Понятие алгоритма. Исполнитель алгоритма

Вопросы занятия:

·                   алгоритм;

·                   исполнитель алгоритма;

·                   характеристики исполнителя.

Ежедневно вокруг нас происходят различные события.

Например, восьмиклассница Кристина решила:

·                   посмотреть фотоальбом;

·                   приготовить новое блюдо по рецепту;

·                   развесить бельё на верёвке после стирки;

·                   полить цветы.

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:

·                   взять колбу;

·                   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.