Разное

Шаг алгоритма в информатике это: Введение в понятие алгоритма

Содержание

Введение в понятие алгоритма

Понятие алгоритма

В сегодняшнем социуме слово «алгоритм» настолько широко распространено, что большинству интуитивно понятно. Под ним мы понимаем какую-либо последовательность шагов для достижения той или иной цели. Однако для теоретической науки понятие «алгоритма» достаточно сложное.

Считается, что однозначного определения алгоритма нет, хотя в основном различные источники дают очень близкие определения.

Итак, в широко распространенных определениях алгоритма (в рамках школьного курса информатики) можно выделить следующие составляющие:

Алгоритм – это конечная последовательность указаний …

  • … на языке понятном исполнителю, …
  • … задающая процесс решения задач определенного типа …
  • … и ведущая к получению результата, однозначно определяемого допустимыми исходными данными.

В последнем пункте определения говорится о том, что результат выполнения алгоритма напрямую зависит от исходных данных. Т.е. один и тот же алгоритм при разных исходных данных даст разные результаты. С другой стороны, если одному и тому же алгоритму передать несколько раз одни и те же данные, он должен столько же раз выдать один и тот же результат.

Слово «алгоритм» происходит от имени ученого IX века Муххамеда бен Аль-Хорезми («аль-хорезми» -> «алгоритм»), который описал правила выполнения арифметических действий в десятичной системе счисления. Словом «алгоритм» потом и стали обозначать эти правила вычислений. Однако с течением времени понятие алгоритма видоизменялось и в XX веке под ним стали понимать какую-либо последовательность действий, приводящую к решению поставленной задачи.

Сначала определение понятия алгоритма было проблемой математики, однако с течением времени теория алгоритмов стала развиваться за счет влияния открытий не только в математике, но и в информатике. В настоящее время алгоритм является одним из главных понятий информатики.

Другими словами, следует понимать, что первоначально теория алгоритмов возникла в математике и представляла собой поиск способов решения задач определенного типа посредством определенного набора указаний.

Свойства алгоритма

  1. Дискретность (в данном случае, разделенность на части) и упорядоченность. Алгоритм должен состоять из отдельных действий, которые выполняются последовательно друг за другом.
  2. Детерминированность (однозначная определенность). Многократное применение одного алгоритма к одному и тому же набору исходных данных всегда дает один и тот же результат.
  3. Формальность. Алгоритм не должен допускать неоднозначности толкования действий для исполнителя.
  4. Результативность и конечность. Работа алгоритма должна завершаться за определенное число шагов, при этом задача должна быть решена.
  5. Массовость. Определенный алгоритм должен быть применим ко всем однотипным задачам.

Исполнитель и разработчик алгоритма

Разрабатывать, придумывать алгоритмы могут только разумные существа (например, человек). А вот формально (не думая и не оценивая) исполнять, могут какие-либо машины (например, компьютеры, бытовые приборы). В чем польза такого разделения труда? Дело в том, что человек освобождается от рутинной деятельности, которая часто может занимать много времени, и поручает ее машинам.

Однако машины не люди: приборы понимают лишь ограниченное число команд и могут обрабатывать данные (объекты) далеко не всех типов. Отсюда следует, что разработчик алгоритма в конечном итоге должен описать алгоритм в допустимых командах определенного исполнителя (той машины, которой будет поручено выполнение алгоритма). Совокупность команд, которые данный исполнитель может выполнять, называется системой команд исполнителя. Объекты (данные), над которыми исполнитель может выполнять действия, формируют среду исполнителя.

Язык программирования — средство записи алгоритмов для компьютеров

Достаточно универсальным исполнителем является компьютер. С его помощью можно выполнять разнообразные по видам алгоритмы: делать математические вычисления, обрабатывать текстовые данные, изменять графику и др. В каком-то смысле компьютер может делать многое, что и человек, а некоторые вещи намного быстрее. Однако человек и компьютер «разговаривают» на совершенно разных языках: один – на естественном (русском, английском и др.), а другой – на формальном (машинном) языке.

Разработав алгоритм, человек должен как-то «объяснить» его компьютеру. Для этих целей служат языки программирования, а результатом записи алгоритма на них является программа.

В настоящее время язык программирования – это скорее некий посредник между человеком и вычислительной машиной. Программа, написанная на языке программирования, в последствии переводится на машинный язык транслятором.

Итог

Изучение алгоритмов имеет большую практическую значимость. Это связано с тем, что создание алгоритма предполагает подробное описание каждого шага решения задачи, и в конечном итоге шаг алгоритма может быть достаточно прост для выполнения его компьютером. А значит, задачи, для которых можно выработать алгоритм их решения, могут быть автоматизированы, т.е. переложены «на плечи» машин.

Однако следует всегда помнить, что не все задачи имеют алгоритмическое решение.

При этом для тех задач, которые все-таки имеют алгоритмическое решение, могут быть разработаны различные алгоритмы. Но наиболее эффективным, скорее всего, будет только один.

Свойства алгоритма и его исполнители (9 класс) Информатика и ИКТ

Во многих отраслях человеческой деятельности для достижения требуемого результата используются алгоритмы, содержащие четкие описания последовательности действий. Примерами алгоритмов являются кулинарные рецепты, в которых подробно описана последовательность действий по приготовлению пищи.

Алгоритм приготовления блюда быстрого питания:

  1. Высыпать в емкость содержимое пакетика.
  2. Налить в емкость 200 мл горячей воды.
  3. Тщательно перемешать.

Дискретность.
Алгоритмы кулинарных рецептов состоят из отдельных действий, которые обычно нумеруются. Разделение алгоритма на последовательность шагов является важным свойством алгоритма и называется дискретностью.

Результативность.
Алгоритмами являются известные из начальной школы правила сложения, вычитания, умножения и деления столбиком. Применение этих алгоритмов независимо от количества разрядов в числах и, соответственно, количества вычислительных шагов алгоритма всегда приводит к результату. Получение из исходных данных результата за конечное число шагов называется результативностью алгоритма.

Алгоритм сложения целых чисел в десятичной системе счисления:

  1. Записать числа в столбик, так чтобы цифры самого младшего разряда чисел (единицы) расположились одна под другой (на одной вертикали).
  2. Сложить цифры младшего разряда.
  3. Записать результат под горизонтальной чертой на вертикали единиц, если при этом полученная сумма больше или равна величине основания системы счисления (в данном случае 10), перенести десятки в старший разряд десятков.
  4. Повторить пункты 2 и 3 для всех разрядов с учетом переносов из младших разрядов.

Массовость.
Алгоритмы сложения, вычитания, умножения и деления могут быть применены для любых чисел, причем не только в десятичной, но и в других позиционных системах счисления (двоичной, восьмеричной, шестнадцатеричной и др. ). Возможность применения алгоритма к большому количеству различных исходных данных называется массовостью.

Само слово «алгоритм» происходит от «algorithmi» — латинской формы написания имени выдающегося математика IX века аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических операций.

Исполнители алгоритмов.
Алгоритмы широко используются в технике в системах управления объектами. В любой системе управления существует управляющий объект, который является исполнителем алгоритма управления. Так, в системах терморегуляции для поддержания определенной температуры в помещении исполнителем алгоритма может являться как человек, так и микропроцессор.

Алгоритм терморегуляции:

  1. Измерить температуру в помещении.
  2. Если измеренная температура ниже заданной, включить обогреватель.

Детерминированность.
При управлении самолетом используются сложные алгоритмы, исполнителями которых являются пилот или бортовой компьютер. Последовательность выполнения действий, например, при взлете должна быть строго определенной (например, нельзя отрываться от взлетной полосы, пока самолет не набрал необходимую взлетную скорость). Исполнитель алгоритма, выполнив очередную команду, должен точно знать, какую команду необходимо исполнять следующей. Это свойство алгоритма называется детерминированностью.

Выполнимость и понятность.
После включения компьютера начинают выполняться алгоритмы тестирования компьютера и загрузки операционной системы. Исполнителем этих алгоритмов является компьютер, поэтому они должны быть записаны на понятном компьютеру машинном языке.
Каждый исполнитель обладает определенным набором, системой команд, которые он может выполнить. Алгоритм должен быть понятен исполнителю, т. е. должен содержать
только те команды, которые входят в систему его команд.

Выше были приведены примеры алгоритмов из различных областей человеческой деятельности и знаний. В этих алгоритмах различные исполнители выполняли операции над объектами различной природы (материальными объектами и числами). При этом во всех примерах можно выделить следующие основные свойства алгоритма:

  • Результативность и дискретность. Алгоритм должен обеспечивать получение из исходных данных результата за конечное число дискретных шагов.
  • Массовость. Один и тот же алгоритм может применяться к большому количеству однотипных объектов.
  • Детерминированность. Исполнитель должен выполнять команды алгоритма в строго определенной последовательности.
  • Выполнимость и понятность. Алгоритм должен содержать команды, входящие в систему команд исполнителя и записанные на понятном исполнителю языке.

Алгоритм — это описание детерминированной последовательности действий, направленных на получение из исходных данных результата за конечное число дискретных шагов с помощью понятных исполнителю команд.

Формальное исполнение алгоритма.
Из приведенных выше свойств алгоритма вытекает возможность его формального выполнения. Это означает, что алгоритм можно выполнять, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, описанных в алгоритме.

Контрольные вопросы:

  1. Приведите примеры известных вам алгоритмов.
  2. Перечислите основные свойства алгоритмов и проиллюстрируйте их примерами.
  3. Как вы понимаете формальное исполнение алгоритма?

Задания:

  • Записать алгоритм вычитания столбиком целых чисел в десятичной системе счисления.

Содержание

ОГЭ по информатике: Исполнители алгоритмов

Пример 1.

Решение:

1. Вычислим перемещение исполнителя за одно выполнение тела цикла по оси ох:
     -2 + 3 + (-4) = -3

2. Так как цикл выполнялся три раза, общее перемещение по оси ох составляет 3 * (-3) = -9

3. Аналогично мы можем вычислить общее перемещение исполнителя по оси оу:
     3 * (-3 + 2 + 0) = 3 * (-1) = -3

Итак, алгоритм:

Повтори 3 раз
    Сместиться на (-2,-3) 
    Сместиться на (3,2) 
    Сместиться на (-4,0)
конец

можно заменить одной командой: Сместиться на (-9,-3)

Ответ: 1)

 

Пример 2.

Решение:

Это легкая задача. Один из вариантов решения может быть таким:
65 → 64 → 32 → 16 → 8 → 4

Ответ: 21111

 

Пример 3.

Решение:

Запишем в общем виде число: abc

Автомат на шаге 1 вычисляет a+b, b+c. На втором шаге автомат записывает эти суммы в порядке невозрастания.
Например, пусть дано число 197. Шаг первый: 1+9=10, 9+7=16. Шаг второй: записываются полученные числа 10 16 в порядке невозрастания : 1610

Еще пример: пусть на вход автомата поступило число 999. Шаг первый: 9+9=18, 9+9=18. Шаг второй: 1818

Как мы видим, максимальная сумма от сложения двух разрядов не превышает 18.

Итак, разберем приведённые выше числа: 1616  169  163  1916  1619  316  916  116.
1616 можно получить в результате работы автомата, например из чисел 888, 979, 797.
169 можно получить из таких чисел, как 881, 188, 972, 790.
163 никак получить нельзя, так как нельзя подобрать среднее число таким образом, чтобы оно входило в сумму 16 и в сумму 3 одновременно.
1916 получить нельзя, так как максимальная сумма двух десятичных цифр равна 18 (9+9).
1619 получить нельзя, так как сумму 19 невозможно получить из двух цифр и нарушен порядок записи — 16 и 19 записаны по возрастанию, а надо по убыванию.
316 нарушен порядок записи.
916 нарушен порядок записи. 
116 может получиться в результате работы автомата, например из чисел 560,651, 156, 742, 247

Ответ: 3 (указываем количество «правильных» чисел).

 

Пример 4.

Некоторый алгоритм из одной цепочки символов получает новую цепочку следующим образом. Сначала вычисляется длина исходной цепочки символов; если она чётна, то удаляется правый символ цепочки, а если нечётна, то в начало цепочки добавляется буква Б. В полученной цепочке символов каждая буква заменяется буквой, следующей за ней в русском алфавите (А <nobr>–</nobr> на ББ <nobr>–</nobr> на В и т.д., а Я <nobr>–</nobr> на А).

Получившаяся таким образом цепочка является результатом работы описанного алгоритма.

Например, если исходной была цепочка АВС, то результатом работы алгоритма будет цепочка ВБГТ, а если исходной была цепочка КРОТ, то результатом работы алгоритма будет цепочка ЛСП.

Дана цепочка символов СТОП. Какая цепочка символов получится, если к данной цепочке применить описанный алгоритм дважды (т.е. применить алгоритм к данной цепочке, а затем к результату вновь применить алгоритм)?

Русский алфавит: АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

Решение:

  1. Длина цепочки символов СТОП равна 4
  2. Длина 4 — число чётное, удаляем символ справа: СТО
  3. Заменяем каждую букву на следующую букву в алфавите: ТУП

Применим к результату ТУП  данный алгоритм ещё раз:

  1. Длина цепочки символов ТУП равна 3
  2. Длина 3 — число нечётное, добавляем в начало цепочки букву Б: БТУП
  3. Заменяем каждую букву на следующую букву в алфавите: ВУФР

Ответ: ВУФР

 

Пример 5.

Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии. В каждый конкретный момент известно положение исполнителя и направление его движения. У исполнителя существует две команды:
Вперёд n (где n – целое число), вызывающая передвижение Черепашки на n шагов в направлении движения;
Направо m (где m – целое число), вызывающая изменение направления движения на m градусов по часовой стрелке.
Запись Повтори k [Команда1 Команда2 Команда3] означает, что последовательность команд в скобках повторится k раз.

