Что такое основной алгоритм информатика 9 класс

Особенности понятия

Алгоритмы появились вместе с математикой, а первые упоминания о них встречаются в книге математика Мухаммеда бен Мусы аль-Хорезми из города Хорезма. Он описал методы выполнения различных действий с многозначными числами еще в 825 году. Само слово «алгоритм» появилось после того, как книгу ученого перевели на латинский язык в Египте.

Современное определение алгоритма в информатике — это описание действий, последовательное выполнение которых позволяет решить поставленную задачу за конкретное количество шагов.

С этим человек сталкивается каждый день, когда читает рецепты в кулинарных книгах, инструкции к различной технике, правила решения заданий. Но обычно все эти действия выполняются автоматически, без их анализа. Родители сталкиваются с этим понятием, когда объясняют детям, как открыть двери ключом или почистить зубы. Алгоритмов в окружающем мире множество, но есть общие признаки для всех их видов.

Свойства и виды

Для изучения понятия нужно разобраться в свойствах алгоритма в информатике. Их существует несколько:

Согласно свойству дискретности, алгоритмы должны описывать весь процесс решения задания в виде выполнения простых шагов. При этом на пункты отводится определенное количество времени. Каждый шаг должен определяться состоянием системы, то есть при одних и тех же исходных данных результат не меняется. Но есть и вероятностные алгоритмы, где пункты зависят от системы и случайно генерируемых чисел. В этой ситуации понятие становится подвидом обычного.

Понятность заключается в том, что команды алгоритма должны быть доступны конкретному исполнителю и входить в его личную систему. В ходе работы математическая функция при правильно заданных исходных данных выдает результат за определенное количество шагов. Иногда процедура может не завершиться, но вероятность таких случаев стремится к нулю.

Универсальность или массовость позволяет использовать алгоритм с разными наборами начальных данных. Последнее свойство обеспечивает его завершение в виде определенного числа — результата.

У каждого алгоритма есть свои начальные условия, цели и пути решения задачи. Существует большая разница между вычислительными и интерактивными видами. Происхождение первых связано с опытами ученого Тьюринга, они могут преобразовать входные данные в выходные. Вторые предназначены для связи с объектом управления, они работают только под внешним воздействием. Ученые выделяют несколько видов алгоритмов в информатике:

Жесткие еще называются механическими, так как чаще всего они используются для работы двигателя или машины. Они задают действия в единственно верной последовательности, что приводит к искомому или требуемому результату при условии выполнения процессов, для которых они и разработаны.

Гибкие алгоритмы делятся на эвристические и вероятностные. Первые используются при различных умственных выводах без строгих аргументов, а вторые дают возможность получить один результат несколькими способами.

Линейный тип — это набор команд, которые выполняются в строгой последовательности. Разветвляющийся включает хотя бы одно условие и при проверке дает разделение на несколько блоков. Появляются альтернативные ветвления программы.

В циклических видах несколько раз повторяются одни и те же действия, при этом меняются исходные данные. Сюда относятся переборы вариантов и бо́льшая часть способов расчета. Циклом в этом случае называют последовательность команд, которые нужно выполнить множество раз для достижения требуемого результата.

Подчиненный или вспомогательный вид является ранее разработанным алгоритмом для быстрого решения задачи. Он необходим для сокращения записи, если в структуре есть одинаковые команды. Схемами называются графические изображения с помощью блоков и соединяющих их прямых линий. Их используют перед программированием в качестве наглядных примеров, поскольку зрительное восприятие позволяет быстрее осмыслить процесс обработки информации и выявить возможные ошибки. В блоках отображаются исходные данные, которые вносятся в компьютер для вычислений.

Способы записи

Алгоритмы записываются несколькими методами. В информатике используется всего три:

В первом случае алгоритм записывается простым языком — словами и математическими формулами, что необходимо для понимания его теории. Здесь учитываются исходные данные, действия с ними и условия получения результата. Второй тип записи — компьютерное описание. Для этого применяются языки программирования и сами программы — форсы представления расчетов для их выполнения машиной.

