Например, по команде исполнитель может переместиться по рабочему полю в заданном направлении на определённое расстояние, но не может нарисовать паровоз. Для выполнения сложных действий требуется описать их с помощью нескольких простых команд, выстроенных в правильной последовательности — написать программу для исполнителя.
На этих занятиях используется Букашка — реализация ГРИС, которая работает в веб-браузере. Её не надо устанавливать на своём компьютере (хотя можно это сделать), для работы с ней достаточно перейти на веб-сайт, где она размещена.
ГРИС Букашка
Среда Букашка — одна из самых простых ГРИС. Её исполнитель действует на клетчатом рабочем поле размером 15 клеток по горизонтали на 19 клеток по вертикали. Состояние исполнителя в каждый момент времени характеризуется его положением (на пересечении каких линий он находится) и направлением (в какую сторону он смотрит). Исходное положение исполнителя — в левом верхнем углу рабочего поля, исходное направление — вправо (рис. 1.1).
Рис 1.1. Исполнитель действует на поле 15 x 19 клеток.
Система команд исполнителя ГРИС Букашка включает в себя три вида команд. Прежде всего это команды, изменяющие состояние исполнителя и рабочего поля:
Кроме этого, в СКИ имеются команды, позволяющие исполнителю оценить сложившуюся на рабочем поле ситуацию и в зависимости от неё выбрать то или иное поведение:
И, наконец, в СКИ присутствуют команды для работы с подпрограммами — именованными группами команд, которые в ГРИС называются процедурами:
ГРИС — это учебная среда программирования «ГРафический ИСполнитель». Её главным действующим лицом является персонаж на плоской рабочей поверхности размером 15 на 19 клеток, способный перемещаться по сторонам этих клеток. На каждом такте программы он ориентирован в одном из четырёх направлений и может выполнить одну из следующих команд:
Персонаж умеет определять, находится ли перед ним край рабочей поверхности.
Язык устройства управления персонажем включает в себя следующие алгоритмические конструкции:
ГРИС позволяет без изменения выполнять программы для популярного исполнителя «Кенгурёнок Roo» [1]. Несмотря на простоту исполнителя, его программы могут решать довольно нетривиальные учебные задачи [2].
Интерфейс учебной среды
Учебная среда ГРИС реализована в виде веб-приложения, которое выполняется в веб-браузере. Для удобства использования ГРИС управление средой может производиться как с помощью клавиш [F1] – [F10], [Tab] и [Esc] клавиатуры компьютера, так и воздействием на элементы строки главного меню с помощью манипулятора «мышь» или прикосновениями к сенсорному экрану. Визуально учебная среда представлена в виде следующих элементов (см. рисунок):
Использование учебной среды
Учебную среду можно использовать в трёх режимах:
Переключение между режимами производится последовательно с помощью клавиши [Tab] или соответствующего ей элемента главного меню.
В режиме непосредственного выполнения команд исполнителю можно подавать команды «прыжок», «шаг» и «поворот», которые он будет незамедлительно выполнять и результат выполнения которых можно сразу видеть на рабочей поверхности. При выходе за пределы рабочей поверхности возникает аварийная ситуация, выйти из которой можно с помощью клавиши [Esc] или соответствующего ей элемента главного меню. При этом рабочая поверхность будет очищена, а исполнитель будет возвращён в исходное положение.
В режиме программирования открывается возможность записи программы для исполнителя. Команды могут вводиться как помощью функциональных клавиш и соответствующих им элементов главного меню, так и набираться в текстовом редакторе непосредственно с клавиатуры. Первый вариант позволяет программировать исполнителя на сенсорных устройствах без физической клавиатуры (планшетах). Если команды исполнителя «прыжок», «шаг» и «поворот» могут быть введены из главного меню непосредственно, то для ввода команд управляющих конструкций надо вызвать вспомогательное меню с помощью клавиши [F4] (…).
В режиме выполнения программы исполнитель автоматически выполняет команды, присутствующие в тексте программы. Выполнение программы может осуществляться одним из трёх способов.
При обычном способе, который запускается с помощью клавиши [F1] (пуск), выполнение каждой команды сопровождается подсветкой соответствующей ей строки в текстовом редакторе и анимацией исполнителя, как это происходит в режиме непосредственного выполнения команд. Этот способ отличается высокой наглядностью, однако выполнение длинных и сложных программ может занять много времени.