Черепашке был дан для исполнения следующий алгоритм:
Повтори 5 [Вперёд 100 Направо 120]

Какая фигура появится на экране?

  1. правильный пятиугольник
  2. правильный треугольник
  3. правильный шестиугольник
  4. незамкнутая ломаная линия

Решение, 1 способ: 

Выполнив первый раз команды [Вперёд 100 Направо 120], мы получим линию длиной 100 и развернем Черепашку на 120 градусов  по часовой стрелке:

Выполнив второй раз эти же команды, мы в целом получим две линии:

Выполнив третий раз эти команды, получим три линии:

Четвертое выполнение повторяет первое, пятое выполнение повторяет второе (то есть рисуют линию поверх старых).

Итак, мы получили треугольник. Минус этого метода в том, что надо точно поворачивать на угол, что в условиях экзамена сложно.

Решение, 1 способ: 

Так черепашка поворачивает на один и тот же угол (120 градусов по часовой стрелке), то, возможно, полученная фигура — правильный многоугольник (треугольник, четырехугольник, пятиугольник и т.д.).

Существует формула для определения внутреннего угла любого правильного многоугольника:

внутренний угол = (N-2)*180 / N, где N — число вершин многоугольника

В нашем случае внутренний угол равен 60 градусов:

 

Подставим значение угла в выражение:
60 = (N — 2) * 180  / N

Проверим вариант ответа № 1 — правильный пятиугольник:
60 = (5-2) *180 /5
60 = 3*180 /5 
60 = 108   Неверно! 

Проверим вариант ответа № 2 — правильный треугольник:
60 = (3-2) *180 /3
60 = 60   Верно!

Ответ: 2

Пройти тест по этой теме

 

ОГЭ по информатике

Тест «Алгоритмы и исполнители», 6 класс

Алгоритм это –

    некоторый объект, способный выполнять определенный набор команд;

    описание конечной последовательности шагов в решении задачи, приводящей от исходных данных к требуемому результату;

    способ решения задачи.

       

      Команды, которые может выполнить конкретный исполнитель, образуют …

        алгоритм;

        технические устройства;

        систему команд исполнителя;

        блок-схему.

           

          Алгоритм, записанный на языке понятном исполнителю, называется …

            картой;

            блок-схемой;

            программой;

            алгоритмом.

               

              Установите соответствие изображения фигур блок-схем с соответствующим обозначением шага алгоритма (пример: 1а; 2b; 3c; 4d)

                 

                Изображение

                 

                Обозначаемое действие (шаг) алгоритма

                1.

                 

                а). Начало или конец

                2.

                 

                b). Ввод или вывод

                3.

                 

                c). Условия для принятия решения о выполнении действия

                4.

                 

                d). Выполняемое действие

                 

                 

                Установите соответствие между названием алгоритма и соответствующим ему определением (пример: 1а; 2b; 3c)

                Название алгоритма

                Определение алгоритма

                1.Линейный

                а). Алгоритм, в котором действия зависят от какого-то условия.

                2.Ветвление

                b). Алгоритм, в котором все действия выполняются в строгом порядке, одно за другим.

                3.Циклический

                c). Алгоритм, с повторяющимися действиями.

                Укажите верную последовательность действий при выполнении линейного алгоритма:

                  опустить в ямку саженец;

                  выкопать ямку в земле;

                  полить саженец водой;

                  засыпать ямку с саженцем землей.

                    Каков результат выполнения алгоритма при:

                      Х1=8;

                      Х2= -7;

                      Х3=0.

                         

                         

                         

                        Карточка для заполнения выдаваемая ученику

                         

                         

                        ФИО ученика ___________________________________________класс_________________

                         

                        ТЕСТ АЛГОРИТМЫ И ИСПОЛНИТЕЛИ 6 КЛАСС

                        Ответы на задания

                        1.

                         

                        2.

                         

                        3.

                         

                        4.

                         

                        5.

                         

                        6.

                         

                        7.

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                        ОТВЕТЫ НА ТЕСТ АЛГОРИТМЫ И ИСПОЛНИТЕЛИ 6 КЛАСС

                        Ответы на задания

                        1.

                        b

                        2.

                        c

                        3.

                        c

                        4.

                        1d, 2a, 3b, 4c

                        5.

                        1b, 2a, 3c

                        6.

                        b, a, d, c

                        7.

                        a). 16; b). 14; c). 0

                         

                        Алгоритм это последовательность действий, данная исполнителю для выполнения определенной задачи

                        Алгоритм

                        Алгоритм –
                        это последовательность действий, данная
                        исполнителю для выполнения определенной
                        задачи.

                        Пример: «Алгоритм перехода
                        дороги»

                        1. Подойти к краю дороги

                        2. Посмотреть налево

                        3. Дождаться, когда машин слева
                          нет, дойти до середины дороги

                        4. Посмотреть направо

                        5. Дождаться, когда машин справа
                          нет, дойти до края дороги

                        6. Переход дороги выполнен

                        Замечание: изменение
                        последовательности действий приведет
                        к невозможности выполнения задачи или
                        неверному ее выполнению.

                        Примеры исполнителей алгоритмов:
                        человек, компьютер, робот, дрессированная
                        собака,…

                        Замечание: каждый исполнитель
                        обладает определенными умениями
                        (системой команд), поэтому алгоритм,
                        составленный для одного исполнителя,
                        может быть не понятен другому исполнителю.

                        Алгоритм
                        должен обладать следующими свойствами:

                        1. Дискретность Любой
                        алгоритм должен состоять из набора
                        простых

                        шагов, выполняемых за определенный
                        отрезок времени.

                        2. Определенность Каждый
                        шаг алгоритма должен быть четким,
                        однозначным,

                        не оставлять места для произвольного
                        толкования

                        и не требовать дополнительных
                        пояснений исполнителю.

                        Например, могут быть по-разному
                        истолкованы команды:

                        «взять косу».

                        3. Результативность Любой
                        алгоритм должен приводить к выполнению
                        задачи

                        за конкретное число шагов.

                        4. Универсальность Алгоритм
                        решения задачи должен разрабатываться
                        в общем

                        виде, т. е. он должен быть применим
                        для некоторого класса

                        однотипных задач.

                        5. Формальность Любой
                        исполнитель, на которого рассчитан
                        алгоритм, должен

                        выполнять команды алгоритма не
                        вдумываясь в их смысл

                        (формально).

                        Задание: найти ошибки в
                        алгоритме «Заваривание чая» и исправить
                        их:

                        1. Насыпать столовую ложку заварки
                          в заварник.

                        2. Залить заварку в заварнике
                          кипятком из чайника.

                        3. Нагреть на плите воду в чайнике
                          до кипения.

                        4. Включить плиту.

                        5. Налить в чайник холодной воды.

                        6. Снять чайник с плиты.

                        7. Выключить плиту.

                        8. Дать настояться заварке, залитой
                          кипятком.

                        9. Чай заварен.

                        Алгоритм может быть записан
                        тремя способами, в зависимости от того,
                        для какого исполнителя он составлен.

                        Способы записи
                        алгоритма:

                        1. Словесный (на понятном
                          человеку языке)

                        2. Блок-схема (в виде
                          графического изображения понятного
                          человеку)

                        3. Алгоритмический язык
                          (на языке программирования для выполнения
                          на компьютере)

                        Задание: составить алгоритм
                        «Нахождение значения выражения» a=2b+4c.

                        Словесный
                        способ

                        Дополнительное задание:

                        1. Присвоить значение переменной
                          b.

                        2. П

                          Выполнить алгоритм для b=10
                          и a=5

                          рисвоить значение переменной a.

                        3. Умножить значение переменной
                          b на 2.

                        4. Умножить значение переменной
                          a на 4.

                        5. Сложить результаты 3 шага и 4
                          шага.

                        6. Результат 5 шага есть значение
                          выражения.

                        Б

                        Назначение блоков

                        лок-схема

                        Блок,
                        обозначающий начало и конец алгоритма

                        Блок
                        ввода данных и вывода результатов

                        Блок
                        выполнения команд (шагов) алгоритма.

                        Если
                        команд много, таких блоков может быть
                        несколько

                        Алгоритмический язык
                        (язык программирования Basic)

                        INPUT b, c

                        a=2*b+4*c

                        PRINT
                        a

                        END

                        Задание: составить алгоритм
                        «Нахождение среднего арифметического»
                        для a и b.

                        Записать алгоритм словесно и с
                        помощью блок-схемы.

                        Как называется свойство алгоритма которое означает. Основные свойства алгоритма

                        Каждый алгоритм имеет дело с данными – входными, промежуточными и выходными.

                        Конечность.
                        Понимается двояко: во-первых, алгоритм состоит из отдельных элементарных шагов, или действий, причем множество различных шагов, из которых составлен алгоритм, конечно. Во-вторых, алгоритм должен заканчиваться за конечное число шагов. Если строится бесконечный, сходящийся к искомому решению процесс, то он обрывается на некотором шаге и полученное значение принимается за приближенное решение рассматриваемой задачи. Точность приближения зависит от числа шагов.

                        Элементарность (понятность).
                        Каждый шаг алгоритма должен быть простым, чтобы устройство, выполняющее операции, могло выполнить его одним действием.

                        Дискретность.
                        Процесс решения задачи представляется конечной последовательностью отдельных шагов, и каждый шаг алгоритма выполняется за конечное (не обязательно единичное) время.

                        Детерминированность (определенность).
                        Каждый шаг алгоритма должен быть однозначно и недвусмысленно определен и не должен допускать произвольной трактовки. После каждого шага либо указывается, какой шаг делать дальше, либо дается команда остановки, после чего работа алгоритма считается законченной.

                        Результативность.
                        Алгоритм имеет некоторое число входных величин – аргументов. Цель выполнения алгоритма состоит в получении конкретного результата, имеющего вполне определенное отношение к исходным данным. Алгоритм должен останавливаться после конечного числа шагов, зависящего от данных, с указанием того, что считать результатом. Если решение не может быть найдено, то должно быть указано, что в этом случае считать результатом.

                        Массовость.
                        Алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

                        Эффективность.
                        Одну и ту же задачу можно решить по-разному и соответственно за разное время и с различными затратами памяти. Желательно, чтобы алгоритм состоял из минимального числа шагов и при этом решение удовлетворяло бы условию точности и требовало минимальных затрат других ресурсов.

                        Точное математическое определение алгоритма затрудняется тем, что интерпретация предусмотренных предписаний не должна зависеть от выполняющего их субъекта. В зависимости от своего интеллектуального уровня он может либо вовсе не понять, что имеется в виду в инструкции, либо, наоборот, интерпретировать ее непредусмотренным образом.

                        Можно обойти проблему интерпретации правил, если наряду с формулировками предписаний описать конструкцию и принцип действия интерпретирующего устройства. Это позволяет избежать неопределенности и неоднозначности в понимании одних и тех же инструкций. Для этого необходимо задать язык, на котором описывается множество правил поведения, либо последовательность действий, а также само устройство, которое может интерпретировать предложения, сделанные на этом языке, и выполнять шаг за шагом каждый точно определенный процесс. Оказывается, что такое устройство (машину) можно выполнить в виде, который остается постоянным независимо от сложности рассматриваемой процедуры.

                        В настоящее время можно выделить три основных типа универсальных алгоритмических моделей. Они различаются исходными посылками относительно определения понятия алгоритма.

                        Первый тип
                        связывает понятие алгоритма с наиболее традиционными понятиями математики – вычислениями и числовыми функциями. Второй тип
                        основан на представлении об алгоритме как о некотором детерминированном устройстве, способном выполнять в каждый отдельный момент лишь весьма примитивные операции. Такое представление обеспечивает однозначность алгоритма и элементарность его шагов. Кроме того, такое представление соответствует идеологии построения компьютеров. Основной теоретической моделью этого типа, созданной в 1930-х гг. английским математиком Аланом Тьюрингом, является машина Тьюринга.

                        Третий тип
                        – это преобразования слов в произвольных алфавитах, в которых элементарными операциями являются подстановки, т. е. замены части слова (под словом понимается последовательность символов алфавита) другим словом. Преимущества этого типа моделей состоят в его максимальной абстрактности и возможности применить понятие алгоритма к объектам произвольной (необязательно числовой) природы. Примеры моделей третьего типа – канонические системы американского математика Эмиля Л. Поста и нормальные алгоритмы, введенные советским математиком А. А. Марковым.

                        Модели второго и третьего типа довольно близки и отличаются в основном эвристическими акцентами, поэтому не случайно говорят о машине Поста, хотя сам Пост об этом не говорил.

                        Запись алгоритма на некотором языке представляет собой программу. Если программа написана на специальном алгоритмическом языке (например, на ПАСКАЛе, БЕЙСИКе или каком-нибудь другом), то говорят об исходной программе
                        . Программа, написанная на языке, который непосредственно понимает компьютер (как правило, это двоичные коды), называется машинной,
                        или двоичной.

                        Любой способ записи алгоритма подразумевает, что всякий описываемый с его помощью предмет задается как конкретный представитель часто бесконечного класса объектов, которые можно описывать данным способом.

                        Средства, используемые для записи алгоритмов, в значительной мере определяются тем, кто будет исполнителем.

                        Если исполнителем будет человек, запись может быть не полностью формализована, на первое место выдвигаются понятность и наглядность. В данном случае для записи могут быть использованы схемы алгоритмов или словесная запись.

                        Для записи алгоритмов, предназначенных для исполнителей-автоматов, необходима формализация, поэтому в таких случаях применяют формальные специальные языки. Преимущество формального способа записи состоит в том, что он дает возможность изучать алгоритмы как математические объекты; при этом формальное описание алгоритма служит основой, позволяющей интеллектуально охватить этот алгоритм.