Графическое описание состоит из связанных между собой географических фигур. Основные элементы блок-схем:

В прямоугольниках записывают процессы, они указывают на выполнение операций, которые изменяют форму или значение данных. Ромбы содержат способы решения, здесь выбирается следующее направление в зависимости от поставленных условий. Модификации могут передаваться в шестиугольниках, где записываются операции, меняющие команды.

В блок-схемах можно выделить ручной ввод и предопределенные процессы. Первая фигура позволяет исполнителю ввести данные во время работы алгоритма через устройства, подключенные к компьютеру. Второе понятие заключается в использовании заранее записанных алгоритмов.

Графическое изображение содержит блоки документов и дисплеев. Оператор может вводить данные с бумаги и выводить их на нее, а также с помощью устройств, которые воспроизводят информацию на экране (проекторы для интерактивных досок, подключенные к компьютерам планшеты и ноутбуки).

Линии и соединительные фигуры указывают на связи между разными блоками и их последовательность. В схеме есть блоки начала и конца алгоритма, его прерывания, которое может произойти из-за сбоев в программе. Можно также указывать комментарии и пояснения исполнителя, для этого есть отдельные фигуры.

Правила создания

Существует несколько правил создания алгоритмов. Если их соблюдать, то в ходе работы всегда будет верный результат. Форма должна быть настолько простой, чтобы ее понял тот, кто занимается ее разработкой. Также не должно возникнуть проблем с чтением у того, кто будет выполнять описанные действия.

Объект, который проводит расчеты в алгоритме, называется исполнителем. Идеальными считаются роботы, компьютеры и другие машины. Они работают с программами, то есть схемами, написанными определенным языком программирования.

Разобраться с действиями помогут простые примеры алгоритмов по информатике. Когда есть ряд чисел от 1 до 100 и необходимо найти из них простые, то выбираются те, что делятся на единицу и себя. В этом случае используется циклическая структура:

Такие действия проводят со всеми числами. При этом первые четыре шага будут постоянно повторяться. Если попадается число, не являющееся простым (4, 6, 8 и т. д. ), то его нужно просто пропустить. Алгоритм в этом случае обладает предусловиями, то есть проверки происходят в начале цикла.

Анализ работы

Распространение информационных технологий привело к увеличению риска сбоев в работе программ. Предотвратить появление ошибок в алгоритмах можно с помощью доказательства их корректности математическими средствами. Такой анализ называется формальным методом, он предусматривает использование специального набора инструментов.

Гипотеза Ричарда Мейса утверждает, что избежать ошибок легче, чем их устранить. Благодаря доказательству корректности программ можно выявить их свойства, применяемые ко всем видам входных данных. Само понятие делится на две разновидности — частичную и полную. При первом типе корректности алгоритм дает правильный результат только для тех случаев, когда он завершается. Во втором случае программа завершает работу корректно для всего диапазона данных.

Исполнители во время проверки сравнивают выдаваемые данные со спецификой требуемого результата. Для доказательства корректности используются предусловия и постусловия. Первые должны выполняться перед включением программы, вторые — после завершения ее работы. Формальные методы успешно применяются для многих задач: верификации программ и микропроцессоров, разработки искусственного интеллекта, электронных схем и автоматических систем для железной дороги, спецификации стандартов.

Для выполнения алгоритма нужно только конкретное количество шагов, но на практике для этого потребуется много времени. В связи с этим введено понятие сложности. Она бывает временной, вычислительной и связанной с размерами алгоритма. Для увеличения эффективности используются быстрые программы, которые появились еще в 50-х годах прошлого века.

Источник

Основы алгоритмизации и программирования (информатика, 9 класс)

На уроках информатики 9 класса основы алгоритмизации начинают изучать как часть школьной программы. В этом разделе знакомятся с понятиями составления и написания программ, блок-схем, изучают основы программирования. Школьник учится применять свои знания на практике. Благодаря решению определенных задач по программированию развивается логическое и пространственное мышление.