При быстром способе выполнения программы, который запускается с помощью клавиши [F5] (результат), изображение исполнителя выключается, а выполняемые команды не подсвечиваются. Зато выполнение программы заметно ускоряется.
Отладочный способ предназначен для выполнения программы по шагам. Он запускается с помощью клавиши [F2] (отладка). При этом способе в текстовом редакторе подсвечивается строка, содержащая очередную команду, предназначенную для выполнения. Выполнение очередной команды инициируется клавишей [F3] (выполнить). В любой момент с помощью клавиши [F2] (дальше) можно переключиться на обычный способ выполнения программы.
Некоторые программы работают правильно только в том случае, если исполнитель находится к началу их выполнения в определённой позиции рабочей поверхности и ориентирован определённым образом. Установить исполнителя в начальное положение можно в режиме непосредственного выполнения команд.
Локальная установка
Описанная выше среда графического исполнителя ГРИС может быть установлена локально из дистрибутивного пакета. После загрузки полученный ZIP-архив надо распаковать (например, с помощью архиватора 7-Zip) — это приведёт к созданию папки «gris». Для запуска среды исполнителя надо открыть файл «gris/index.html» в браузере.
«>Перейти к использованию ГРИС
Дополнительные материалы
Публичное использование материалов сайта допускается только при условии прямой гиперссылки на этот интернет-ресурс.
Учебными исполнителями называют различные образы на экране компьютера, которыми можно управлять, отдавая команды. Используются они для обучения составлению управляющих алгоритмов.
Есть много учебных исполнителей, придуманных для занятий по информатике. У них разные, часто забавные названия: Черепашка, Робот, Чертежник, Кенгуренок, Пылесосик. Муравей, Кукарача и другие. Одни исполнители создают рисунки на экране, другие складывают слова из кубиков с буквами, третьи перетаскивают предметы из одного места в другое. Все эти исполнители управляются программным путем. Любому из них свойственна определенная среда деятельности, система команд управления, режимы работы. С помощью каждого из таких исполнителей можно учиться строить алгоритмы управления.
Мы опишем одного из существующих исполнителей, которого зовут Кенгуренок Ру. Он очень похож на остальных исполнителей в главном: системой команд, языком и приемами программирования.
Многие из учебных исполнителей занимаются рисованием на экране компьютера. Из названных выше это Черепашка, Чертежник и Кенгуренок. Эту группу можно назвать графическими исполнителями или просто ГРИС (ГРафический ИСполнитель).
Что умеет делать ГРИС? Он может перемещаться по полю и своим хвостом рисовать на этом поле (предположим, что у него есть хвост, к которому привязан кусочек мела).
Обстановка, в которой действует Кенгуренок, называется средой исполнителя. Среда графического исполнителя показана на рисунке 1.1. Это лист (страница экрана) для рисования. ГРИС может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях с постоянным шагом. На рисунке 1.1 пунктиром показана сетка с периодом, равным шагу исполнителя. Кенгуренок может двигаться только по линиям этой сетки. ГРИС не может выходить за границы поля.
Рис. 1.1. Среда графического исполнителя. Стрелка указывает состояние исполнителя (место положения и направление)
Состояние исполнителя на поле определяется, во-первых, его местоположением (в какой точке поля он находится) и направлением (куда он смотрит). Направление будем определять как на географической карте: вверх – на север, вниз – на юг, влево – на запад, вправо – на восток. ГРИС может шагать или прыгать по линиям сетки, а также поворачиваться. Поворачиваться он умеет только против часовой стрелки.
Графический исполнитель – это объект управления. А управлять им будем мы с вами. Целью управления является получение определенного рисунка. Понятно, что этот рисунок может состоять только из горизонтальных и вертикальных отрезков, в других направлениях ГРИС двигаться не умеет.
Задача обычно ставится так: Кенгуренок находится в данной точке поля, смотрит в данном направлении. Требуется получить определенный рисунок. Например: ГРИС находится в середине поля и смотрит на восток. Нарисовать букву «Т» с длиной линий, равной четырем шагам.
Первоначально исполнителю придается исходное состояние. Это делается в специальном режиме установки.
Теперь перейдем к управлению графическим исполнителем. Здесь возможны два режима: режим прямого управления и режим программного управления.
Работа в режиме прямого управления происходит так: человек отдает команду, ГРИС ее выполняет; затем отдается следующая команда и т.д. (как в примере с хозяином и собакой).
В режиме прямого управления система команд исполнителя следующая:
шаг – перемещение ГРИС на один шаг вперед с рисованием линии;
поворот – поворот на 90 градусов против часовой стрелки;
прыжок – перемещение на один шаг вперед без рисования линии.