                        Для записи алгоритмов используют самые разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого алгоритма. Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:

                        вербальный
                        – алгоритм описывается на человеческом языке;

                        символьный
                        – алгоритм описывается с помощью набора символов;

                        графический
                        – алгоритм описывается с помощью набора графических изображений.

                        Общепринятыми способами записи алгоритма являются графическая запись
                        с помощью схем алгоритмов (блок-схем) и символьная запись с
                        помощью какого-либо алгоритмического языка.

                        Для описания алгоритма с помощью схем изображают связанную последовательность геометрических фигур, каждая из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками.

                        В схемах алгоритмов используют следующие типы графических обозначений.

                        Начало
                        и конец
                        алгоритма обозначают с помощью одноименных символов (рис. 21.1).

                        Рис. 21.1.

                        Шаг алгоритма, связанный с присвоением нового значения некоторой переменной, преобразованием некоторого значения с целью получения другого значения, изображается символом «процесс»
                        (рис. 21.2).

                        Рис. 21.2.

                        Выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от некоторых переменных условий изображается символом «решение»
                        (рис. 21.3).

                        Рис. 21.3.

                        Здесь Р
                        означает предикат (условное выражение, условие). Если условие выполнено (предикат принимает значение ИСТИНА), то выполняется переход к одному шагу алгоритма, а если не выполнено, то к другому.

                        Имеются примитивы для операций ввода и вывода данных, а также другие графические символы. В настоящий момент они определены стандартом ГОСТ 19.701–90 (ИСО 5807–85) «Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения». Всего сборник ЕСПД содержит 28 документов.

                        По схеме алгоритма легко составить исходную программу на алгоритмическом языке.

                        В зависимости от последовательности выполнения действий в алгоритме выделяют алгоритмы линейной, разветвленной и циклической структуры.

                        В алгоритмах линейной структуры
                        действия выполняются последовательно одно за другим.

                        В алгоритмах разветвленной структуры
                        в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия производятся различные последовательности действий. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

                        В алгоритмах циклической структуры
                        в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цикла.
                        Вложенным называется цикл, находящийся внутри тела другого цикла. Итерационным называется цикл, число повторений которого не задается, а определяется в ходе выполнения цикла.

                        В этом случае одно повторение цикла называется итерацией.

                        Элементы теории
                        алгоритмов

                        Алгоритм

                        — понятие, относящееся
                        к фундаментальным основам информатики.
                        Оно возникло задолго до появления
                        компьютеров и является одним из основных
                        понятий математики.

                        Слово «алгоритм»

                        произошло от
                        имени выдающегося средневекового
                        ученогоМухамеда ибн Муса Ал-Хорезми
                        (IXвек н.э.), сокращенноАл-Хорезми
                        . В латинском переводе
                        одного из трудов Ал-Хорезми правила
                        выполнения действий начинались словамиDIXIT


                        ALGORIZMI

                        (Алгоризми сказал), в других латинских
                        переводах автор именовалсяALGORITHMUS

                        (Алгоритмус).

                        У понятия «алгоритм»

                        нет четкого,
                        однозначногоопределения

                        в
                        математическом смысле. Можно дать толькоописание

                        (пояснение) этого
                        понятия. Для пояснения понятия«алгоритм»

                        большое значение имеет определение
                        понятия«исполнитель алгоритма»

                        .
                        Алгоритм формулируется в расчете на
                        конкретного исполнителя.

                        Алгоритм

                        — руководство к действию
                        для исполнителя, поэтому значение слова
                        «алгоритм» близко по смыслу к значению
                        слов «указание» или «предписание».

                        Алгоритм

                        — понятное и точноепредписание
                        (указание
                        ) исполнителю
                        совершить определенную последовательность
                        действий для достижения указанной цели
                        или решения поставленной задачи.

                        Алгоритм

                        — точное предписание,
                        которое задает вычислительный процесс,
                        начинающийся с произвольного исходного
                        данного из некоторой совокупности
                        возможных для этого процесса данных,
                        направленный на получение полностью
                        определяемого этими исходными данными
                        результата.

                        Понятно, что сказанное не является
                        определением в математическом смысле,
                        а лишь отражает интуитивное понимание
                        алгоритма (в математике нет понятия
                        «предписание», неясно, какова должна
                        быть точность, что такое «понятность»
                        и т.д.).

                          Массовость.

                        Алгоритм имеет некоторое число входных
                        величин — аргументов, задаваемых до
                        начала исполнения. Цель выполнения
                        алгоритма — получение результата
                        (результатов), имеющего вполне определенное
                        отношение к исходным данным. Алгоритм
                        указывает последовательность действий
                        по переработке исходных данных в
                        результаты. Для алгоритма можно выбирать
                        различные наборы входных данных из
                        множества допустимых для этого процесса
                        данных, т.е. можно применять алгоритм
                        для решения целого класса задач одного
                        типа, различающихся исходными данными.
                        Это свойство алгоритма обычно называют
                        массовостью

                        . Однако существуют
                        алгоритмы, применимые только к
                        единственному набору данных. Можно
                        сказать, что для каждого алгоритма
                        существует свой класс объектов, допустимых
                        в качестве исходных данных. Тогда
                        свойствомассовости


                        означает
                        применимость алгоритма ко всем объектам
                        этого класса.

                          Понятность.

                        Чтобы алгоритм можно было выполнить,
                        он должен быть понятен исполнителю.
                        Понятность алгоритма

                        означает
                        знание исполнителя о том, что надо делать
                        для исполнения этого алгоритма.

                          Дискретность.

                        Алгоритм представляется в виде конечной
                        последовательности шагов (алгоритм
                        имеет дискретную

                        структуру) и
                        его исполнение расчленяется на выполнение
                        отдельных шагов (выполнение очередного
                        шага начинается после завершения
                        предыдущего).

                          Конечность.

                        Выполнение алгоритма заканчивается
                        после выполнения конечного числа
                        шагов

                        . При выполнении алгоритма
                        некоторые его шаги могут повторяться
                        многократно. В математике существуют
                        вычислительные процедуры, имеющие
                        алгоритмический характер, ноне

                        обладающие свойствомконечности

                        .

                          Определенность.

                        Каждый шаг алгоритма должен быть четко
                        и недвусмысленно определен

                        и не
                        должен допускать произвольной трактовки
                        исполнителем. Следовательно, алгоритм
                        рассчитан начисто механическое
                        исполнение

                        .
                        Именноопределенность


                        алгоритма дает возможность поручить
                        его исполнениеавтомату

                        .

                          Эффективность.

                        Каждый шаг алгоритма должен быть выполнен
                        точно и за конечное время. В этом смысле
                        говорят, что алгоритм должен быть
                        эффективным

                        , т.е. действия
                        исполнителя на каждом шаге исполнения
                        алгоритма должны быть достаточно
                        простыми, чтобы их можно было выполнить
                        точно и за конечное время. Обычно
                        отдельные указания исполнителю,
                        содержащиеся в каждом шаге алгоритма,
                        называюткомандами

                        . Таким
                        образом, эффективность алгоритма связана
                        с возможностью выполнения каждой команды
                        за конечное время. Совокупность команд,
                        которые могут быть выполнены конкретным
                        исполнителем, называетсясистемой
                        команд исполнителя

                        . Следовательно,
                        алгоритм должен быть сформулирован
                        так, чтобы содержать только те команды,
                        которые входят в систему команд
                        исполнителя. Кроме того, эффективность
                        означает, что алгоритм может быть
                        выполнен не просто за конечное, а за
                        разумно конечное время.

                        Приведенные выше комментарии поясняют
                        интуитивное понятие алгоритма

                        ,
                        но само это понятие не становится от
                        этого более четким и строгим. Тем не
                        менее, в математике долгое время
                        использовали это понятие. Лишь с
                        выявлением алгоритмически неразрешимых
                        задач, т.е. задач, для решения которых
                        невозможно построить алгоритм, появилась
                        настоятельная потребность в построении
                        формального определения алгоритма,
                        соответствующего известному интуитивному
                        понятию. Интуитивное понятие алгоритма
                        в силу своей неопределенности не может
                        быть объектом математического изучения,
                        поэтому для доказательства существования
                        или несуществования алгоритма решения
                        задачи было необходимо строгое формальное
                        определение алгоритма.

                        Построение такого формального определения
                        было начато с формализации объектов
                        (операндов) алгоритма, так как в интуитивном
                        понятии алгоритма его объекты могут
                        иметь произвольную природу. Ими могут
                        быть, например, числа, показания датчиков,
                        фиксирующих параметры производственного
                        процесса, шахматные фигуры и позиции и
                        т.п. Однако предполагая, что алгоритм
                        имеет дело не с самими реальными
                        объектами, а с их изображениями, можно
                        считать, что операнды алгоритма

                        — слова в произвольном алфавите. Тогда
                        получается, что алгоритм преобразует
                        слова в произвольном алфавите в слова
                        того же алфавита. Дальнейшая формализация
                        понятия алгоритма связана с формализацией
                        действий над операндами и порядка этих
                        действий. Одна из таких формализаций
                        была предложена в 1936 году английским
                        математиком А.Тьюрингом, который
                        формально описал конструкцию некоторой
                        абстрактной машины (машины Тьюринга

                        )
                        как исполнителя алгоритма и высказал
                        основной тезис о том, что всякий алгоритм
                        может быть реализован соответствующей
                        машиной Тьюринга. Примерно в это же
                        время американским математиком Э.Постом
                        была предложена другая алгоритмическая
                        схема —машина Поста

                        , а в 1954
                        году советским математиком А.А.Марковым
                        была разработана теория классов
                        алгоритмов, названных имнормальными
                        алгорифмами

                        , и высказан основной
                        тезис о том, что всякий алгоритм
                        нормализуем.

                        Эти алгоритмические схемы эквиваленты
                        в том смысле, что алгоритмы, описываемые
                        в одной из схем, могут быть также описаны
                        и в другой. В последнее время эти теории
                        алгоритмов объединяют под названием
                        логические

                        .

                        Логические теории алгоритмов вполне
                        пригодны для решения теоретических
                        вопросов о существовании или несуществовании
                        алгоритма, но они никак не помогают в
                        случаях, когда требуется получить
                        хороший алгоритм, годный для практических
                        применений. Дело в том, что с точки зрения
                        логических теорий алгоритмы, предназначенные
                        для практических применений, являются
                        алгоритмами в интуитивном смысле.
                        Поэтому при решении проблем, возникающих
                        в связи с созданием и анализом таких
                        алгоритмов, нередко приходится
                        руководствоваться лишь интуицией, а не
                        строгой математической теорией. Таким
                        образом, практика поставила задачу
                        создания содержательной теории, предметом
                        которой были бы алгоритмы, как таковые,
                        и которая позволяла бы оценивать их
                        качество, давала бы практически пригодные
                        методы их построения, эквивалентного
                        преобразования, доказательства
                        правильности и т.п.

                        Содержательная (аналитическая) теория
                        алгоритмов стала возможной лишь благодаря
                        фундаментальным работам математиков
                        в области логических теорий алгоритмов.
                        Развитие такой теории связано с дальнейшим
                        и расширением формального понятия
                        алгоритма, которое слишком сужено в
                        рамках логических теорий. Формальный
                        характер понятия позволит применять к
                        нему математические методы исследования,
                        а его широта должна обеспечить возможность
                        охвата всех типов алгоритмов, с которыми
                        приходиться иметь дело на практике.

                        Данное выше определение алгоритма нельзя считать строгим — не вполне ясно, что такое «точное предписание» или «последовательность действий, обеспечивающая получение требуемого результата». Поэтому обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций.

                        Такими свойствами являются:

                        Дискретность (прерывность, раздельность) — алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

                        Определенность — каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

                        Результативность (конечность) — алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

                        Массовость — алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

                        Правила выполнения арифметических операций или геометрических построений представляют собой алгоритмы. При этом остается без ответа вопрос, чем же отличается понятие алгоритма от таких понятий, как «метод», «способ», «правило». Можно даже встретить утверждение, что слова «алгоритм», «способ», «правило» выражают одно и то же (т.е. являются синонимами), хотя такое утверждение, очевидно, противоречит “свойствам алгоритма”.

                        Само выражение «свойства алгоритма» не совсем корректно. Свойствами обладают объективно существующие реальности. Можно говорить, например, о свойствах какого-либо вещества. Алгоритм — искусственная конструкция, которую мы сооружаем для достижения своих целей. Чтобы алгоритм выполнил свое предназначение, его необходимо строить по определенным правилам. Поэтому нужно говорить все же не о свойствах алгоритма, а о правилах построения алгоритма, или о требованиях, предъявляемых к алгоритму.

                        Первое правило — при построении алгоритма, прежде всего, необходимо задать множество объектов, с которыми будет работать алгоритм. Формализованное (закодированное) представление этих объектов носит название данных. Алгоритм приступает к работе с некоторым набором данных, которые называются входными, и в результате своей работы выдает данные, которые называются выходными. Таким образом, алгоритм преобразует входные данные в выходные.

                        Это правило позволяет сразу отделить алгоритмы от “методов” и “способов”. Пока мы не имеем формализованных входных данных, мы не можем построить алгоритм.

                        Второе правило — для работы алгоритма требуется память. В памяти размещаются входные данные, с которыми алгоритм начинает работать, промежуточные данные и выходные данные, которые являются результатом работы алгоритма. Память является дискретной, т.е. состоящей из отдельных ячеек. Поименованная ячейка памяти носит название переменной. В теории алгоритмов размеры памяти не ограничиваются, т. е. считается, что мы можем предоставить алгоритму любой необходимый для работы объем памяти.

