Программирование (кодирование) или программная реализация алгоритмов — КиберПедия 

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Программирование (кодирование) или программная реализация алгоритмов



Словесную или графическую запись алгоритма обычно нельзя сразу ввести в ЭВМ, поэтому необходимо записать алгоритм на каком-либо языке программирования (ЯП). В результате получается программа на ЯП, которая вводится на ЭВМ и поступает на обработку в системную программу – транслятор (переводчик). Транслятор проверяет программу и выдаёт пользователю сообщение об ошибках. Если в программе ошибок нет, то транслятор переводит программу с ЯП на внутренний машинный язык ЭВМ. В результате получается машинная программа, которая управляет работой ЭВМ в процессе решения прикладной задачи. Переход от алгоритма к программе на ЯП называется кодированием алгоритма. Для каждого алгоритма можно построить несколько вариантов программы, поэтому при кодировании алгоритма нужно оптимизировать программу по лёгкости понимания, быстродействию и объёму памяти. Языки программирования можно разделить на 2 большие группы: алгоритмические и машинно-ориентированные.

Алгоритмический язык (АЯ) – это специальный искусственный язык, с помощью которого можно достаточно просто и удобно записать любой алгоритм. В настоящее время существуют сотни алгоритмических языков, например, наиболее известны следующие языки программирования: Фортран – язык для научно-технических расчётов; ПЛ/1, Кобол – языки для экономических расчётов; Бейсик – язык начального обучения; Паскаль – универсальный язык для обучения и программирования; Си – язык прикладного и системного программирования; Модула-2 и Ада – универсальные языки программирования; Лисп, Пролог – языки функционального и логического программирования; С++, Java, Object Pascal – языки объектно-ориентированного программирования. Часто вместо термина алгоритмический язык используется термин – язык программирования высокого уровня.

С технической точки зрения процесс кодирования алгоритма заключается в записи основных алгоритмических конструкций на языке программирования. Очень просто это можно представить в виде таблицы (табл.3), в которой сводятся основные алгоритмические конструкции и соответствующие им конструкции языка программирования.

Таблица 3.

Правила кодирования алгоритмов

 

Язык Си Язык Паскаль
Блок начало
  main() { PROGRAM Name; BEGIN
Блок конец
  } END.
Операция присваивания: переменой x присвоить значение Z: x←Z
  x = Z ; x := Z;
Разделение команд (операторов). Символ разделитель
  ; ;
Ввод данных
  scanf ( &перем1, &перем2,…) [1]; READ ( перем1, перем2,…); или READLN ( перем1, перем2,…);
Вывод данных
  printf ( перем1, перем2,…) 1; WRITE ( перем1, перем2,…); или WRITELN ( перем1, перем2,…);
Условие с двумя вариантами действий
  if (Условие) { A;} else {B;} IF (Условие) THEN BEGIN A; END ELSE BEGIN B; END;  
Условие с одним вариантом действий
  if (Условие) { A;}   IF (Условие) THEN BEGIN A; END;  
Цикл с предусловием
  while (Условие) { A; }   WHILE (Условие) DO BEGIN A; END
Цикл с постусловием
  do { A; } while (Условие) ;   REPEAT A; UNTIL (Условие ) ;  
Описание данных
  main() { int i, j,…; // целые данные double x,y,z,…; // вещественные char c,p,…; // символьные char str[50]; // строковые PROGRAM FIRST; VAR i, j,… : INTEGER ; {целые данные} x,y,z,…: REAL ; {вещественные } c,p,… : CHAR; {символьные } str : STRING; {строковые} BEGIN …  
Подключение библиотек и модулей
  //ОБЯЗАТЕЛЬНО! #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> main() { … {В случае необходимости} UNIT имямодуля-библиотеки; PROGRAM Name2; …
Комментарий
  // текст в одной строке или /* многострочный текст */ { текст комментария в одну или несколько строк } или (* текст в одну или несколько строк *) или // текст в одной строке
         

Машинно-ориентированный язык (МОЯ) – это язык машинных команд, записанных в символическом виде. Для обозначения таких языков применяются термины: язык ассемблера, автокод, мнемокод, язык символического кодирования и т.п. Программирование на машинно-ориентированном языке менее наглядно и более трудоёмко, чем программирование на АЯ. Однако в процессе работы с машинно-ориентированным языком можно учесть все особенности системы команд конкретной ЭВМ. Программа, составленная хорошим программистом на машинно-ориентированном языке, имеет лучшие характеристики по быстродействию и памяти, чем программа, полученная после трансляции с АЯ. Поэтому МОЯ применяются либо в системном, либо в высокоэффективном прикладном программировании.



Пример 5. Используя таблицу, закодируем на языках Си и Паскаль (рис.8) структурные алгоритмы решения задачи табулирования функции на основе цикла с постусловием (на языке Си) и цикла с предусловием (на языке Паскаль).



#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> main() { double a,b,h,x,f ; scanf (&a, &b, &h); x = a; do { f = sin(x*x) - x; printf(x, f); x = x+h; } while ( x>b ); } PROGRAM TABUL1; VAR a,b,h,x,f: REAL; BEGIN READLN (a, b, h); x := A; WHILE ( x<= B ) DO BEGIN f:=sin(x*x) - x; WRITELN(x, f); x:=x+h; END END.  