Эти команды будем называть простыми командами.
Например, требуется нарисовать квадрат со стороной, равной одному шагу. Исходное положение ГРИС: в левом нижнем углу квадрата, направление – на восток. Будем отмечать состояние исполнителя маленькой стрелкой. Тогда последовательность команд и результаты их выполнения будут следующими:
Работа в программном режиме имитирует автоматическое управление исполнителем. Управляющая система (компьютер) обладает памятью, в которую заносится программа. Человек составляет программу и вводит ее в память. Затем ГРИС переводится в режим установки и человек вручную (с помощью определенных клавиш) устанавливает исходное состояние исполнителя. После этого производится переход в режим выполнения и ГРИС начинает работать по программе. Если возникает ситуация, при которой он не может выполнить очередную команду (выход за границу поля), то выполнение программы завершается аварийно. Если аварии не происходит, то работа исполнителя заканчивается на последней команде.
Таким образом, программное управление графическим исполнителем проходит этап подготовки (программирование и установка исходного состояния) и этап исполнения программы.
В режиме программного управления по-прежнему используются команды шаг, поворот, прыжок. Однако в этом режиме есть еще и другие команды. С ними вы познакомитесь позже.
Язык программирования для графического исполнителя – это учебный алгоритмический язык (АЯ). Поэтому алгоритмы управления ГРИСом, записанные на АЯ, являются для него одновременно и программами.
Будем осваивать программирование на примерах решения конкретных задач. С новыми командами СКИ будем знакомиться по мере появления потребности в них.
Составим и выполним программу, по которой ГРИС нарисует на поле букву «Т». Пусть длина вертикального и горизонтального отрезков равна четырем шагам.
Исходное состояние – чистый лист. Кенгуренок – в точке, где будет находиться левый конец горизонтального отрезка, направление – на восток.
Программа и результат ее выполнения показаны на рисунке. Стрелка указывает конечное состояние исполнителя.
Рис. 1.2. Программа и результат ее выполнения
1. Какую работу может выполнять ГРИС?
2. Что представляет собой среда исполнителя ГРИС?
3. В чем разница между управлением в прямом режиме и в программном режиме?
4. Какие простые команды входят в СКИ ГРИС; как они выполняются?
5. В какой последовательности происходит выполнение команд в линейном алгоритме?
6. Может ли Кенгуренок нарисовать: прямоугольник, треугольник, пятиконечную звезду, квадрат, буквы «Н», «X», «Р», «М», «З», «Л»?
7. Какие из этих линий сможет нарисовать Кенгуренок:
№ 1. Составить программы рисования символов: «Р», «О», «Г», «Е», «П», «Б», «Ч», «Ц», «Ш», а также других фигур, состоящих из горизонтальных и вертикальных отрезков.
№ 2. Составить для исполнителя программу, с помощью которой можно нарисовать:
3) следующие рисунки
№ 3. Какие цели достижимы для Кенгуренка, умеющего выполнять лишь следующие действия:
б) прыжок и поворот;
№ 4. Кенгуренок-30 и Кенгуренок-45 очень похожи на обычного Кенгуренка. Единственное отличие состоит в том, как они понимают команду поворот. Но этой команде Кенгуренок-30 поворачивается на 30°, а Кенгуренок-45 – на 45° против часовой стрелки. Какого из этих двух исполнителей вы предпочтете для рисования следующих фигур:
а) квадрат со стороной 1 см;
б) правильный шестиугольник со стороной 1 см;
в) правильный восьмиугольник со стороной 1 см;
г) отрезок длины 5 см?
№ 5. Для каждого натурального N создан Кенгуренок-N, который по команде поворот поворачивается на угол N0 против часовой стрелки. Найти такое N, что для Кенгуренка-N достижима каждая из двух целей: «нарисовать правильный десятиугольник» и «нарисовать квадрат». Для какого N суммарное число действий в алгоритмах рисования этих фигур наименьшее?
Назначение и возможности графического исполнителя (ГРИС)
Назначение и возможности графического исполнителя (ГРИС)
Назначение и возможности графического исполнителя (ГРИС)
Учебные исполнители используются для обучения составлению управляющих алгоритмов.