                        В школьной «теории алгоритмов» эти два правила не рассматриваются. В то же время практическая работа с алгоритмами (программирование) начинается именно с реализации этих правил. В языках программирования распределение памяти осуществляется декларативными операторами (операторами описания переменных).

                        Третье правило — дискретность. Алгоритм строится из отдельных шагов (действий, операций, команд). Множество шагов, из которых составлен алгоритм, конечно.

                        Четвертое правило — детерминированность. После каждого шага необходимо указывать, какой шаг выполняется следующим, либо давать команду остановки.

                        Пятое правило — сходимость (результативность). Алгоритм должен завершать работу после конечного числа шагов. При этом необходимо указать, что считать результатом работы алгоритма.

                        Итак, алгоритм — неопределяемое понятие теории алгоритмов. Алгоритм каждому определенному набору входных данных ставит в соответствие некоторый набор выходных данных, т. е. вычисляет (реализует) функцию. При рассмотрении конкретных вопросов в теории алгоритмов всегда имеется в виду какая-то конкретная модель алгоритма.

                        Тест «Алгоритмизация»

                        Алгоритмом можно считать:описание решения квадратного уравнениярасписание уроков в школетехнический паспорт автомобилясписок класса в журнале1Как называется свойство алгоритма, означающее, что данный алгоритм применим к решению целого класса задач?понятностьопределённостьрезультативностьмассовость4Разработчиком языка Паскаль является:Блез ПаскальНиклаус ВиртНорберт ВинерЭдсгер В. Дейкстра2Как называется свойство алгоритма, означающее, что он всегда приводит к результату через конечное, возможно, очень большое, число шагов?дискретностьпонятностьрезультативностьмассовость3Как называется свойство алгоритма, означающее, что он задан с помощью таких предписаний, которые исполнитель может воспринимать и по которым может выполнять требуемые действия?дискретностьпонятностьопределённостьмассовость2Как называется свойство алгоритма, означающее, что путь решения задачи разделён на отдельные шаги?дискретностьопределённостьрезультативностьмассовость1Как называется свойство алгоритма, означающее, что путь решения задачи определён вполне однозначно, на любом шаге не допускаются никакие двусмысленности и недомолвки?дискретностьпонятностьопределённостьрезультативность3Наибольшей наглядностью обладают следующие формы записи алгоритмов:словесныерекурсивныеграфическиепострочные3Величины, значения которых меняются в процессе исполнения алгоритма, называются:постояннымиконстантамипеременнымитабличными3Величиной целого типа является:количество мест в зрительном залерост человекамарка автомобиляплощадь государства1При присваивании изменяется:имя переменнойтип переменнойзначение переменнойзначение константы3Алгоритм — этоправила выполнения определенных действийориентированный граф, указывающий порядок выполнения командпоследовательность действий, которая приводит к решению задачинабор команд для компьютера3Алгоритм называется линейным, еслион предполагает многократное повторение одних и тех же действийход его выполнения зависит от истинности тех или иных условийего команды выполняются в порядке следования друг за другомон представлен в табличной форме3 Алгоритм называется циклическим, еслион предполагает многократное повторение одних и тех же действийход его выполнения зависит от истинности тех или иных условийего команды выполняются в порядке следования друг за другомон представлен в табличной форме1Алгоритм включает в себя ветвление, еслион предполагает многократное повторение одних и тех же действийход его выполнения зависит от истинности тех или иных условийего команды выполняются в порядке следования друг за другомон представлен в табличной форме2Свойством алгоритма является:результативностьцикличностьвозможность изменения последовательности выполнения командвозможность выполнения алгоритма в обратном порядке1Свойство алгоритма, заключающиеся в том, что каждое действие и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения, называетсядискретностьдетерминированностьконечностьмассовость3Свойство алгоритма, заключающиеся в том, что алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке, называетсядискретностьдетерминированностьконечностьрезультативность1Свойство алгоритма, заключающиеся в отсутствие ошибок, алгоритм должен приводить к правильному результату для всех допустимых входных значениях, называетсядетерминированностьконечностьмассовостьрезультативность4Свойство алгоритма, заключающиеся в том, что один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными, называетсядискретностьдетерминированностьконечностьмассовость4Свойство алгоритма, заключающиеся в том, что любое действие должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае, называетсядискретностьдетерминированностьконечностьмассовость2Выберите верное представление арифметического выражения на алгоритмическом языке:x + 3y / 5xyx + 3*y / 5*xy(x + 3y) / 5xy(x + 3*y) / (5*x*y)4Алгоритм, записанный на «понятном» компьютеру языке программирования, называетсяисполнителем алгоритмовпрограммойлистингомпротоколом алгоритма 2Алгоритмическая структура, выполнение которой предполагает последовательное многократное повторение одних и тех же действий — этоветвлениеповторениелинияцикл4Алгоритм, в котором команды выполняются в порядке их записи, т. е. последовательно друг за другом, называетсяциклическимлинейнымразветвляющимсяповторение2Форма организации действий, при которой в зависимости от выполнения некоторого условия совершается одна или другая последовательность шагов.ветвлениеповторениелинияцикл1Алгоритм с повторением той же последовательности команд — этоветвлениеповторениелинияцикл4Алгоритмом называется …нумерованный списокмаркированный списокграфический файлконечная последовательность шагов в решении задачи4Что можно считать алгоритмом?правила техники безопасностисписок классакулинарный рецептперечень обязанностей дежурного по классу3Блок-схема – форма записи алгоритма, при которой для обозначения различных шагов алгоритма используются …рисункиспискигеометрические фигурыформулы3Геометрическая фигура прямоугольник используется в блок-схемах для обозначения …начала или конца алгоритмаввода или выводапринятия решениявыполнения действия4Геометрическая фигура овал используется в блок-схемах для обозначения …начала или конца алгоритмаввода или выводапринятия решениявыполнения действия1Геометрическая фигура ромб используется в блок-схемах для обозначения …начала или конца алгоритмаввода или выводапринятия решениявыполнения действия3Геометрическая фигура параллелограмм используется в блок-схемах для обозначения …начала или конца алгоритмаввода или выводапринятия решениявыполнения действия2Алгоритм, в котором команды выполняются в порядке их записи, то есть последовательно друг за другом, называется …линейнымветвлениемциклическимповторением1

                        Исследовательский проект по информатике

                        ВВЕДЕНИЕ

                        Крупнейшим достижением науки является теория алгоритмов — новая математическая дисциплина, без которой не могут обойтись теория электронных вычислительных машин, теория и практика программирования. Теория алгоритмов является самостоятельной наукой, которая готова служить всем наукам, и имеет свое лицо, свой предмет.

                        Тему «Алгоритмов» мы начали изучать еще с 6 класса, где мы рассматривали  примеры алгоритмов в сказках и пословицах. В этом году мы снова изучаем данную тему, но уже  используем алгоритмы для составления программ на языке программирования Паскаль. 

                        И мы решили больше узнать  об алгоритмах и их роли в жизни людей.

                        Понятие алгоритма является и очень простым и очень сложным. Его простота — в многочисленности алгоритмов, с которыми мы имеем дело, в их обыденности. Но эти же обстоятельства делают его туманным, расплывчатым, трудно поддающимся строгому научному определению.

                        Основополагающий вопрос:

                        Как проявляются алгоритмы и их свойства в различных сферах жизни человека?

                        Проблема

                        Алгоритмы определяют жизнь человека или человек определяет алгоритмы?

                        Актуальность — проникновение понятия «алгоритм» в различные сферы жизни человека.

                        Заинтересовало то, что в нашей повседневной жизни нас окружают алгоритмы, любой человек выполняет свои действия по порядку, раздумывая, правильно ли он поступает.

                        Цель работы: узнать, что такое алгоритм и их роль в жизни людей.

                        Задачи:

                        • Узнать больше об алгоритмах.
                        • Какие бывают алгоритмы.
                        • Для чего нужны алгоритмы.
                        • Где встречаются алгоритмы в реальной жизни?

                        Объект  исследования – алгоритмы.

                        Предмет исследования – алгоритмы на упаковках и других  вещах.

                        Гипотеза: предположим, что алгоритмы нужны для удобства и комфортабельности в жизни.

                        Алгори́тм — набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное число действий.

                        Частичная формализация понятия алгоритма началась с попыток решения проблемы разрешения (нем. Entscheidungsproblem), которую сформулировал Давид Гильберт в 1928 году. Следующие этапы формализации были необходимы для определения эффективных вычислений[1] или «эффективного метода»[2]; среди таких формализаций — рекурсивные функции Геделя — Эрбрана — Клини 1930, 1934 и 1935 гг., λ-исчисление Алонзо Чёрча 1936 г., «Формулировка 1» Эмиля Поста 1936 года и машина Тьюринга. В методологии алгоритм является базисным понятием и получает качественно новое понятие как оптимальности по мере приближения к прогнозируемому абсолюту. В современном мире алгоритм в формализованном выражении составляет основу образования на примерах, по подобию.

                        Современное формальное определение алгоритма было дано в 30—50-е годы XX века в работах Тьюринга, Поста, Чёрча (тезис Чёрча — Тьюринга), Н. Винера, А. А. Маркова.

                        Само слово «алгоритм» происходит от имени хорезмского учёного Абу Абдуллах Мухаммеда ибн Муса аль-Хорезми (алгоритм — аль-Хорезми). Около 825 года он написал сочинение, в котором впервые дал описание придуманной в Индии позиционной десятичной системы счисления. К сожалению, персидский оригинал книги не сохранился. Аль-Хорезми сформулировал правила вычислений в новой системе и, вероятно, впервые использовал цифру 0 для обозначения пропущенной позиции в записи числа (её индийское название арабы перевели как as-sifr или просто sifr, отсюда такие слова, как «цифра» и «шифр»). Приблизительно в это же время индийские цифры начали применять и другие арабские учёные. В первой половине XII века книга аль-Хорезми в латинском переводе проникла в Европу. Переводчик, имя которого до нас не дошло, дал ей название Algoritmi de numero Indorum («Алгоритмы о счёте индийском»). По-арабски же книга именовалась Китаб аль-джебр валь-мукабала («Книга о сложении и вычитании»). Из оригинального названия книги происходит слово Алгебра (алгебра — аль-джебр — восполнение).

                        Таким образом, мы видим, что латинизированное имя среднеазиатского учёного было вынесено в заглавие книги, и сегодня считается, что слово «алгоритм» попало в европейские языки именно благодаря этому сочинению. Однако вопрос о его смысле длительное время вызывал  сомнения.

                        1.1.Понятие алгоритма

                        Многие из тех, кто начинает учить информатику, так и тех, кто уже перешел непосредственно к основам программирования, задавались вопросом «что такое алгоритм?».

                        Существует несколько понятий алгоритма:

                        1.Алгоритм – описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

                        1. Алгоритм — это совокупность правил выполнения определенных действий, обеспечивающих решение задачи.

                        Пример:

                         

                        • Массовость — это свойство показывает, что один и тот же алгоритм можно использовать с разными исходными данными, т.е. применять при решении всего класса задач данного типа, отвечающих общей постановке задачи.
                        • Дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) указывает, что любой алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке.
                        • Детерминированность (от лат. determinate – определенность, точность) указывает, что любое действие алгоритма должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае.
                        • Результативность – требует, чтобы в алгоритме не было ошибок, т.е. при точном исполнении всех команд процесс решения задачи должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен определенный постановкой задачи результат (ответ).

                                                               

                        1. II. Классификация алгоритмов.

                         Для решения разных задач требуется разные виды алгоритмов.

                        Линейный алгоритм является наиболее простым. В нем предполагается последовательное выполнение операций, т.е.  друг за другом.

                        Разветвляющийся алгоритм – алгоритм, содержащий хотя бы одно условие, в результате проверки которого обеспечивается переход на один из двух возможных шагов.

                        Циклический алгоритм – алгоритм, предусматривающий многократное повторение одного и того же действия (одних и тех же операций) над новыми исходными данными. К циклическим алгоритмам сводится большинство методов вычислений, перебора вариантов. Цикл программы – последовательность команд (серия, тело цикла), которая может выполняться многократно (для новых исходных данных) до удовлетворения некоторого условия. В некоторых случаях при наличии одинаковых последовательностей указаний (команд) для различных данных с целью сокращения записи также выделяют вспомогательный алгоритм.

                          Вспомогательный (подчиненный) алгоритм  – алгоритм, ранее разработанный и целиком используемый при алгоритмизации конкретной задачи.
                                    На всех этапах подготовки к алгоритмизации задачи широко используется структурное представление алгоритма.

                          Структурная (блок-, граф-) схема алгоритма – графическое изображение алгоритма в виде схемы связанных между собой с помощью стрелок (линий перехода) блоков – графических символов, каждый из которых соответствует одному шагу алгоритма. Внутри блока дается описание соответствующего действия.

                        III. Алгоритмы в нашей жизни

                        1. Группы алгоритмов

                        Наблюдая за своими действиями, я заметил, что в жизни я постоянно встречаюсь с задачами, для решения которых требуется многократно повторять одни и те же действия.

                        Я рассмотрел много алгоритмов из жизни, учебных предметов, сказок и т.д. Меня заинтересовало то, а можно ли алгоритмы каким-то образом разделить на группы.  Я выделил следующие группы.

                        1) Алгоритмы в кулинарных рецептах .

                        Любой кулинарный рецепт – это алгоритм. Имя алгоритма – это название производимого продукта.

                        Алгоритм «Приготовление яичницы»

                        начало

                                 включить газ

                                 поставить сковородку на газ

                                 налить масло

                                 разбить яйцо на сковородку

                                 посолить

                                 ждать, пока пожарится яйцо

                                 выключить газ

                        конец

                        У каждой хозяйки много кулинарных рецептов.