Что такое алгоритмизация

Алгоритмизация — это отдельный раздел информатики, который занимается изучением возможных методов и приемов для составления алгоритмов. Ознакомлением с этим разделом начинают заниматься еще в школе. В 9 классе на уроках информатики, кроме алгоритмизации, изучают основы программирования.

Любая программа составляется для определенного исполнителя. Это может быть компьютер или простой человек. Перечень команд составляется с учетом возможностей исполнителя. В тексте алгоритма должны присутствовать только действия, которые он поможет понять и выполнить.

Основные понятия

Понятие алгоритм подразумевает точное описание последовательности действий, которая определяет вычислительный процесс, выполняет управление машиной.

Изучение свойств алгоритма в информатике в 9 классе является важным этапом. Это ключевые понятия. Их должны усвоить ученики, прежде чем составлять схемы и программы:

Каждый алгоритм имеет определенную структуру, которой придерживаются все. Любая программа для исполнения должна выглядеть следующим образом:

Для отображения составленного алгоритма используют различные способы и методики. Среди самых распространенных выделяют:

Наиболее распространен графический способ (составление блок-схемы).

Графический способ

Все этапы решаемой задачи представлены блок-схемой. Это краткий вариант конструирования. Состоит из определенных геометрических фигур, определяющих действие, которое нужно выполнить. Каждый из используемых элементов имеет свое функциональное назначение:

Это неполный список геометрических фигур, которые могут использоваться. Но при составлении программ в графическом виде на уроках информатики в 9 классе знания этих элементов достаточно.

Другие способы отображения

Формульно-словесное описание представляет собой последовательность команд, предложенных исполнителю в виде слов и формул. Все действия записываются на понятном языке, свойственном предметной области. Описание команд составляется в произвольной форме.

Алгоритмические языки являются специальным средством, при котором отображение тела программы происходит в аналитической форме. Команды напоминают математические выражения и естественные языки. Используются специальные выражения, которые присущи конкретному языку алгоритмизации.

Близок к алгоритмическим языкам псевдокод. Это специальная система команд для абстрактной машины.

Также применяются операторные схемы алгоритмов. В таком случае используются специальные коды и буквы, которые обозначают определенный основный оператор. Например, для арифметических команд используется буква А, а далее идет цифра, обозначающая порядковый номер.

Виды алгоритмов

Все алгоритмы можно разделить на группы по структуре и принципу работы. От типа программы зависит последовательность действий и вид алгоритма:

Точно и доступно излагает информацию по основам алгоритмизации известные информатики Л. Л. Босова, И. Г. Семакин. На основе их разработок проводятся курсы и лекции. Многие учителя их конспекты используют для проведения уроков информатики по алгоритмизации и программированию в 9 классе. На основе их работ пишут рефераты, составляют презентации, получают практические навыки.

Последовательные варианты

Линейная программа — это команды для решения задачи, которые выполняются последовательно друг за другом, но только 1 раз. Блок-схема представляет собой прямоугольники, которые следуют один за другим. В аналогичной последовательности выполняются и команды.

Первоначальные данные, полученные при выполнении задачи, не оказывают влияние на последовательность действий.

Примером линейного алгоритма может послужить решение любого арифметического выражения: у=3*х+8, где значение Х вводят с клавиатуры.

Алгоритм вычислений выглядит следующим образом.

Аналогично можно составить алгоритм для любой арифметической задачи.

Разветвляющаяся структура

В реальности встречаются ситуации, когда в зависимости от значения полученных или вводимых данных, будут выполняться определенные команды. Для решения таких задач используют алгоритмы с разветвляющейся структурой. Выбор направления вычислений определяется после проверки условия.

Для описания разветвления используется условный оператор if.

Как пример применения условного оператора можно отметить проверку четности. Обычно используют проверку остатка при делении на два. Если введенное значение делится на 2 без остатка, тот оно четное. Если есть остаток, то нечетное.

Алгоритм для решения задачи на определение четности, состоит из 5 команд.

При одновременном использовании линейных и разветвляющихся алгоритмов можно решать более сложные задачи.