Рис.8. Реализация алгоритмов на языке Си и Паскаль

 

Примечание. На языке Си функции ввода-вывода scanf и printf имеют более сложный синтаксис, поэтому полученная в примере программа требует небольшой доработки. Программа на языке Паскаль получилась полностью работоспособной.

Тестирование и отладка

Тестирование – процесс поиска ошибок работы программы, посредством проверки правильности результатов ее функционирования на наборах данных, характерных для рабочего состояния программы. Как правило, при тестировании известны исходные данные и правильный результат, который должна выдавать программа. Такие данные часто называются тестовыми последовательностями или просто тестами. Цель тестирования – подготовить как можно больше тестовых последовательностей и проверить работоспособность программы на них.

Отладка – точное определение местоположения ошибок в программе, причин и условий их возникновения, с целью последующего их устранения.

Трассировка (раскрутка) алгоритма – это процесс пошагового выполнения алгоритма с записью в таблицу значений переменных, значений условий, номеров последующего шага (блока) для выполнения и комментариев по выполнению. Трассировка позволяет в ручном режиме, на бумаге проверить работу алгоритма и при необходимости найти ошибки. Фактически трассировка в таком виде заменяет стандартного исполнителя алгоритма – ЭВМ на исполнителя-человека. Важно, чтобы исполнитель действовал исключительно по инструкциям алгоритма, а не «фантазировал», что-то придумывал или изменял по ходу выполнения алгоритма.

Пример 6.Проведем трассировку структурного алгоритма на основе цикла с постусловием, приведенного в примере 4 (табл.4).

Таблица 4.

Трассировка(раскрутка) алгоритма

№ п/п № шага a b h x f x>b Примечание
            Начало
0,2       Ввели в ячейки данные для a, b, h
          Записываем в ячейку x := a=1
3, 3.1         –0,159   Начало цикла, вычисляем f:=sin 1 – 1
3.2             На экран выводzтся ячейки x = 1 и f = –0,159
3.3       1,2     x := x + h=1+0,2=1,2
3.4           Нет Проверка условия окончания цикла 1,2>2
3.1         –0.209   Вычисляем f:=sin (1,2) – 1,2= –0,209
3.2             На экран выводится 1,2 и –0,209
3.3       1,4     x := x + h=1,2+0,2=1,4
3.4           Нет Проверка условия окончания цикла 1,4>2
3.1         –0.475   Вычисляем f
3.2             На экран выводится 1,4 и –0,475
3.3       1,6     x := x + h=1,4+0,2=1,6
3.4           Нет Проверка условия окончания цикла 1,6>2
3.1         –1.051   Вычисляем f
3.2             На экран выводится 1,6 и –1,051
3.3       1,8     x := x + h=1,6+0,2=1,8
3.4           Нет Проверка условия окончания цикла 1,8>2
3.1         –1.898   Вычисляем f
3.2             На экран выводится 1,8 и –1,898
3.3       2,0     x := x + h=1,8+0,2=2,0
3.4           Нет Проверка условия окончания цикла 2,0>2
3.1         –2.757   Вычисляем f
3.2             На экран выводится 2,0 и –2,757
3.3       2,2     x := x + h=2,0+0,2=2,2
3.4           Да Проверка условия окончания цикла 2.2>2
            Конец цикла, Конец работы алгоритма

Верификация – доказательство правильности программы. Проблема верификации программ все еще является открытой, и в настоящее время существуют методы, позволяющие доказывать правильность лишь небольших и однотипных алгоритмов. Для сложных и больших алгоритмов методов верификации, к сожалению, пока не придумано. Более того, существует такая аксиома: любая сложная программа содержит хотя бы одну ошибку. Такое утверждение основывается на том факте, что в любой сложной программе с наличием циклов и ветвлений существует бесконечное (или очень большое) количество путей, и проверить работоспособность каждого пути, как правило, не представляется возможным, а значит вероятность того, что на одном из таких путей возникнет ошибка, достаточно велика. Фактически большинство методов верификации программ пытаются строго математически обойти все пути алгоритма и доказать, что ни на одном из них нет ошибок. При отладке программы, программист делает то же самое, – он пытается пройти все возможные пути и проверить на них работоспособность программы, но только не теоретическими методами, а практическим способом, выбирая различные тестовые последовательности, что бы охватить как можно большее количество путей в программе. Ошибки возникают именно на том пути, где программист не проверил работоспособность алгоритма.

Поэтому, для более тщательного тестирования и отладки программы, план проведения испытаний работы программы должен быть составлен заранее и тестовые данные должны подбираться для проверки функций программы, а не разработанных алгоритмов. Т.е. тестовые примеры создаются на этапе проектирования программной системы, а не на этапе кодирования.

Можно выделить следующие виды тестирования:

· автономное (тестирование модулей программистами);

· комплексное (тестирование общих функций системы программистами);

· системное (оценочное) – тестирование, как правило, с участием заказчика.






Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...





© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.007 с.