                        2) Алгоритмы из окружающего мира

                        • Режим дня
                        • Помощь родителям по хозяйству (как убирать квартиру, сходить в магазин и т.д.)
                        • Как отремонтировать велосипед

                        3) Алгоритмы из школьной жизни

                        • Расписание уроков
                        • Расписание подачи звонков
                        • Расписание кружков и секций

                        4) Учебные алгоритмы

                        • Как писать изложение, диктант
                        • Как решать задачи по математике
                        • Как выучить стихотворение и т.д.
                        1. Учебные алгоритмы на уроках русского языка

                         

                        Для успешного овладения знаниями нам необходимы учебные алгоритмы. Их мы составляем на уроках русского языка. Приведу примеры некоторых алгоритмов, которые использую при выполнении упражнений.

                        Алгоритм «Звукобуквенный разбор слова»

                        начало

                        1. Запиши слово. Произнеси его по слогам. Укажи границы слогов.
                        2. Произнеси слово целиком несколько раз и послушай, на какой слог падает ударение. Поставь знак ударения над ударным гласным.
                        3. Произнеси слово целиком, выделяя каждый звук. Запиши слово звуками: [ ]
                        4. Запиши слово буквами по вертикали. Укажи, какой звук обозначает каждая буква. Посчитай и запиши внизу количество букв, звуков и слогов.
                        5. Дай характеристику каждому звуку. У гласных указывай: ударный звук или безударный. У согласных указывай: звонкий он или глухой, парный или непарный; мягкий он или твёрдый, парный или непарный.

                        конец

                        Алгоритм определения склонения имени существительного

                        начало

                        1. Поставь имя существительное в начальную форму (И.п., ед.ч.).
                        2. Определи род имени существительного.
                        3. Выдели окончание имени существительного.
                        4. По роду и окончанию определи склонение.



                        1 склонение

                        2 склонение

                        3 склонение

                        м.р. и ж.р.

                        -а, -я

                        м.р. с нулевым окончанием, -ой,-ей

                        с.р. -о,-е

                        ж.р. с нулевым окончанием

                        конец

                        Алгоритм определения падежа имени существительного

                        начало

                        1. Найди словосочетание, в которое входит это имя существительное.
                        2. Определи главное и зависимое слово.
                        3. От главного слова к зависимому слову задай падежный вопрос.
                        4. По падежному вопросу и предлогу определи падеж имени существительного.

                        конец

                           

                            Алгоритм выделения прямой речи в предложении .

                                   Пусть А – слова автора, П – прямая речь.

                        1. Учебные алгоритмы на уроках математики

                        Особое значение имеют алгоритмы, накопленные в математике. Уже довольно давно ученые и инженеры заметили, что если удалось получить алгоритм решения какой-нибудь задачи, то можно создать машину, которая решала бы эту задачу, т. е. можно автоматизировать ее решение.    

                        В качестве примеров алгоритмов математического характера можно привести правила выполнения арифметических операций (сложения, вычитания, умножения, деления) над многозначными числами («столбиком»), правила выполнения таких же операций над простыми дробями, алгоритм Евклида, описания решения различных задач на построение в геометрии и т.д.

                        Пример 1. Даны длины двух катетов (a, b) прямоугольного треугольника. Определить периметр этого треугольника (P), если:

                        а) a=3, b=4;    б) a=0, b=3;      в) a=9, b=12.

                        Примерами численных алгоритмов являются математические выражения, заданные в виде формулы.

                        Пример 2. Решение квадратного уравнения  ax2+bx+c=0

                         Алгоритм этого квадратного уравнения будет таким:

                        1. Вычислите дискриминант по формуле D= b2-4·a·c;
                        2. Если Д0, то у?авнение не имеет корней;
                        3. Если Д=0, то уравнение имеет один корень (х1)
                        4. Если Д>0, то уравнение имеет два различных корня х1и х2 , корни его будут определяться выражениями:

                         

                        Уточнять алгоритм не требуется, можно сразу составлять программу вычисления  x1   и x2 .

                        Численные алгоритмы играют важную роль в самих разнообразных областях математики, так как к четырем арифметическим действиям можно практически свести многие другие операции.

                        Пример 3. Алгоритм Евклида. Найти наибольший общий делитель (НОД) двух натуральных чисел m и n.

                            Решение этой задачи основано на том, что  его можно получить путём построения убывающей последовательности, где первое число является большим из данных, второе – меньшим, третье число – это остаток от деления  первого числа на второе и. т.д. Поскольку деление сводится к повторному вычислению, НОД чисел m и n будет такой же, как и чисел m —  n, n.

                                 На обычном разговорном языке алгоритм будет таким:

                            Шаг 1.  Сравнить числа m и n; если они равны, то любое из них дает искомую величину и процесс  закончен; в противном случае перейти к шагу 2.

                            Шаг 2. Определить большее из чисел

                            Шаг 3. Вычесть из большего числа меньшее.

                            Шаг 4 . Полученной разностью заменить большее число.

                            Шаг 5. Перейти к шагу 1 и начать выполнения алгоритма сначала.

                          

                        В приведённом описании алгоритма в качестве простых операций, на которые расчленяется процесс решения задач,  присутствует сравнение двух чисел и перестановка двух чисел. Легко понять, что в разбиении алгоритма на  простые действия можно пойти гораздо дальше. Например, шаг 3 о вычитании из большего числа меньшего сам может быть  развёрнут в последовательность  действий, описывающих алгоритмов выполнения. Однако для большей простоты алгоритм и, то, что правила выполнения арифметических операций хорошо известны,  дальнейшая детализация алгоритма не производится.

                        Использование алгоритмов на уроках математики позволяет учащимся не только научиться решать примеры, но и контролировать свои действия. Набор различных алгоритмов дает ученику возможность формировать свой путь суждения.

                        С помощью алгоритмов решаются не только традиционные для математики вычислительные задачи, но и многие другие, возникающие в быту или на производстве.

                        1. Использование алгоритмов в игровых задачах

                         

                         Игры привлекают к себе участников и наблюдателей (болельщиков) из-за неопределенности исхода,  заранее  неизвестно, кто выигрывает, а кто проигрывает. Во многих играх случайные события специально предусмотрены правилами игры: подбрасывается монета, кидается с нанесенными  на грани точками, вращается колесо рулетки и т.д. В таких играх нельзя дать алгоритм выигрышного поведения игрока, так как исход игры не зависит от его действий.

                         Но существует игры, в которых выигрыш зависит не от случайного стечения обстоятельств, а от смекалки игрока и предварительного расчета. Проанализировав различные варианты своего поведения и, сравнив эти варианты, можно выбрать тот, который ведает к наилучшему результату. Игры этого типа называются комбинаторными. В качестве примеров комбинаторных игр можно назвать шашки и шахматы. Неопределенность исхода игр связана лишь с тем, что количество возможных  вариантов (комбинаций) в игре слишком велико, так что игрок  практически не  может перебрать и проанализировать все эти варианты. Именно поэтому и шашки и шахматы относятся к играм, требующим большого мастерства и смекалки.

                         

                        Пример 1Игра в «Одиннадцать предметов» (игра Баше).

                        На столе 11 предметов, например камешков, орехов или спичек. Количество предметов необязательно должно быть 11, оно может 15, 19 и т.д. Соперники ходят по очереди, и за каждый ход любой из игроков может взять 1,2 или 3 предмета. Проигрывает тот, кто вынужден брать последний предмет.

                        Алгоритм выигрыша для первого игрока имеет следующий вид:

                        • Первый ход. Взять два предмета.
                        • Второй и все последующие ходы. Брать столько предметов, чтобы количество предметов, взятых вместе с соперником за очередной ход, в сумме составляло 4.

                              Человек, пользующийся данным алгоритмом, всегда будет выигрывать. Для успешной игры от него требуется только строго следовать алгоритму.

                         

                        Пример 2: Алгоритм победителя.

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

                        Алгоритм выигрыша будет иметь  вид:

                        1. Если число предметов в кучке кратно 3, то уступить ход противнику, иначе (т.е. исходное число не кратное 3) – начать игру
                        2. При каждом ходе оставить число предметов кратным 3 т.е., своим очередным ходом каждый раз дополнять число взятых предметов до 3.

                         

                        Заключение

                        В школе я провёл небольшое исследование. На вопросы анкеты ответили 53 учащихся.

                        Вопросы анкеты:

                        • Знаете ли вы, что такое алгоритм?
                        • Используете ли вы алгоритмы для решения задач?
                        • Умеете ли вы сами составлять алгоритм для решения задач?

                        Результаты оказались очень интересными и показательными.





                        Вопросы

                        ДА

                        НЕТ

                        Затрудняюсь ответить

                        1. Знаете ли вы, что такое алгоритм?

                        91%

                        6%

                        3%

                        2. Используете ли вы алгоритмы для решения задач?

                        97%

                        3%

                        3. Умеете ли вы сами составлять алгоритм для решения задач?

                        89%

                        4%

                        7%

                        (не получается с первого раза)

                         В своей работе мы дали определение алгоритму, определили классификацию алгоритмов, решили игровые задачи с помощью алгоритмов, составили несколько алгоритмов, которые можно использовать на уроках русского языка и для решения задач по математике.

                        Работая над проектом, закрепили знания об алгоритмах и выделили некоторые группы алгоритмов, встречающиеся в нашей жизни.

                        Это  не все алгоритмы, которые смогли увидеть и разделить на группы. В будущем хотим продолжить это исследование, обогатив свои знания на уроках информатики и используя информацию из повседневной жизни.

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                         

                        Список используемой литературы

                         

                        1. БосовЛ.Л. Информатика. Учебник для 8 класса. М., БИНОМ. Лаборатория знаний, 2018.
                        2. Аксёнова М. Большая школьная энциклопедия. М.: Аванта, 2006.
                        3. Криницкий Н. А. Алгоритмы вокруг нас. М.: Наука, 2011.
                        4. Касаткин В.Н. Информация, алгоритмы, ЭВМ. М., Просвещение, 2015.
                        5. Перельмиан Я. И. Занимательные задачи и опыты. //. ВАП, 2000.
                        6. http://edu.tltsu.ru/er/book_view.php?book_id=14aa&page_id=11230
                        7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Алгорифм
                        8. http://www.genon.ru/GetAnswer.aspx?qid=69df66ea-2d86-4fa2-a7bb
                        9. 9. http://gigabaza.ru/doc/85583.html 

                        Информатика: алгоритмы

                        Алгоритмы

                        Возможно, вы недавно слышали термин алгоритм , будь то онлайн или, возможно, в каком-то разговоре о технологиях. Это слово часто используют, но что именно оно означает?

                        Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше об алгоритмах.

                        Алгоритм — это просто набор из шагов, используемых для выполнения определенной задачи . Они являются строительными блоками для программирования и позволяют таким устройствам, как компьютеры, смартфоны и веб-сайты, функционировать и принимать решения.

                        Помимо того, что мы используем технологии, многие вещи, которые мы делаем ежедневно, похожи на алгоритмы. Допустим, вы хотите приготовить спагетти . Для того, чтобы сделать это успешно, есть определенный набор шагов , который вам нужно выполнить в определенном порядке .

                        Сначала вам нужно вскипятить кастрюлю с водой . Как только он закипит, добавьте спагетти и готовьте в течение установленного времени, периодически помешивая.Как только он закончится, вы сливаете воду , тогда готово, чтобы подавали с соусом по вашему выбору.

                        Весь этот процесс на самом деле является алгоритмом. Поскольку вы выполнили эти шаги в определенном порядке , вы достигли желаемого результата : вкусного блюда из пасты. Но если бы вы совершили ошибку, например, переварили или недоварили лапшу, это, вероятно, было бы не так хорошо.

                        Программы работают аналогично. Их код состоит из алгоритмов , говорящих им, что делать.Допустим, мы хотим использовать приложение для навигации, чтобы проложить маршрут.

                        Когда мы вводим пункт назначения, приложение использует алгоритм для просмотра различных доступных маршрутов . Затем он использует другой алгоритм для проверки текущего трафика , затем третий использует эту информацию и вычисляет наилучший доступный маршрут .

                        Все эти алгоритмы встроены прямо в код приложения. Если в коде будет какая-либо ошибка , приложение не сможет правильно следовать этим алгоритмам, а это означает, что вы не получите свои указания.

                        Оба этих примера показывают, как люди и компьютеры могут использовать алгоритмы для выполнения повседневных задач . Разница в том, что компьютеры могут использовать алгоритмы и вычислять вещи лучше, быстрее и эффективнее, чем мы.

                        Технологии будут только развиваться и совершенствоваться в том, что они делают. Пока кодирование и программирование продолжают использоваться, алгоритмы будут в основе этих технологий , определяя, что они делают и как они это делают.

                        / ru / информатика / аппаратно-программное обеспечение / содержание /

                        информатика | Определение, поля и факты

                        Информатика , изучение компьютеров и вычислений, включая их теоретические и алгоритмические основы, аппаратное и программное обеспечение, а также их использование для обработки информации. Дисциплина информатики включает изучение алгоритмов и структур данных, компьютерное и сетевое проектирование, моделирование данных и информационных процессов, а также искусственный интеллект.Информатика берет некоторые свои основы из математики и инженерии и поэтому включает методы из таких областей, как теория массового обслуживания, вероятность и статистика, а также проектирование электронных схем. Информатика также широко использует проверку гипотез и экспериментирование во время концептуализации, проектирования, измерения и уточнения новых алгоритмов, информационных структур и компьютерных архитектур.

                        Популярные вопросы

                        Что такое информатика?

                        Кто самые известные компьютерные ученые?

                        Что можно делать с информатикой?

                        Используется ли информатика в видеоиграх?

                        Как мне изучить информатику?