Есть много учебных исполнителей, придуманных для занятий по информатике. У них разные, часто забавные названия: Черепашка, Робот, Чертежник, Кенгуренок, Пылесосик, Муравей, Кукарача и другие. Одни исполнители создают рисунки на экране компьютера, другие складывают слова из кубиков с буквами, третьи перетаскивают предметы из одного места в другое. Все эти исполнители управляются программным путем. Любому из них свойственна определенная среда деятельности, система команд управления, режимы работы.
В этой главе мы не будем детально описывать работу с каким-то реальным учебным исполнителем из вышеперечисленных (в компьютерных классах разных школ может быть разное программное обеспечение). Мы опишем условного исполнителя, который очень похож на некоторых из существующих в главном: системой команд, языком и приемами программирования.
Многие из учебных исполнителей занимаются рисованием на экране компьютера. Из названных выше это Черепашка, Кенгуренок, Чертежник. Эту группу можно назвать графическими исполнителями. Пусть наш гипотетический (придуманный) исполнитель тоже будет из этой «компании». Назовем его ГРИС, что значит «ГРафический ИСполнитель».
Что умеет делать ГРИС? Он может перемещаться по полю и своим хвостом рисовать на этом поле (предположим, что у него есть хвост, к которому привязан кусочек мела).
Обстановка, в которой действует исполнитель, называется средой исполнителя. Среда графического исполнителя показана на рисунке ниже. Это лист (страница экрана) для рисования. ГРИС может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях с постоянным шагом. На рисунке пунктиром показана сетка с шагом, равным шагу исполнителя. Исполнитель может двигаться только по линиям этой сетки. ГРИС не может выходить за границы поля.
Состояние исполнителя на поле определяется, во-первых, его местоположением (в какой точке поля он находится), во-вторых, направлением (куда он смотрит). Направление будем определять, как на географической карте: вверх — на север, вниз — на юг, влево — на запад, вправо – на восток. ГРИС может шагать или прыгать по линиям сетки, а также поворачиваться. Поворачиваться он умеет только против часовой стрелки.
Графический исполнитель — это объект управления. А управлять им будем мы с вами. Целью управления является получение определенного рисунка. Понятно, что этот рисунок может состоять только из горизонтальных и вертикальных отрезков, в других направлениях ГРИС двигаться не умеет.
Задача обычно ставится так: исполнитель находится в данной точке поля, смотрит в данном направлении. Требуется получить определенный рисунок. Например: ГРИС находится в середине поля и смотрит на восток. Надо нарисовать букву «Т» с длиной каждой линии, равной четырем шагам.
Первоначально исполнителю придается исходное состояние. Это делается в специальном режиме установки.
Теперь перейдем к управлению графическим исполнителем. Здесь возможны два режима: режим прямого управления и режим программного управления.
Простые команды ГРИС
Работа в режиме прямого управления происходит так: человек отдает команду, ГРИС ее выполняет; затем отдается следующая команда и т. д. (как в примере с хозяином и собакой).
Эти команды будем называть простыми командами.
Например, пусть требуется нарисовать квадрат со стороной, равной одному шагу. Исходное положение ГРИС – в левом нижнем углу квадрата, направление — на восток. Будем отмечать состояние исполнителя маленькой стрелкой. Тогда последовательность команд и результаты их выполнения будут следующими:
Работа в программном режиме
Работа в программном режиме имитирует автоматическое управление исполнителем. Управляющая система (компьютер) обладает памятью, в которую заносится программа. Человек составляет программу и вводит ее в память. Затем ГРИС переводится в режим установки и человек вручную (с помощью определенных клавиш) устанавливает исходное состояние исполнителя. После этого производится переход в режим исполнения и ГРИС начинает работать по программе. Если возникает ситуация, при которой он не может выполнить очередную команду (выход за границу поля), то выполнение программы завершается аварийно. Если аварии не происходит, то работа исполнителя заканчивается на последней команде.
Таким образом, программное управление графическим исполнителем проходит этап подготовки (программирование и установка исходного состояния) и этап исполнения программы.
В режиме программного управления по-прежнему используются команды шаг, поворот, прыжок. Однако в этом режиме есть еще и другие команды. С ними вы познакомитесь позже.
Язык программирования для графического исполнителя — это учебный Алгоритмический язык (АЯ). Поэтому алгоритмы управления ГРИСом, записанные на АЯ, являются для него одновременно и программами.
Назначение и возможности графического исполнителя (ГРИС)
Учебные исполнители используются для обучения составлению управляющих алгоритмов.
