосфена (III в. до н. э.).

1) выписать подряд все натуральные числа от 2 до n (2, 3, 4, . n);
2) заключить в рамку 2 — первое простое число;
3) вычеркнуть из списка все числа, делящиеся на последнее найденное простое число;
4) найти первое неотмеченное число (отмеченные числа — зачёркнутые числа или числа, заключённые в рамку) и заключить его в рамку — это будет очередное простое число;
5) повторять шаги 3 и 4 до тех пор, пока не останется неотмеченных чисел.

Рассмотренная последовательность действий является алгоритмом, так как она удовлетворяет свойствам:

• дискретности — процесс нахождения простых чисел разбит на шаги;
• понятности — каждая команда понятна ученику 8 класса, выполняющему этот алгоритм;
• определённости — каждая команда трактуется и выполняется исполнителем однозначно; имеются указания об очерёдности выполнения команд;
• результативности — через некоторое число шагов достигается результат;
• массовости — последовательность действий применима для любого натурального n.

Рассмотренные свойства алгоритма позволяют дать более точное определение алгоритма.

2.1.4. Возможность автоматизации деятельности человека

Рассмотрим алгоритм, следуя которому первый игрок наверняка обеспечит себе выигрыш.

1. Если число предметов в кучке кратно 3, то уступить ход противнику, иначе начать игру, взяв 1 или 2 предмета так, чтобы осталось количество предметов, кратное 3.
2. Своим очередным ходом каждый раз дополнять число предметов, взятых соперником, до 3 (число оставшихся предметов должно быть кратно 3).

1) процесс решения задачи представляется в виде последовательности простейших операций;
2) создаётся машина (автоматическое устройство), способная выполнять эти операции в последовательности, заданной в алгоритме;
3) человек освобождается от рутинной деятельности, выполнение алгоритма поручается автоматическому устройству.

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Вопросы и задания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Дополняет ли презентация информацию, содержащуюся в тексте параграфа? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Что называют алгоритмом?

3. Подберите синонимы к слову «предписание».

4. Приведите примеры алгоритмов, изучаемых вами в школе.

5. Кто может быть исполнителем алгоритма?

6. Приведите пример формального исполнителя. Приведите пример, когда человек выступает в роли формального исполнителя.

7. От чего зависит круг решаемых задач исполнителя «компьютер»?

8. Рассмотрите в качестве исполнителя текстовый процессор, имеющийся на вашем компьютере. Охарактеризуйте круг решаемых этим исполнителем задач и его среду.

9. Что такое команда, система команд исполнителя?

10. Какие команды должны быть у робота, выполняющего функции:

а) кассира в магазине;
б) дворника;
в) охранника?

11. Перечислите основные свойства алгоритма.

12. К чему может привести отсутствие какого-либо свойства у алгоритма? Приведите примеры.

13. В чём важность возможности формального исполнения алгоритма?

14. Последовательность чисел строится по следующему алгоритму: первые два числа последовательности принимаются равными 1; каждое следующее число последовательности принимается равным сумме двух предыдущих чисел. Запишите 10 первых членов этой последовательности. Выясните, как называется эта последовательность.

15. Некоторый алгоритм получает из одной цепочки символов новую цепочку следующим образом. Сначала записывается исходная цепочка символов, после нее записывается исходная цепочка символов в обратном порядке, затем записывается буква, следующая в русском алфавите за той буквой, которая в исходной цепочке стояла на последнем месте. Если в исходной цепочке на последнем месте стоит буква «Я», то в качестве следующей буквы записывается буква «А». Получившаяся цепочка является результатом работы алгоритма. Например, если исходная цепочка символов была «ДОМ», то результатом работы алгоритма будет цепочка «ДОММОДН». Дана цепочка символов «КОМ». Сколько букв «О» будет в цепочке символов, которая получится, если применить алгоритм к данной цепочке, а затем ещё раз применить алгоритм к результату его работы?

16. Найдите в сети Интернет анимацию шагов алгоритма Эратосфена. С помощью алгоритма Эратосфена найдите все простые числа, не превышающие 50.

17. Что будет результатом исполнения Черепашкой (см. пример 5) алгоритма?

Повтори 8 [Направо 45 Вперёд 45]

18. Запишите алгоритм для исполнителя Вычислитель (см. пример 6), содержащий не более 5 команд:

а) получения из числа 3 числа 16;
б) получения из числа 1 числа 25.

19. Система команд исполнителя Конструктор состоит из двух команд, которым присвоены номера:

1 — приписать 2
2 — разделить на 2

По первой из них к числу приписывается справа 2, по второй число делится на 2. Как будет преобразовано число 8, если исполнитель выполнит алгоритм 22212? Составьте алгоритм в системе команд этого исполнителя, по которому число 1 будет преобразовано в число 16 (в алгоритме должно быть не более 5 команд).

20. В какой клетке должен находиться исполнитель Робот (пример 7), чтобы после выполнения алгоритма 3241 в неё же и вернуться?