Циклические программы

При решении некоторых задач требуется многократное повторение определенной команды. В таком случае используются алгоритмы с циклической структурой. Под циклом понимают последовательность команд, которая повторяется до выполнения первоначального условия.

Существует два варианта циклических схем.

Использование циклических схем существенно сокращает конструирование сложных программ, сделает их тело более коротким.

После изучения основ алгоритмизации можно приступать к более сложному этапу — непосредственному составлению программ с использованием языков программирования (информатика в 9 классе подразумевает такой момент). Но сначала нужно научиться составлять блок-схемы и использовать на практике алгоритмы с разными структурами.

Источник

Урок информатики по теме «Алгоритмы и их свойства». 9-й класс

Класс: 9

Тип урока: сообщение нового материала.

Место урока: первый урок в теме: «Алгоритмизация и программирование».

Форма проведения: урок-лекция.

Методы обучения: эвристическая беседа, метод стимулирования и мотивации учения, индуктивный метод, наглядный метод обучения, фронтальный опрос и др.

2. Актуализация знаний

Перед вами три документа: инструкция по эксплуатации; порядок сборки кухонного шкафа; рецепт приготовления манной каши.
Что общего у этих документов? (Это всё последовательности действий, порядок действий и т.д.)
Для всех этих последовательностей есть общее название – алгоритм.

3. Мотивация и целеполагание

Персональные компьютеры предназначены для решения задач, необходимых человеку. Для этого надо знать, как сообщить компьютеру, что мы от него хотим, т.е. составить алгоритм. Сегодня мы начнем изучать свойства алгоритма, познакомимся со способами записи и научимся находить алгоритмы в повседневной жизни.
Тема нашего урока: «Алгоритмы и их свойства». (Приложение 1, слайд 1.)

4. Новый материал и первичное закрепление

Выведение определения и свойств алгоритма

Что такое, на ваш взгляд, алгоритм? (Последовательность действий.)

Что здесь не так? (Человек не сможет идти по дну без специального обмундирования.)
Как исправить, чтобы получить выполнимый алгоритм?
Какой вывод можно сделать?
(Алгоритм должен состоять из команд, которые исполнитель умеет выполнять, и они ему понятны.)
Свойство ПОНЯТНОСТИ. (Слайд 8.)

Проверьте, выполнимость предыдущих условий в данном алгоритме. (Порядок действий правильный, алгоритм выполнимый.)
У кого дома есть желтая кастрюля без ручки?
Без неё нельзя выполнить данный алгоритм.
Какой вывод можно сделать?
(Алгоритм должен быть рассчитан на большое число людей или компьютеров.)
Как назвать одним словом тех, кто исполняет алгоритм? (Исполнитель.)
Итак, алгоритм должен быть рассчитан на большое число исполнителей.

Скажите, будет ли, полученная последовательность алгоритмом?
Что мы сделали не так? (Составили алгоритм только для одного случая, для конкретной дроби.)
Вывод?
(Алгоритм должен быть предназначен для решения группы примеров или задач.)
Свойство МАССОВОСТИ. (Слайд 8.)

Возможно ли выполнить данный алгоритм? (Да, только долго.)
Проверьте выполнимость предыдущих свойств алгоритма?
Сколько времени необходимо для того, чтобы сосчитать до миллиарда? (Часа 2, два дня, недолго, за вечер.)
Вычислим время, необходимое для выполнения данного алгоритма. (Один ученик у доски)
Пусть, мы называем 2 числа в секунду. В часе 3600 секунд
3600 х 2 = 7200 – до этого числа можно досчитать за час;

1000000000:63072000 > 15 лет.
До конца не досчитать, результата не получить.
Вывод? (Алгоритм должен привести к конечному результату.)
Свойство КОНЕЧНОСТИ или РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ. (Слайд 8.)

Первичное закрепление

Давайте ещё раз вспомним все выводы, которые мы получили. (Проговаривают выводы.)