Есть много учебных исполнителей, придуманных для занятий по информатике. У них разные, часто забавные названия: Черепашка, Робот, Чертежник, Кенгуренок, Пылесосик, Муравей, Кукарача и другие. Одни исполнители создают рисунки на экране компьютера, другие складывают слова из кубиков с буквами, третьи перетаскивают предметы из одного места в другое. Все эти исполнители управляются программным путем. Любому из них свойственна определенная среда деятельности, система команд управления, режимы работы.
В этой главе мы не будем детально описывать работу с каким-то реальным учебным исполнителем из вышеперечисленных (в компьютерных классах разных школ может быть разное программное обеспечение). Мы опишем условного исполнителя, который очень похож на некоторых из существующих в главном: системой команд, языком и приемами программирования.
Многие из учебных исполнителей занимаются рисованием на экране компьютера. Из названных выше это Черепашка, Кенгуренок, Чертежник. Эту группу можно назвать графическими исполнителями. Пусть наш гипотетический (придуманный) исполнитель тоже будет из этой «компании». Назовем его ГРИС, что значит «ГРафический ИСполнитель».
Что умеет делать ГРИС? Он может перемещаться по полю и своим хвостом рисовать на этом поле (предположим, что у него есть хвост, к которому привязан кусочек мела).
Обстановка, в которой действует исполнитель, называется средой исполнителя. Среда графического исполнителя показана на рисунке ниже. Это лист (страница экрана) для рисования. ГРИС может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях с постоянным шагом. На рисунке пунктиром показана сетка с шагом, равным шагу исполнителя. Исполнитель может двигаться только по линиям этой сетки. ГРИС не может выходить за границы поля.
Состояние исполнителя на поле определяется, во-первых, его местоположением (в какой точке поля он находится), во-вторых, направлением (куда он смотрит). Направление будем определять, как на географической карте: вверх — на север, вниз — на юг, влево — на запад, вправо – на восток. ГРИС может шагать или прыгать по линиям сетки, а также поворачиваться. Поворачиваться он умеет только против часовой стрелки.
Графический исполнитель — это объект управления. А управлять им будем мы с вами. Целью управления является получение определенного рисунка. Понятно, что этот рисунок может состоять только из горизонтальных и вертикальных отрезков, в других направлениях ГРИС двигаться не умеет.
Задача обычно ставится так: исполнитель находится в данной точке поля, смотрит в данном направлении. Требуется получить определенный рисунок. Например: ГРИС находится в середине поля и смотрит на восток. Надо нарисовать букву «Т» с длиной каждой линии, равной четырем шагам.
Первоначально исполнителю придается исходное состояние. Это делается в специальном режиме установки.
Теперь перейдем к управлению графическим исполнителем. Здесь возможны два режима: режим прямого управления и режим программного управления.
Простые команды ГРИС
Работа в режиме прямого управления происходит так: человек отдает команду, ГРИС ее выполняет; затем отдается следующая команда и т. д. (как в примере с хозяином и собакой).
В режиме прямого управления система команд исполнителя следующая:
Эти команды будем называть простыми командами.
Например, пусть требуется нарисовать квадрат со стороной, равной одному шагу. Исходное положение ГРИС – в левом нижнем углу квадрата, направление — на восток. Будем отмечать состояние исполнителя маленькой стрелкой. Тогда последовательность команд и результаты их выполнения будут следующими:
Работа в программном режиме
Работа в программном режиме имитирует автоматическое управление исполнителем. Управляющая система (компьютер) обладает памятью, в которую заносится программа. Человек составляет программу и вводит ее в память. Затем ГРИС переводится в режим установки и человек вручную (с помощью определенных клавиш) устанавливает исходное состояние исполнителя. После этого производится переход в режим исполнения и ГРИС начинает работать по программе. Если возникает ситуация, при которой он не может выполнить очередную команду (выход за границу поля), то выполнение программы завершается аварийно. Если аварии не происходит, то работа исполнителя заканчивается на последней команде.
Таким образом, программное управление графическим исполнителем проходит этап подготовки (программирование и установка исходного состояния) и этап исполнения программы.
В режиме программного управления по-прежнему используются команды шаг, поворот, прыжок. Однако в этом режиме есть еще и другие команды. С ними вы познакомитесь позже.
Язык программирования для графического исполнителя — это учебный Алгоритмический язык (АЯ). Поэтому алгоритмы управления ГРИСом, записанные на АЯ, являются для него одновременно и программами.
Рис 1.1. Исполнитель действует на поле 15 x 19 клеток.
«>Перейти к использованию ГРИС
Линейные программы для ГРИС