Во всех этих ситуациях нужно выполнить определённую последовательность действий, которые приведут Кристину к поставленной цели. Значит, чтобы решить задачу, сначала её нужно алгоритмизировать.

Умение выделять алгоритмическую суть явления и строить алгоритмы очень важно для человека любой профессии.

Навыки алгоритмического мышления способствуют формированию особого стиля культуры человека, составляющими которого являются:

· целеустремлённость и сосредоточенность;

· объективность и точность;

· логичность и последовательность в планировании и выполнении своих действий;

· умение чётко и лаконично выражать свои мысли;

· умение правильно ставить задачу и находить окончательные пути её решения;

· умение быстро ориентироваться в стремительном потоке информации.

Происхождение термина «алгоритм» связано с математикой. История его возникновения такова.

В девятом веке в Багдаде жил учёный Аль-Хорезми, математик, астроном, географ. В одном из своих трудов он описал десятичную систему счисления и впервые сформулировал правила выполнения арифметических действий над целыми числами и обыкновенными дробями.

Арабский оригинал этой книги был утерян, но остался латинский перевод двенадцатого века, по которому Западная Европа ознакомилась с десятичной системой счисления и правилами выполнения арифметических действий.

Аль-Хорезми стремился к тому, чтобы сформулированные им правила были понятными. Достичь этого в девятом веке, когда ещё не была разработана математическая символика (знаки операций, скобки, буквенные обозначения и т.д.), было трудно. Однако ему удаюсь выработать чёткий стиль строгого словесного предписания, который не давал читателю возможность уклониться от предписанного или пропустить какие-нибудь действия.

Правила в книгах Аль-Хорезми в латинском переводе начинались словами «Алгоризми сказал». В других латинских переводах автор именовался как Алгоритмус. Со временем было забыто, что Алгоризми (Алгоритмус) - это автор правил, и эти правила стали называть алгоритмами. Многие столетия разрабатывались алгоритмы для решения всё новых и новых классов задач, но само понятие алгоритма не имело точного математического определения.

В двадцатом веке возникла наука, которая занимается теорией алгоритмов. В рамках этой науки понятие алгоритма было уточнено.

Наверняка каждый из вас слышал слово алгоритм. То есть

Алгоритм — это конечная последовательность команд, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи.

Причём исполнителем может выступать как человек, животное так и техническое устройство.

Например, украшение торта будет алгоритмом.

Или установка игры на компьютер, так же выполняется по алгоритму.

Очень часто мы выполняем определённые алгоритмы, даже не задумываясь, например, в новом кофе подключиться к сети Wifi.

Сейчас вам кажется, что подключиться к сети проще простого, но ведь в начале вас этому научили. В первый раз вам сказали, что нужно:

· спросить пароль у администратора кафе;

· открыть настройки телефона;

· зайти в меню Wifi;

· найти сеть Wifi данного кафе;

· ввести пароль и подключиться к сети.

В следующий раз помощь вам уже не понадобится.

Как видно из предыдущего примера, для достижения конечного результата, нам необходимо последовательно выполнить определённые действия или шаги. Действия по алгоритму встречаются во всех сферах, например,

Задача «Приготовить чай» решается в пять шагов:

· вскипятить в чайнике воду;

· положить в чашку пакетик заварки;

· налить туда кипяток;

· добавить две чайные ложки сахара;

· размешать сахар ложкой.

А задача по химии «Получение водорода» решается в четыре шага:

· налить в колбу соляной кислоты;

· бросить в колбу кусочек цинка;

· собрать выделяющийся газ в пробирку.

Если рассмотреть все наши примеры, то на первый взгляд, кажется, что все они абсолютно различны, но на самом деле у всех этих процессов есть общая черта. Все эти процессы описываются последовательностью кратких указаний, точное следование которым позволяет получить нужный результат.

Таким образом, для разработки алгоритма, нам необходимо понимать, какие начальные условия нам даны, и какой конечный результат мы должны получить.

Иначе говоря, алгоритм – это описание последовательности шагов в решении задачи, приводящих от исходных данных к требуемому результату.

Работу алгоритма можно представить в виде следующей схемы:

Сначала мы получаем задание и оцениваем какие исходные данные у нас есть, затем составляем алгоритм действий и в итоге приходим к результату.

Каждый день, изучая что-то новое на уроках в школе или дома, мы учимся действовать по алгоритму.

Рассмотрим следующий пример.

Дан алгоритм, который приводит к тому, что из одной цепочки символов получается новая цепочка:

1. Необходимо вычислить длину в символах исходной цепочки.

2. Если длина начальной цепочки нечётна, то к ней справа приписывается цифра 1, иначе цепочка не изменяется.

3. Символы попарно меняются местами (первый — со вторым, третий — с четвёртым, пятый — с шестым и т. д).

4. Справа к полученной цепочке приписывается цифра 2.

После выполнения действий получить новую цепочку, которая будет

являться результатом работы алгоритма. Итак, пусть нам дана исходная цепочка КОТ. Выполним над ней действия по алгоритму.

1. Считаем символы.

2. Символов – 3. Это нечётное число. Значит нужно справа приписать цифру один.