Записи в тетради
Алгоритм – это организованная последовательность действий, предназначенная для решения целого класса задач и приводящая к конечному результату. (Слайд 9.)
Свойства
1.Точность.
2.Понятность.
3.Массовость.
4.Результативность. (Слайд 10.)

Следующее понятие: программа. Попробуйте дать определение самостоятельно. (Попросить детей самостоятельно сформулировать определение, обобщить и записать.)
Программа – это алгоритм, записанный на языке исполнителя. (Слайд 10.)

Способы записи алгоритмов

алг
нач
команда № 1
команда № 2
…
команда № n
кон

5. Закрепление

Задача:

Алгоритм на УАЯ

Блок-схема алгоритма:

7. Домашнее задание

Знать определения понятий: алгоритм, программа, исполнитель, СКИ; основные свойства алгоритма и способы записи. (Приложение 2.)

Источник

Основы алгоритмизации (9 класс, информатика)

Процесс составления алгоритмов, а также раздел информатики, который изучает свойства и методы их построения, называется алгоритмизацией. Некоторые аспекты алгоритмики изучаются в курсе информатики 9 класса. Кратко об основах алгоритмизации можно прочесть в данной статье.

Что такое основы алгоритмизации

Для успешного решения задач на компьютере полезно знать основы алгоритмизации и программирования.

Алгоритмизацией называют раздел информатики, изучающий методы и приёмы построения алгоритмов.

Существуют разные способы отображения алгоритмов. Самым наглядным способом является графический. В нем этапы алгоритма задаются с помощью графических элементов, которые соединяются в блок-схемы и иллюстрируют порядок выполнения задания.

Геометрические фигуры, используемые для представления шагов алгоритма, отличаются по функциональному назначению. Для обозначения действия или процесса используется прямоугольник. Для задания условия используется ромб, для ввода-вывода применяют параллелограмм, гексаэдр обозначает цикл с заданным числом повторов. Начало и конец алгоритма оформляют в виде овалов.

Все блоки соединяют друг с другом в порядке выполнения этапов алгоритма с помощью стрелок, указывающих направление следования по элементам блок-схемы.

Блок-схемы следует чертить по определенным правилам, собранным в ГОСТ 19.701-90 ЕСПД. «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения». Блок-схему можно начертить в специальных программах для черчения, которые имеют библиотеки готовых стандартизированных графических элементов.

Виды алгоритмов

Алгоритмы принято делить на три вида:

Последовательный алгоритм

В последовательных (линейных) алгоритмах все действия выполняются поочередно.

Рис. 1. Блок-схема последовательного алгоритма

Например, решение задачи нахождения значения выражения y=2*x+3 при вводимых значениях переменной x можно разбить на 3 этапа.

Разветвляющийся алгоритм

В таких алгоритмах присутствует условие, и предусмотрены разные варианты выполнения вычислений в зависимости от результатов условия.

Рис. 2. Блок-схема разветвляющегося алгоритма

Очень часто в программировании стоит задача нахождения четности числа. Проверить четность проще всего определением остатка от деления числа на два. Если число делится на два без остатка, то оно четное, иначе нечетное. Алгоритм для решения этой задачи может состоять из 5 этапов.

Циклический алгоритм

В циклическом алгоритме организуется повтор одного или нескольких этапов решения задачи. Выполнять многократно действия можно до тех поря, пока не будет выполнено условие остановки. Или количество повторов может быть задано изначально.

Рис. 3. Блок-схема циклического алгоритма

Например, в задаче нахождения суммы чисел от 0 до заданного числа N многократно будут выполняться действия суммирования и инкремента (увеличения на единицу счетчика чисел).

Одним из основоположников структурного программирования является нидерландский ученый Эдсгер Вибе Дейкстра. Он считал, что правильным подходом в программировании является структурный подход, когда задача предварительно описана и реализована в виде четкого однозначного алгоритма, который реализуется в лаконичной структурированной программе.

Что мы узнали?

Алгоритмизация занимается вопросами составления алгоритмов. Самым наглядным способом задания алгоритмов является графический. Существуют последовательный, разветвляющийся, циклический алгоритмы.

Источник