                        Многие университеты по всему миру предлагают степени, которые обучают студентов основам теории информатики и приложениям компьютерного программирования.Кроме того, преобладание онлайн-ресурсов и курсов позволяет многим людям самостоятельно изучать более практические аспекты информатики (такие как кодирование, разработка видеоигр и дизайн приложений).

                        Информатика считается частью семейства из пяти отдельных, но взаимосвязанных дисциплин: компьютерная инженерия, информатика, информационные системы, информационные технологии и разработка программного обеспечения. Это семейство стало известно как дисциплина вычислений.Эти пять дисциплин взаимосвязаны в том смысле, что информатика является их объектом изучения, но они отделены друг от друга, поскольку каждая имеет свою исследовательскую перспективу и направленность учебной программы. (С 1991 года Ассоциация вычислительной техники [ACM], Компьютерное общество IEEE [IEEE-CS] и Ассоциация информационных систем [AIS] сотрудничали для разработки и обновления таксономии этих пяти взаимосвязанных дисциплин и руководящих принципов, которые образовательные учреждения используются во всем мире для своих программ бакалавриата, магистратуры и исследовательских программ.)

                        Основные области информатики включают традиционное изучение компьютерной архитектуры, языков программирования и разработки программного обеспечения. Однако они также включают в себя вычислительную науку (использование алгоритмических методов для моделирования научных данных), графику и визуализацию, взаимодействие человека с компьютером, базы данных и информационные системы, сети, а также социальные и профессиональные вопросы, которые являются уникальными для практики информатики. . Как может быть очевидно, некоторые из этих подполей частично совпадают в своей деятельности с другими современными областями, такими как биоинформатика и вычислительная химия.Эти совпадения являются следствием тенденции компьютерных ученых признавать многочисленные междисциплинарные связи в своей области и действовать в соответствии с ними.

                        Развитие информатики

                        Информатика возникла как самостоятельная дисциплина в начале 1960-х годов, хотя электронно-цифровая вычислительная машина, являющаяся объектом ее изучения, была изобретена примерно двумя десятилетиями ранее. Корни информатики лежат, прежде всего, в смежных областях математики, электротехники, физики и информационных систем управления.

                        Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
                        Подпишись сейчас

                        Математика является источником двух ключевых концепций в развитии компьютера — идеи о том, что всю информацию можно представить в виде последовательностей нулей и единиц, и абстрактного понятия «хранимая программа». В двоичной системе счисления числа представлены последовательностью двоичных цифр 0 и 1 так же, как числа в знакомой десятичной системе представлены цифрами от 0 до 9.Относительная легкость, с которой два состояния (например, высокое и низкое напряжение) могут быть реализованы в электрических и электронных устройствах, естественным образом привела к тому, что двоичная цифра или бит стал основной единицей хранения и передачи данных в компьютерной системе.

                        «Электротехника» обеспечивает основы проектирования схем, а именно идею о том, что электрические импульсы, входящие в схему, могут быть объединены с использованием булевой алгебры для получения произвольных выходных сигналов. (Булева алгебра, разработанная в 19 веке, предоставила формализм для разработки схемы с двоичными входными значениями нулей и единиц [ложь или истина, соответственно, в терминологии логики], чтобы получить любую желаемую комбинацию нулей и единиц на выходе.) Изобретение транзистора и миниатюризация схем, наряду с изобретением электронных, магнитных и оптических носителей для хранения и передачи информации, явились результатом достижений электротехники и физики.

                        Информационные системы управления, первоначально называвшиеся системами обработки данных, предоставили ранние идеи, на основе которых развились различные концепции компьютерных наук, такие как сортировка, поиск, базы данных, поиск информации и графические пользовательские интерфейсы.В крупных корпорациях размещались компьютеры, на которых хранилась информация, имеющая центральное значение для ведения бизнеса: расчет заработной платы, бухгалтерский учет, управление запасами, производственный контроль, отгрузка и получение.

                        Теоретические работы по вычислимости, начатые в 1930-х годах, обеспечили необходимое распространение этих достижений на проектирование целых машин; важной вехой стала спецификация машины Тьюринга (теоретическая вычислительная модель, выполняющая инструкции, представленные в виде последовательности нулей и единиц) в 1936 году британским математиком Аланом Тьюрингом и его доказательство вычислительной мощности модели.Другим прорывом стала концепция компьютера с хранимой программой, которую обычно приписывают венгерскому американскому математику Джону фон Нейману. Это истоки области информатики, которая позже стала известна как архитектура и организация.

                        Алан М. Тьюринг, 1951.

                        Science History Images / Alamy

                        В 1950-е годы большинство пользователей компьютеров работали либо в научно-исследовательских лабораториях, либо в крупных корпорациях. Первая группа использовала компьютеры для выполнения сложных математических вычислений (например,g., траектории ракет), в то время как последняя группа использовала компьютеры для управления большими объемами корпоративных данных (например, платежными ведомостями и запасами). Обе группы быстро поняли, что написание программ на машинном языке нулей и единиц непрактично и не надежно. Это открытие привело к разработке языка ассемблера в начале 1950-х годов, который позволяет программистам использовать символы для инструкций (например, ADD для сложения) и переменных (например, X ). Другая программа, известная как ассемблер, переводила эти символические программы в эквивалентную двоичную программу, шаги которой компьютер мог выполнять, или «выполнять».

                        Другие элементы системного программного обеспечения, известные как связывающие загрузчики, были разработаны для объединения частей собранного кода и загрузки их в память компьютера, где они могли быть выполнены. Концепция связывания отдельных частей кода была важна, поскольку позволяла повторно использовать «библиотеки» программ для выполнения общих задач. Это был первый шаг в развитии области компьютерных наук, называемой программной инженерией.

                        Позже, в 1950-х годах, язык ассемблера оказался настолько громоздким, что разработка языков высокого уровня (близких к естественным языкам) стала поддерживать более легкое и быстрое программирование.FORTRAN стал основным языком высокого уровня для научного программирования, а COBOL стал основным языком бизнес-программирования. Эти языки несли с собой потребность в различном программном обеспечении, называемом компиляторами, которое переводит программы на языке высокого уровня в машинный код. По мере того как языки программирования становились все более мощными и абстрактными, создание компиляторов, которые создают высококачественный машинный код и которые эффективны с точки зрения скорости выполнения и потребления памяти, стало сложной проблемой информатики. Разработка и реализация языков высокого уровня лежит в основе области информатики, называемой языками программирования.

                        Рост использования компьютеров в начале 1960-х годов послужил толчком для разработки первых операционных систем, которые состояли из резидентного программного обеспечения системы, которое автоматически обрабатывало ввод и вывод, а также выполнение программ, называемых «заданиями». Спрос на более совершенные вычислительные методы привел к возрождению интереса к численным методам и их анализу, деятельности, которая расширилась настолько широко, что стала известна как вычислительная наука.

                        В 1970-х и 1980-х годах появились мощные устройства компьютерной графики, как для научного моделирования, так и для другой визуальной деятельности. (Компьютеризированные графические устройства были представлены в начале 1950-х годов с отображением грубых изображений на бумажных графиках и экранах электронно-лучевых трубок [ЭЛТ].) Дорогостоящее оборудование и ограниченная доступность программного обеспечения не позволяли этой области расти до начала 1980-х годов, когда компьютерная память, необходимая для растровой графики (в которой изображение состоит из небольших прямоугольных пикселей), стала более доступной. Технология растровых изображений вместе с экранами с высоким разрешением и развитием графических стандартов, которые делают программное обеспечение менее зависимым от машины, привели к взрывному росту этой области. Поддержка всех этих видов деятельности переросла в область компьютерных наук, известную как графика и визуальные вычисления.

                        С этой областью тесно связано проектирование и анализ систем, которые напрямую взаимодействуют с пользователями, выполняющими различные вычислительные задачи. Эти системы стали широко использоваться в 1980-х и 1990-х годах, когда линейное взаимодействие с пользователями было заменено графическими пользовательскими интерфейсами (GUI).Дизайн графического интерфейса пользователя, который был впервые разработан Xerox и позже принят Apple (Macintosh) и, наконец, Microsoft (Windows), важен, потому что он составляет то, что люди видят и делают, когда они взаимодействуют с вычислительным устройством. Разработка соответствующих пользовательских интерфейсов для всех типов пользователей превратилась в область компьютерных наук, известную как взаимодействие человека с компьютером (HCI).

                        графический интерфейс пользователя

                        Xerox Alto был первым компьютером, на котором для управления системой использовались графические значки и мышь — первый графический интерфейс пользователя (GUI).

                        Предоставлено Xerox

                        Область компьютерной архитектуры и организации также резко изменилась с тех пор, как в 1950-х были разработаны первые компьютеры с хранимыми программами. Так называемые системы с разделением времени появились в 1960-х годах, чтобы позволить нескольким пользователям одновременно запускать программы с разных терминалов, жестко подключенных к компьютеру. В 1970-х годах были разработаны первые глобальные компьютерные сети (WAN) и протоколы для высокоскоростной передачи информации между компьютерами, разделенными на большие расстояния.По мере развития этих видов деятельности они переросли в область компьютерных наук, называемую сетями и коммуникациями. Важным достижением в этой области стало развитие Интернета.

                        Идея о том, что инструкции, а также данные могут храниться в памяти компьютера, была критически важна для фундаментальных открытий о теоретическом поведении алгоритмов. То есть такие вопросы, как «Что можно / нельзя вычислить?» были формально решены с использованием этих абстрактных идей. Эти открытия положили начало области компьютерных наук, известной как алгоритмы и сложность.Ключевой частью этой области является изучение и применение структур данных, подходящих для различных приложений. Структуры данных, наряду с разработкой оптимальных алгоритмов для вставки, удаления и размещения данных в таких структурах, являются серьезной проблемой для компьютерных ученых, потому что они так активно используются в компьютерном программном обеспечении, особенно в компиляторах, операционных системах, файловых системах, и поисковые системы.

                        В 1960-х годах изобретение магнитных дисков обеспечило быстрый доступ к данным, расположенным в произвольном месте на диске.Это изобретение привело не только к более грамотно спроектированным файловым системам, но и к разработке баз данных и систем поиска информации, которые впоследствии стали важными для хранения, извлечения и передачи больших объемов и разнообразных данных через Интернет. Эта область информатики известна как управление информацией.

                        Другой долгосрочной целью компьютерных исследований является создание вычислительных машин и роботизированных устройств, которые могут выполнять задачи, которые обычно считаются требующими человеческого интеллекта.К таким задачам относятся движение, зрение, слух, говорение, понимание естественного языка, мышление и даже проявление человеческих эмоций. Область информатики интеллектуальных систем, первоначально известная как искусственный интеллект (ИИ), на самом деле предшествовала появлению первых электронных компьютеров в 1940-х годах, хотя термин искусственный интеллект не был введен до 1956 года.

                        Три развития вычислительной техники в начале 21 века — мобильные вычисления, вычисления клиент-сервер и взлом компьютеров — способствовали появлению трех новых областей в компьютерных науках: разработка на основе платформ, параллельные и распределенные вычисления и безопасность. и информационное обеспечение. Платформенная разработка — это изучение особых потребностей мобильных устройств, их операционных систем и приложений. Параллельные и распределенные вычисления связаны с разработкой архитектур и языков программирования, которые поддерживают разработку алгоритмов, компоненты которых могут работать одновременно и асинхронно (а не последовательно), чтобы лучше использовать время и пространство. Обеспечение безопасности и информации связано с проектированием вычислительных систем и программного обеспечения, которые защищают целостность и безопасность данных, а также конфиденциальность лиц, которые характеризуются этими данными.

                        Наконец, на протяжении всей истории информатики особое внимание уделялось уникальному влиянию на общество, которое сопровождает исследования в области информатики и технологические достижения. Например, с появлением Интернета в 1980-х годах разработчикам программного обеспечения потребовалось решить важные вопросы, связанные с информационной безопасностью, личной конфиденциальностью и надежностью системы. Кроме того, вопрос о том, является ли компьютерное программное обеспечение интеллектуальной собственностью, и связанный с ним вопрос «Кому оно принадлежит?» дала начало совершенно новой правовой области лицензирования и стандартов лицензирования, которые применяются к программному обеспечению и связанным с ним артефактам.Эти и другие проблемы составляют основу социальных и профессиональных вопросов информатики, и они проявляются почти во всех других областях, указанных выше.

                        Итак, подводя итог, дисциплина информатики превратилась в следующие 15 отдельных областей:

                        • Алгоритмы и сложность

                        • Архитектура и организация

                        • Вычислительная техника

                        • Графика и визуальные вычисления

                        • Взаимодействие человека и компьютера

                        • 54

                        • 54 Интеллектуальные системы управления информацией

                          Сеть и связь

                        • Операционные системы

                        • Параллельные и распределенные вычисления

                        • Разработка на базе платформы

                        • Языки программирования

                        • Безопасность и информационное обеспечение

                        • Социальные и профессиональные вопросы

                        Информатика по-прежнему имеет сильные математические и инженерные корни. Программы бакалавриата, магистратуры и докторантуры по информатике обычно предлагаются высшими учебными заведениями, и эти программы требуют от студентов прохождения соответствующих курсов математики и инженерии, в зависимости от их специализации. Например, все студенты бакалавриата по информатике должны изучать дискретную математику (логику, комбинаторику и элементарную теорию графов). Многие программы также требуют от студентов завершения курсов по расчету, статистике, численному анализу, физике и принципам инженерии в начале учебы.

                        Что такое алгоритм в программировании? — Определение, примеры и анализ — Видео и стенограмма урока

                        Пример алгоритма программирования

                        Хорошо, вы, наверное, хотели бы увидеть пример, верно? Итак, как именно выглядит алгоритм в программировании? Что ж, запрос адреса электронной почты у пользователя, вероятно, является одной из самых распространенных задач, которые может потребоваться веб-программе, поэтому мы будем использовать это в качестве примера. Алгоритм может быть записан в виде списка шагов с использованием текста или изображения с фигурами и стрелками, называемых блок-схемой , .Мы изготовим по одной штуке, которую вы увидите здесь:

                        Разве это не было просто? Обратите внимание, что верхняя часть нашего примера представляет собой просто пронумерованный список шагов на простом английском языке, в котором точно указано, что мы хотим, чтобы процедура выполняла (ни больше, ни меньше). Внизу тот же алгоритм, но на этот раз мы использовали фигуры и стрелки в блок-схеме (например, на карте маршрута), чтобы читатель мог визуализировать путешествие.Это хорошо, потому что на одном из наших шагов (шаг 7) должно быть принято решение, и, в зависимости от результата этого решения, наши шаги могут идти не по порядку от начала до конца.

                        Хорошо! Давайте быстро рассмотрим наш небольшой рецепт:

                        1. Шаг 1 на самом деле просто напоминание о том, что это процедура с началом и концом.

                        2. На шаге 2 мы создаем на компьютере место для хранения того, что вводит пользователь, также называемое переменной

                        3. На шаге 3 мы очищаем эту переменную, потому что нам, возможно, придется использовать ее снова и не делать этого. Я не хочу, чтобы старое содержимое смешалось с новым.

                        4. На шаге 4 мы запрашиваем у пользователя адрес электронной почты

                        5. На шаге 5 мы вставляем его в нашу изящную переменную.

                        6. На шаге 6 мы говорим нашему компьютеру внимательно изучить этот адрес электронной почты — действительно ли это адрес электронной почты?

                        7. На шаге 7 мы принимаем решение; если у нас есть действующий адрес электронной почты, переходите к шагу 8 (конец), а если нет, что ж, нам лучше вернуться и получить тот, который есть!

                        8. Шаг 8 — Конец

                        Как видите, если адрес электронной почты недействителен, мы переходим к шагу 3, очищаем старый и сохраняем там новый, а затем продолжаем как обычно в надежде, что мы есть хороший сейчас. Если нет… ну, так будет продолжаться, пока мы этого не сделаем. Вы, наверное, думаете, что мы должны добавить сюда запасной выход, и были бы правы! Никто не хочет зацикливаться на бесконечном цикле. Может быть, вы можете добавить это для нас? В противном случае все!

                        Краткое содержание урока

                        Это было просто или что? Большой! Вы только что узнали, что такое алгоритм программирования, увидели пример того, как выглядит простой алгоритм, а затем мы провели быстрый анализ того, как работает алгоритм. Теперь давайте рассмотрим.

                        Алгоритм программирования — это компьютерная процедура, которая очень похожа на рецепт (называемая процедурой ) и сообщает вашему компьютеру, какие именно шаги следует предпринять для решения проблемы или достижения цели.Ингредиенты называются входами , а результаты называются выходами . Алгоритм — это не компьютерный код; он написан простым английским языком и может быть в виде блок-схемы с фигурами и стрелками, нумерованного списка или псевдокода , (язык полупрограммирования). Он не ходит вокруг да около. Он очень четкий и эффективный, и у него есть начало, середина и конец.

                        Мы рассмотрели простой пример алгоритма, который выполняет некоторую подготовку, запрашивает у пользователя адрес электронной почты и решает, что делать.В зависимости от того, действительный это адрес электронной почты или нет, нам, возможно, придется повторять некоторые шаги, пока мы не дойдем до конца без каких-либо проблем.

                        Чувствуете, что теперь вы лучше знакомы с алгоритмами программирования? Потрясающий! Почему бы тебе не попробовать написать одну просто для удовольствия? В конце концов, это всего лишь рецепт.

                        Ключевые термины

                        Алгоритм программирования — рецепт, который описывает точные шаги, необходимые компьютеру для решения проблемы или достижения цели

                        Процедура — шаги в «рецепте» компьютера

                        Входные данные — ингредиенты для «рецепта» компьютера

                        Выходы — результаты алгоритма программирования

                        Псевдокод — язык полупрограммирования, используемый для описания шагов в алгоритме

                        Результаты обучения

                        Посмотрите видео-урок и узнайте о программирование алгоритмов, затем оцените свои способности:

                        • Устно сформулировать определение термина «алгоритм программирования» и обсудить его использование
                        • Определите примеры алгоритмов программирования
                        • Написать алгоритм программирования

                        Объяснитель: Что такое алгоритм?

                        Алгоритм — это точная пошаговая последовательность правил, которая приводит к продукту или к решению проблемы. Хороший пример — рецепт.

                        Когда пекари делают торт по рецепту, у них получается торт. Если вы будете точно следовать этому рецепту, вкус вашего пирога будет одинаковым. Но отклонитесь от этого рецепта даже немного, и то, что выходит из духовки, может разочаровать ваши вкусовые рецепторы.

                        Некоторые шаги в алгоритме зависят от того, что произошло или было изучено на предыдущих шагах. Рассмотрим пример торта. Сухие ингредиенты и влажные ингредиенты, возможно, придется смешать в отдельных мисках, прежде чем их можно будет смешать вместе.Точно так же некоторые тесто для печенья необходимо охладить, прежде чем их можно будет раскатать и нарезать формами. Некоторые рецепты требуют, чтобы духовка была установлена ​​на одну температуру в течение первых нескольких минут выпечки, а затем изменилась на оставшееся время приготовления или выпечки.

                        Мы даже используем алгоритмы, чтобы делать выбор в течение недели.

                        Учителя и родители, подпишитесь на шпаргалку

                        Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Новости науки для студентов в учебной среде

                        Допустим, у вас день без планов — ни семейных дел, ни работы по дому. Чтобы решить, что делать, вы, вероятно, продумаете ряд более мелких вопросов (или шагов). Например: вы хотите провести время в одиночестве или с другом? Ты хочешь остаться дома или выйти? Вы предпочитаете поиграть в игру или посмотреть фильм?

                        На каждом этапе вы будете рассматривать одну или несколько вещей. Некоторые из ваших решений будут зависеть от данных, собранных вами из других источников, например прогноза погоды. Возможно, вы понимаете, что (1) ваш лучший друг доступен, (2) погода теплая и солнечная, и (3) вы любите играть в баскетбол.Затем вы можете пойти в ближайший парк, чтобы вы вдвоем постреляли в обручи. На каждом этапе вы делали небольшой выбор, который приближал вас к окончательному решению. (Вы можете создать блок-схему, которая позволит вам сопоставить шаги с решением.)

                        Компьютеры тоже используют алгоритмы. Это наборы инструкций, которым компьютерная программа должна следовать по порядку. Вместо шага в рецепте торта (например, смешивания муки с разрыхлителем) шаги компьютера представляют собой уравнения или правила.

                        Неудачные алгоритмы

                        В компьютерах везде алгоритмы.Наиболее известным примером может быть поисковая система, такая как Google. Чтобы найти ближайшего ветеринара, который лечит змей, или самый быстрый путь в школу, вы можете ввести соответствующий вопрос в Google, а затем просмотреть список возможных решений.

                        В этом видео рассказывается история создания термина «алгоритм» и его имя.

                        Математики и компьютерщики разработали алгоритмы, которые использует Google. Они поняли, что поиск по всему Интернету слов в каждом вопросе займет слишком много времени.Один ярлык: подсчитайте ссылки между веб-страницами, а затем уделите больше внимания страницам с большим количеством ссылок на другие страницы и с них. Страницы с большим количеством ссылок на другие страницы будут занимать более высокое место в списке возможных решений, вытекающих из поискового запроса.

                        Многие компьютерные алгоритмы ищут новые данные в процессе решения какой-либо проблемы. Например, приложение-карта на смартфоне содержит алгоритмы, предназначенные для поиска самого быстрого или, возможно, самого короткого маршрута. Некоторые алгоритмы будут подключаться к другим базам данных для определения новых зон строительства (чтобы избежать) или даже недавних аварий (которые могут задерживать движение).Приложение также может помочь водителям следовать выбранному маршруту.

                        Алгоритмы могут стать сложными, поскольку они собирают большое количество данных из разных источников для достижения одного или нескольких решений. Шаги в большинстве алгоритмов должны следовать установленному порядку. Эти шаги называются зависимостями.

                        Одним из примеров является оператор if / then. Вы действовали как компьютерный алгоритм, когда решали, как провести свой день. Одним из шагов было рассмотрение погоды. ЕСЛИ погода солнечная и теплая, ТОГДА вы (можете) решить выйти на улицу.

                        Алгоритмы иногда также собирают данные о том, как люди использовали свои компьютеры. Они могут отслеживать, какие истории или веб-сайты читали люди. Эти данные используются, чтобы предложить этим людям новые истории. Это может быть полезно, если они хотят увидеть больше материалов из того же источника или по той же теме. Однако такие алгоритмы могут быть вредными, если они предотвращают или каким-либо образом препятствуют просмотру людьми новой или другой информации.

                        Мы используем компьютерные алгоритмы для очень многих вещей.Новые или улучшенные появляются каждый день. Например, специализированные помогают объяснить, как распространяются болезни. Некоторые помогают предсказывать погоду. Другие выбирают инвестиции на фондовом рынке.

                        В будущем появятся алгоритмы, которые научат компьютеры лучше понимать более сложные данные. Это начало того, что люди называют машинным обучением: компьютеры обучают компьютеры.

                        Еще одна разрабатываемая область — это более быстрый способ сортировки изображений. Есть приложения, которые выбирают возможные названия растений на основе фотографии.В настоящее время такая технология лучше работает с растениями, чем с людьми. Приложения, предназначенные для распознавания лиц, можно обмануть, например, стрижкой, очками, растительностью на лице или синяками. Эти алгоритмы все еще не так точны, как обычно. Компромисс: они намного быстрее.

                        Но почему они называются алгоритмами?

                        Еще в 9 веке известный математик и астроном сделал множество открытий в области естественных наук, математики и системы счисления, которую мы используем сейчас. Его звали Мухаммад ибн Муса аль-Хорезми.Его фамилия персидская по названию местности, где он родился: Хорезм. Спустя столетия, когда его слава росла, люди за пределами Ближнего Востока изменили его имя на Алгоритми. Эта версия его имени позже будет адаптирована как английский термин, описывающий пошаговые рецепты, которые мы теперь называем алгоритмами.

                        Терминология

                        — что такое определение алгоритма в информатике?

                        Алгоритм — это, увы, неформальное понятие, которое не может иметь точного математического определения.Можно попытаться дать неформальное определение и утверждать, что оно передает правильную (неформальную) интуицию.

                        Из-за его неформального характера иногда также легко возражать против данного определения, нападая на формулировку определения. Например, я не раз читал, что алгоритм — это «последовательность шагов», которая заставляет меня удивляться, поскольку это предполагает, что любой алгоритм всегда будет останавливаться в пределах этого количества шагов, независимо от того, насколько велик ввод. Однажды у меня был разговор с физиком, в котором я не мог понять их аргументы, и оказалось, что они идентифицировали «алгоритм остановки» с «алгоритмом постоянного времени», так как считали, что количество шагов фиксируется алгоритмом (следовательно, независимо со входа).

                        Если бы мне пришлось очень неформально определить алгоритм, я бы сказал, что это неформальное, но недвусмысленное описание, которое для каждого входа связывает конечную последовательность элементарных шагов вычисления, которые можно использовать для получения желаемого результата.

                        Это далеко не идеально. Например, что такое «элементарный шаг вычисления»? Кроме того, это не означает, что ввод формы отображения в последовательность шагов должен быть эффективным — иначе мы могли бы связать со всеми остановившимися кодировками TM шаги print 1 и print 0 в противном случае.

                        Чтобы исправить эти проблемы, я считаю, что нам также нужно каким-то образом передать понятие вычислимости, что, однако, слишком много для этого определения. Можно было бы ссылаться на конкретный формализм или язык программирования, но я бы хотел, чтобы это определение не зависело от модели вычислений.

                        В самом деле, можно сказать, что алгоритм — это неформальное описание, скажем, программы Java, которое не так подробно, как реальный код, но достаточно подробное, чтобы его можно было превратить в настоящую Java без необходимости проведения дополнительных исследований, но только занимаюсь «кодированием».Однако я бы счел такое определение весьма неэлегантным.

                        Что такое алгоритм? Как это делает вас лучшим программистом?

                        Возможно, вы слышали, что разработчикам нужны навыки работы с алгоритмами. Что такое алгоритм? И что структуры данных важны. Что, черт возьми, вообще означают эти два слова? Эти концепции настолько фундаментальны для программирования, что опытные разработчики часто используют эти слова, не осознавая, что они могут быть чужими, запутанными и абстрактными для начинающих.

                        Как писал Дональд Кнут в книге «Искусство компьютерного программирования», которую можно назвать энциклопедией алгоритмов и структур данных, это сбивающее с толку слово, которое выглядит так, будто кто-то смешал логарифм и арифметику.

                        Слово берет свое начало в математике, но в вычислительной технике оно используется немного иначе. Этот термин возник для описания алгоритма Евклида, который представляет собой пошаговый процесс, который вы можете использовать для определения наибольшего общего делителя двух чисел.

                        Но нечего бояться! При написании компьютерных программ вам очень редко приходится беспокоиться о наибольших общих делителях, факторинге или сумасшедших математиках 300 г. до н.э.

                        Что такое алгоритм?

                        Вместо этого слово «алгоритм» используется для описания «пошагового» подхода, в котором есть ровно один правильный следующий шаг. В алгоритме, учитывая текущую фазу процесса и описанные шаги, существует один единственный правильный способ действовать.

                        Давайте рассмотрим реальный пример алгоритма, который используется очень часто. Мы собираемся рассказать об алгоритме, который используется для описания концепции на курсах CS по всей стране.И это алгоритм двоичного поиска. Звучит страшно? На самом деле это не так.

                        Давайте перемотаем назад на 10 лет и представим, что телефонные книги действительно практичны. У телефонных книг есть интересное свойство: имена в телефонной книге отсортированы в алфавитном порядке по фамилии. Скажем, вы хотите позвонить Джастину Биберу по телефону. Если предположить, что Джастин есть в телефонной книге, найти его имя можно несколькими способами.

                        Алгоритм линейного поиска

                        Самый простой способ найти его номер — просмотреть каждую запись и сравнить ее с именем, которое вы ищете. Например:

                        Джеймс Аарнер , это не совпадение.

                        Джастин Аарк, это не совпадение.

                        И продолжайте этот процесс до бесконечности, пока не найдете Джастина Бибера, вероятно, после десятков тысяч сравнений. И если бы вы хотели поговорить с Уорреном Зевоном, у вас, вероятно, были бы сотни тысяч или даже миллионы сравнений, так как его фамилия начинается с Z.

                        Линейный поиск — это процесс от начала до конца по списку и сравнения значений.Это грубая сила. Но это тоже довольно просто. И есть много ситуаций, в которых имеет смысл использовать этот подход для поиска элемента в списке.

                        Вместо того, чтобы искать в полной телефонной книге, если бы вы искали номер телефона вашего друга на листе бумаги, на котором было всего 10 человек, переход сверху вниз, вероятно, был бы разумным шагом.

                        Алгоритм поиска фрагментов

                        У большинства людей не хватает терпения выполнить алгоритм полного линейного поиска, чтобы найти имя в телефонной книге. Если бы я дал большинству людей телефонную книгу, они бы использовали другой, более практичный подход: разбиение на части.

                        Процесс разбиения на части включает в себя сначала нахождение общей области, где должна быть запись, а затем переход к проверке каждой записи. Допустим, вы искали Билла Махера в телефонной книге. Вы можете начать с перемещения на 100 страниц внутрь. Вы можете увидеть, что фамилии в этой области начинаются с C. Затем вы можете переместиться на 200 страниц дальше, и вы можете увидеть фамилии, начинающиеся с K. Если вы переместили еще 75 страниц внутрь, вы можете добраться до Л.Буква L находится всего на 1 букву от M, поэтому оттуда вы можете начать двигаться медленнее.

                        Этот процесс используется большинством разумных людей для поиска элементов в телефонной книге. Но мы, люди, часто ведем себя неоптимальным образом, и это один из таких случаев.

                        Алгоритм двоичного поиска

                        Самый эффективный способ найти человека в телефонной книге — образно разделить телефонную книгу пополам, определить, в какой половине телефонной книги находится запись, быстро удалив всю вторую половину из уравнения.

                        Допустим, в телефонной книге 400 страниц. Если вы ищете Винса Оффера в телефонной книге, а он оказался на странице 291, вы можете найти его с помощью бинарного поиска. Вы разделите телефонную книгу пополам и, вероятно, увидите M или N, 13-ю и 14-ю буквы алфавита.

                        O стоит после M и N. Это означает, что мы можем констатировать факт:

                        Винс Предложение находится на страницах [200-400].

                        Как человек, вы знаете, что O стоит сразу после буквы N.У вас может возникнуть соблазн просмотреть несколько страниц. Но следуя алгоритму бинарного поиска, вы этого не сделаете. Вы бы продолжали уменьшать проблему вдвое. Это означает, что вы должны проверить страницу 300. Вероятно, вы остановитесь вокруг буквы S. Буква O стоит перед буквой S, поэтому теперь вы знаете следующее:

                        Винс Предложение находится на страницах [200-300].

                        Изначально мы начали с 400 страниц. Теперь мы сузили его до двух сравнений, чтобы уменьшить проблему до ¼ ее первоначального размера. Учитывая, что он находится на странице 291, мы бы сделали следующие сравнения:

                        [200–300] → [250–300] → [275–300] → [287–300] → [287–293] → [290, 293] → [290, 291] → 291

                        Это означает, что с помощью телефонной книги на 400 страниц вы можете выделить конкретную страницу, которую ищете, примерно в 8 сравнениях. Это поразительно небольшое количество сравнений, которые нам придется провести.

                        Число сравнений, которые вам нужно сделать при систематическом сокращении проблемы вдвое, как мы сделали здесь, можно рассчитать с помощью log2 (n).Мы нашли предложение Винса в 8 сравнениях.

                        log2 (400) = 8,64385618977, что означает, что в худшем случае округление в большую сторону потребует 9 сравнений.

                        Давайте поговорим о телефонной книге побольше. Давай огромные. Возьмем телефонную книгу с 4 миллионами страниц. Это 4 миллиона страниц! Угадай. Сколько сравнений вам нужно сделать, чтобы найти конкретную страницу с предложением Винса?

                        log2 (4 000 000) = 21,9315685693, что означает, что потребуется не более 22 сравнений.

                        Сравните поиск элемента с использованием линейного подхода инаш «подход к сокращению вдвое».

                        Худший случай, если бы мы просто просмотрели словарь от начала до конца, был бы, если бы запись оказалась на последней странице. Для телефонной книги с 4 000 000 страниц потребуется 4 000 000 сравнений. Тем не менее, с подходом, уменьшенным вдвое, потребуется всего 22 сравнения.

                        Алгоритмы обучения — это обучение тому, как разбивать проблемы так, как мы здесь описали. Это все о том, чтобы разбить вещи на разные этапы, и таким образом, чтобы было одно поведение, которое кто-то мог бы предпринять с учетом сценария.

                        Алгоритмы

                        — это понимание того, какой процесс был выполнен, и последующее преобразование этого процесса в код. Вообще говоря, глубоко понять процесс сложнее, чем преобразовать его в рабочий код. Вышеупомянутый процесс может быть выполнен в Ruby примерно за 10 строк кода.

                        Уловки, которые понадобятся вам на поясе для инструментов

                        Мы не изобрели концепцию двоичного поиска элемента. У разных компьютерных ученых есть ряд уловок, которые должны быть в арсенале каждого программиста.Алгоритмы обучения — это все о овладении искусством разработки процессов и преобразовании их в код, который можно запустить на компьютере.

                        Как и в приведенном выше примере, вы можете видеть, что использование правильного трюка в правильном сценарии может быть разницей между чем-то, требующим 4 000 000 сравнений, и 22.

                        И как только вы сможете преобразовать несколько распространенных алгоритмов информатики в код на любом языке программирования, у вас появятся навыки, необходимые для обработки любого кода, который мир может вам бросить.

                        Другими полезными приемами торговли, в которых вы вряд ли сможете разобраться самостоятельно (вместо этого вам следует учиться у компьютерных ученых), являются такие алгоритмы, как:

                        • Поиск в глубину
                        • Поиск в ширину
                        • Написание алгоритмов сортировки

                        Ключ к их решению — сначала понять, как они работают интуитивно, как мы это делали, когда описывали пример телефонной книги, а затем преобразовать его в код.

                        Вам может быть интересно, какое место здесь занимает «Структуры данных».Оказывается, что для реализации некоторых алгоритмов, которые придумали компьютерщики, вам часто требуются дополнительные инструменты в вашем арсенале инструментов. Чтобы лучше понять конкретную структуру данных, давайте поговорим об очередях.

                        Очередь — это конкретная структура данных, которая НУЖНА , если вы собираетесь реализовать алгоритм поиска в ширину. Если вы не понимаете различных структур данных, вы работаете как программист с инструментами, отсутствующими в вашем метафорическом поясе инструментов.И вам будет сложно реализовать определенные алгоритмы.

                        Вы можете найти отличный пример очереди, просто подумав о типичном опыте посещения гастронома. Когда вы встаете в очередь, вы выбираете номер и ждете, пока вам позвонят. Каждому, кто набрал номер до вас, будет оказана помощь раньше вас, но когда вы будете клиентом, который дольше всех в очереди, ваш номер будет набран следующим.

                        Очереди имеют два свойства:

                        • Enqueue — это когда вы «начинаете ждать.«Это то же самое, что вытащить число в примере с гастрономом.
                        • Dequeue — наступает ваша очередь обслуживаться. Это все равно, что позвонить по вашему номеру в гастрономе.

                        А в коде Ruby вы можете легко реализовать поведение «очереди доставки», используя массив и два простых метода. Очереди называются FIFO или «первым пришел — первым обслужен».

                        Короче говоря, алгоритмы — это шаблоны и процедуры, используемые для достижения поставленной цели. Структуры данных подобны инструментам в вашем поясе инструментов.Вам не обязательно знать , чтобы знать о них, но использование правильного инструмента для работы сделает ваш код чище и проще для написания. Это сделает вас лучшим программистом.
                        Теперь, когда вы понимаете, что такое алгоритмы и почему они важны, поделитесь этой записью с другом!

                        И читайте здесь об опыте наших бывших студентов с алгоритмами обучения.

                        Что такое алгоритм | PHG Foundation

                        Алгоритмы лежат в основе всех компьютеризированных задач.Они находят прямое применение в самых разных медицинских учреждениях — от алгоритмов интеллектуального анализа текста, поддерживающих обзоры медицинской литературы, до алгоритмов анализа изображений, которые помогают патологам идентифицировать нетипичные образцы, такие как обнаружение ранних признаков рака 1,2 . Когда-то алгоритмы использовались только в здравоохранении, теперь они все чаще используются в здравоохранении.

                        Несмотря на то, что они играют центральную роль в современных системах здравоохранения, большинство людей имеют только интуитивное представление о том, что такое алгоритм — формальное определение остается неуловимым.Действительно, точная природа алгоритмов является предметом споров в информатике. Это не просто семантика, определение этой базовой концепции имеет значение для того, как алгоритмы разрабатываются, используются, регулируются и защищаются.

                        Сводка

                        • Цель алгоритмов — решить и часто автоматизировать решение конкретной проблемы
                        • Одно полезное определение предлагает пять критериев, которым необходимо соответствовать, чтобы квалифицировать что-либо как алгоритм: определенность, входы, выходы, конечность и эффективность
                        • Алгоритмы выполняют важнейшие функции в здравоохранении
                        • Алгоритмы в настоящее время не имеют юридического определения
                        • Отсутствие четкого определения в законе может поставить регулирование алгоритмов на шаткую основу — ситуацию, которую PHG Foundation рассматривает в проекте Регулирование алгоритмов в здравоохранении

                        Алгоритмы как средства решения проблем

                        Независимо от контекста, в котором они используются, алгоритмы, по сути, решают проблемы — их цель — решить и часто автоматизировать решение конкретной проблемы.

                        Вводные учебники по алгоритмам имеют тенденцию описывать их предмет в общих чертах, определяя алгоритм как «набор шагов для выполнения задачи» 3 . Эти определения охватывают все, от рецептов тортов до сложных строк кода в Google Maps, которые рассчитывают самый быстрый маршрут до пункта назначения.

                        Однако такие широкие определения дают мало реального представления о том, как выглядит алгоритм. Другие определения предполагают соответствие пяти критериям 4 .

                        1. Определенность — алгоритмы требуют точного описания: определение каждого шага и того, как этот шаг приводит к желаемому решению, минимизирует субъективность
                        2. Входные данные — алгоритм обычно принимает некоторое значение или значения в качестве входных данных
                        3. Выходы — алгоритм обычно производит некоторое выходное значение или значения из начального набора определенных входов и определяет, как это выходное значение получается
                        4. Конечность — алгоритмы должны иметь конечную серию шагов и завершаться по завершении этих шагов.Если процедура имеет все характеристики алгоритма, но не является конечной, то это вычислительный процесс, а не алгоритм
                        5. Эффективность — алгоритмы должны быть эффективными, т. Е. Теоретически способными к вычислениям за конечный промежуток времени с использованием основных инструментов

                        Алгоритмы должны превращать входные данные в выходы с помощью воспроизводимой конечной серии шагов.

                        Алгоритмы и закон

                        Алгоритмы не имеют юридического определения.Основные правила ЕС, такие как Положение о медицинских устройствах и Положение о медицинских устройствах для диагностики in vitro, упоминают алгоритмы, но не определяют их термины, вместо этого предпочитая «программное обеспечение». Более того, в сфере интеллектуальной собственности прошлое прецедентное право основывалось на подозрительных различиях, предоставляя патенты на алгоритмы, но не на «математические алгоритмы». Короче говоря, отсутствие четкого определения в законе может поставить регулирование алгоритмов на шаткую основу — использование искусственных различий идет вразрез с техническим пониманием концепции.Хотя в технических стандартах можно найти определения, остается вопрос, следует ли принимать определение в самом законе.

                        Алгоритмы и здравоохранение: нерешенные вопросы

                        Имеет ли место в законе техническое определение алгоритмов?

                        Достаточно ли действующей нормативной базы?

                        Фонд

                        PHG исследует эти проблемы в нашем проекте «Регулирующие алгоритмы в здравоохранении».

                        Список литературы

                        1. O’Mara-Eves A, Thomas J, McNaught J, et al.Использование интеллектуального анализа текста для идентификации исследований в систематических обзорах: систематический обзор текущих подходов. Систематические обзоры; 2015. 4 (5): pp.1-22.
                        2. Veta M, Pluim J, van Diest P, et al. Анализ изображений гистопатологии рака молочной железы: обзор. IEEE Transactions по биомедицинской инженерии; 2014. 61 (5): pp.1400-1411.
                        3. Кормен Т. Алгоритмы разблокированы. MIT Press; 2013.
                        4. Кнут Д. Искусство программирования: Том 1: Фундаментальные алгоритмы. Эддисон Уэсли; 1997 г.

                        Автор: Johan Ordish

                        .

                        Добавить комментарий

                        Ваш адрес email не будет опубликован.

                        2022 © Все права защищены. Карта сайта