3. Меняем символы попарно местами. То есть К меняем местами с О и Т с единицей.

4. Справа к полученной цепочке приписываем цифру два

В результате получаем цепочку: ОК1Т2.

Если исходной была цепочка ЛЕТО, то результатом работы алгоритма будет цепочка ЕЛОТ2.

Перейдём ко второму вопросу урока и определим кто же такой исполнитель алгоритма. Как мы уже выяснили, исполнителем алгоритма может быть, как человек, животное так и техническое устройство, т.е.

Исполнитель – это объект живой природы или техническое устройство, способное выполнять алгоритм.

Различают формальных и неформальных исполнителей. Формальный исполнитель выполняет одну и ту же команду всегда одинаково. А неформальный может импровизировать.

Например, вспомним алгоритм приготовления чая. Здесь вы можете действовать по-разному. Можете сначала положить в чашку пакетик с чаем, а затем вскипятить в чайнике воду. Или положить в чашку сначала сахар, а затем чай. В данном примере человек, который готовит чай является неформальным исполнителем алгоритма.

То есть Неформальный исполнитель может выполнять алгоритмы по-разному.

К неформальным исполнителям можно отнести все объекты живой природы.

А вот формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково.

Например, при многократном прослушивании диска с любимой мелодией вы можете быть уверенными, что она воспроизводится проигрывателем (формальным исполнителем) одинаково.

Но вряд ли кому-нибудь из певцов (неформальному исполнителю) удастся несколько раз совершенно одинаково исполнить песню из своего репертуара.

Рассмотрим более подробно формальных исполнителей. Определить формального исполнителя можно по следующим характеристикам: это круг решаемых задач (назначение), среда, система команд, режим работы. Остановимся подробнее на каждой характеристике.

Итак, круг решаемых задач. Каждый исполнитель создаётся для решения определённого круга задач – выполнение вычислений, приготовления кофе, управлять дорожным движением и т.д.

Среда исполнителя – это та область, обстановка и условия в которых действует исполнитель. Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.

Система команд исполнителя. Каждое отдельное предписание исполнителю об исполнении отдельного законченного действия называется командой. Совокупность всех команд является системой команд данного исполнителя (сокращённо - СКИ). Алгоритм всегда составляется с учётом возможностей конкретного исполнителя, который будет его выполнять, т.е. в системе команд исполнителя.

Режим работы исполнителя. Выделяют два процесса управления исполнителем: режим непосредственного управления

и программное управление.

В первом случае исполнитель принимает команды от человека и немедленно их выполняет. Во втором случае исполнителю задаётся полная последовательность команд (программа), а он выполняет эти команды в автоматическом режиме.

Рассмотрим примеры исполнителей.

Исполнитель Автобус может выполнять команды: налево, направо, вперёд.

По команде налево автобус поворачивает налево, по команде направо автобус поворачивает направо, по команде вперёд Автобус перемещается на одну клетку вперёд. Давайте составим алгоритм, в результате которого Автобус окажется в клетке с остановкой.

Итак, в результате мы получим следующий алгоритм: вперёд, вперёд, вперёд, налево, вперёд, вперёд, вперёд, налево, вперёд, вперёд, вперёд, налево вперёд, направо, вперёд.

Следующий пример. Исполнитель Тюбик перемещается по экрану компьютера и оставляет след в виде линии. Система команд Тюбика состоит из следующих команд:

Вперёд N (где N — целое число) — вызывает передвижение Тюбика на N шагов в направлении движения;

Направо M (где M — целое число) — вызывает изменение направления движения Тюбика на M градусов по часовой стрелке.

Налево M (где M — целое число) — вызывает изменение направления движения Тюбика на M градусов против часовой стрелки.

Давайте посмотрим, что получится в результате выполнения следующего алгоритма: налево сорок пять, прямо два, направо сорок пять, прямо шесть, налево девяносто, прямо три, направо девяносто, прямо два, направо девяносто, прямо один, направо девяносто, прямо два, налево девяносто, прямо шесть, направо сорок пять, прямо два, направо сорок пять, прямо восемь.

В результате выполнения алгоритма Тюбик на экране нарисовал лодку.

Таким образом, для составления алгоритма необходимо:

· Выделить объекты, фигурирующие в задаче, установить свойства этих объектов, отношения между объектами и возможные действия с ними.

· Определить исходные данные и требуемый результат.

· Определить последовательность действий исполнителя для достижения результата.

· Данную последовательность действий записать с помощью команд, входящих в систему команд исполнителя.

Из всего выше сказанного следует, что алгоритм - это модель деятельности исполнителя алгоритма.

Пришло время подвести итоги урока:

Алгоритм – это конечная последовательность команд, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи.

Команда алгоритма – это точное предписание выполнить конкретное действие.

Исполнитель алгоритма – это объект живой природы или техническое устройство, способное выполнить алгоритм. Исполнители делятся на формальные и неформальные.

Система команд исполнителя – это набор команд, которые понимает и может исполнить данный исполнитель.

Читайте также: