Освоить понятия алгоритм, исполнитель, иметь представление об алгоритме как модели деятельности исполнителя - документ. Основной вопрос Математические основы информатики

| § 2.1. Алгоритмы и исполнители

Урок 14
§ 2.1. Алгоритмы и исполнители

Ключевые слова:

Алгоритм
свойства алгоритма (дискретность; понятность; определённость; результативность; массовость)
исполнитель
характеристики исполнителя (круг решаемых задач; среда; режим работы; система команд)
формальное исполнение алгоритма

2.1.1. Понятие алгоритма

Каждый человек в повседневной жизни, в учёбе или на работе решает огромное количество задач самой разной сложности . Сложные задачи требуют длительных размышлений для нахождения решения; простые и привычные задачи человек решает не задумываясь, автоматически. В большинстве случаев решение каждой задачи можно разбить на простые этапы (шаги). Для многих таких задач (установка программного обеспечения, сборка шкафа, создание сайта, эксплуатация технического устройства, покупка авиабилета через Интернет и т. д.) уже разработаны и предлагаются пошаговые инструкции, при последовательном выполнении которых можно прийти к желаемому результату.

Пример 1. Задача «Найти среднее арифметическое двух чисел» решается в три шага:

1) задумать два числа;
2) сложить два задуманных числа;
3) полученную сумму разделить на 2.

Пример 2. Задача «Внести деньги на счёт телефона» подразделяется на следующие шаги:

1) подойти к терминалу по оплате платежей;
2) выбрать оператора связи;
3) ввести номер телефона;
4) проверить правильность введённого номера;
5) вставить денежную купюру в купюроприёмник;
6) дождаться сообщения о зачислении денег на счёт;
7) получить чек.

Пример 3. Этапы решения задачи «Нарисовать весёлого ёжика» представлены графически:

Нахождение среднего арифметического, внесение денег на телефонный счёт и рисование ежа - на первый взгляд совершенно разные процессы. Но у них есть общая черта: каждый из этих процессов описывается последовательностями кратких указаний, точное следование которым позволяет получить требуемый результат. Последовательности указаний, приведённые в примерах 1-3, являются алгоритмами решения соответствующих задач. Исполнитель этих алгоритмов - человек.

Алгоритм может представлять собой описание некоторой последовательности вычислений (пример 1) или шагов нематематического характера (примеры 2-3). Но в любом случае перед его разработкой должны быть чётко определены начальные условия (исходные данные) и то, что предстоит получить (результат). Можно сказать, что алгоритм - это описание последовательности шагов в решении задачи, приводящих от исходных данных к требуемому результату.

В общем виде схему работы алгоритма можно представить следующим образом (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Общая схема работы алгоритма

Алгоритмами являются изучаемые в школе правила сложения, вычитания, умножения и деления чисел, многие грамматические правила, правила геометрических построений и т. д.

Анимации «Работа с алгоритмом» (193576), «Наибольший общий делитель» (170363), «Наименьшее общее кратное» (170390) помогут вам вспомнить некоторые алгоритмы, изученные на уроках русского языка и математики (http://sc.edu.ru/).

Пример 4. Некоторый алгоритм приводит к тому, что из одной цепочки символов получается новая цепочка следующим образом:

1. Вычисляется длина (в символах) исходной цепочки символов.
2. Если длина исходной цепочки нечётна, то к исходной цепочке справа приписывается цифра 1, иначе цепочка не изменяется.
3. Символы попарно меняются местами (первый - со вторым, третий - с четвёртым, пятый - с шестым и т. д).
4. Справа к полученной цепочке приписывается цифра 2.

Получившаяся таким образом цепочка является результатом работы алгоритма.

Так, если исходной была цепочка А#В, то результатом работы алгоритма будет цепочка #А1В2, а если исходной цепочкой была АБВ@, то результатом работы алгоритма будет цепочка БА@В2.

2.1.2. Исполнитель алгоритма

Каждый алгоритм предназначен для определённого исполнителя.

Исполнитель - это некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.

Различают формальных и неформальных исполнителей . Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Неформальный исполнитель может выполнять команду по-разному.

Рассмотрим более подробно множество формальных исполнителей. Формальные исполнители необычайно разнообразны, но для каждого из них можно указать следующие характеристики: круг решаемых задач (назначение), среду, систему команд и режим работы.

Круг решаемых задач . Каждый исполнитель создаётся для решения некоторого круга задач - построения цепочек символов, выполнения вычислений, построения рисунков на плоскости и т. д.

Среда исполнителя . Область, обстановку, условия, в которых действует исполнитель, принято называть средой данного исполнителя. Исходные данные и результаты любого алгоритма всегда принадлежат среде того исполнителя, для которого предназначен алгоритм.

Система команд исполнителя . Предписание исполнителю о выполнении отдельного законченного действия называется командой. Совокупность всех команд, которые могут быть выполнены некоторым исполнителем, образует систему команд данного исполнителя (СКИ). Алгоритм составляется с учётом возможностей конкретного исполнителя, иначе говоря, в системе команд исполнителя, который будет его выполнять.

Режимы работы исполнителя . Для большинства исполнителей предусмотрены режимы непосредственного управления и программного управления. В первом случае исполнитель ожидает команд от человека и каждую поступившую команду немедленно выполняет. Во втором случае исполнителю сначала задаётся полная последовательность команд (программа), а затем он выполняет все эти команды в автоматическом режиме. Ряд исполнителей работает только в одном из названных режимов.

Рассмотрим примеры исполнителей.

Пример 5. Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии.

Система команд Черепашки состоит из следующих команд:

1. Вперёд n (где n - целое число) - вызывает передвижение Черепашки на п шагов в направлении движения - в том направлении, куда развёрнуты её голова и корпус;
2. Направо m (где m - целое число) - вызывает изменение направления движения Черепашки на т градусов по часовой стрелке.
Запись Повтори k [<Команда1> <Команда2> ... <Командаn>] означает, что последовательность команд в скобках повторится k раз.

Подумайте, какая фигура появится на экране после выполнения Черепашкой следующего алгоритма.
Повтори 12 [Направо 45 Вперёд 20 Направо 45]

Пример 6. Система команд исполнителя Вычислитель состоит из двух команд, которым присвоены номера:

1 - вычти 1
2 - умножь на 3

Первая из них уменьшает число на 1, вторая увеличивает число в 3 раза. При записи алгоритмов для краткости указываются лишь номера команд. Например, алгоритм 21212 означает следующую последовательность команд:

Умножь на 3
вычти 1
умножь на 3
вычти 1
умножь на 3

С помощью этого алгоритма число 1 будет преобразовано в 15:

((1 3 - 1) 3 - 1) 3 = 15.

Пример 7. Исполнитель Робот действует на клетчатом поле, между соседними клетками которого могут стоять стены. Робот передвигается по клеткам поля и может выполнять следующие команды, которым присвоены номера:

1 - вверх
2 - вниз
3 - вправо
4 - влево

При выполнении каждой такой команды Робот перемещается в соседнюю клетку в указанном направлении. Если же в этом направлении между клетками стоит стена, то Робот разрушается.

Что произойдёт с Роботом, если он выполнит последовательность команд 32323 (здесь цифры обозначают номера команд), начав движение из клетки А? Какую последовательность команд следует выполнить Роботу, чтобы переместиться из клетки А в клетку В, не разрушившись от встречи со стенами?

При разработке алгоритма:

1) выделяются фигурирующие в задаче объекты, устанавливаются свойства объектов, отношения между объектами и возможные действия с объектами;
2) определяются исходные данные и требуемый результат;
3) определяется последовательность действий исполнителя, обеспечивающая переход от исходных данных к результату;
4) последовательность действий записывается с помощью команд, входящих в систему команд исполнителя.

Можно сказать, что алгоритм - модель деятельности исполнителя алгоритмов.

2.1.3. Свойства алгоритма

Не любая инструкция, последовательность предписаний или план действий может считаться алгоритмом. Каждый алгоритм обязательно обладает следующими свойствами: дискретность, понятность, определённость, результативность и массовость.

Свойство дискретности означает, что путь решения задачи разделён на отдельные шаги (действия). Каждому действию соответствует предписание (команда). Только выполнив одну команду, исполнитель может приступить к выполнению следующей команды.

Свойство понятности означает, что алгоритм состоит только из команд, входящих в систему команд исполнителя, т. е. из таких команд, которые исполнитель может воспринять и по которым может выполнить требуемые действия.

Свойство определённости означает, что в алгоритме нет команд, смысл которых может быть истолкован исполнителем неоднозначно; недопустимы ситуации, когда после выполнения очередной команды исполнителю неясно, какую команду выполнять следующей. Благодаря этому результат алгоритма однозначно определяется набором исходных данных: если алгоритм несколько раз применяется к одному и тому же набору исходных данных, то на выходе всегда получается один и тот же результат.

Свойство результативности означает, что алгоритм должен обеспечивать получение результата после конечного, возможно, очень большого, числа шагов. При этом результатом считается не только обусловленный постановкой задачи ответ, но и вывод о невозможности продолжения по какой-либо причине решения данной задачи.

Свойство массовости означает, что алгоритм должен обеспечивать возможность его применения для решения любой задачи из некоторого класса задач. Например, алгоритм нахождения корней квадратного уравнения должен быть применим к любому квадратному уравнению, алгоритм перехода улицы должен быть применим в любом месте улицы, алгоритм приготовления лекарства должен быть применим для приготовления любого его количества и т. д.

Пример 8. Рассмотрим один из методов нахождения всех простых чисел, не превышающих некоторое натуральное число n. Этот метод называется «решето Эратосфена» по имени предложившего его древнегреческого учёного Эратосфена (III в. до н. э.).

Для нахождения всех простых чисел, не больших заданного числа n, следуя методу Эратосфена, нужно выполнить следующие шаги:

1) выписать подряд все натуральные числа от 2 до n (2, 3, 4, ..., n);
2) заключить в рамку 2 - первое простое число;
3) вычеркнуть из списка все числа, делящиеся на последнее найденное простое число;
4) найти первое неотмеченное число (отмеченные числа - зачёркнутые числа или числа, заключённые в рамку) и заключить его в рамку - это будет очередное простое число;
5) повторять шаги 3 и 4 до тех пор, пока не останется неотмеченных чисел.

Более наглядное представление о методе нахождения простых чисел вы сможете получить с помощью размещённой в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов анимации «Решето Эратосфена» (180279).

Рассмотренная последовательность действий является алгоритмом, так как она удовлетворяет свойствам:

дискретности - процесс нахождения простых чисел разбит на шаги;
понятности - каждая команда понятна ученику 8 класса, выполняющему этот алгоритм;
определённости - каждая команда трактуется и выполняется исполнителем однозначно; имеются указания об очерёдности выполнения команд;
результативности - через некоторое число шагов достигается результат;
массовости - последовательность действий применима для любого натурального n.

Рассмотренные свойства алгоритма позволяют дать более точное определение алгоритма.

Алгоритм - это предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.

2.1.4. Возможность автоматизации деятельности человека

Разработка алгоритма - как правило, трудоёмкая задача, требующая от человека глубоких знаний, изобретательности и больших временных затрат.

Решение задачи по готовому алгоритму требует от исполнителя только строгого следования заданным предписаниям.

Пример 9. Из кучки, содержащей любое, большее трёх, количество каких-либо предметов, двое играющих по очереди берут по одному или по два предмета. Выигрывает тот, кто своим очередным ходом сможет забрать все оставшиеся предметы.

Рассмотрим алгоритм, следуя которому первый игрок наверняка обеспечит себе выигрыш.

1. Если число предметов в кучке кратно 3, то уступить ход противнику, иначе начать игру, взяв 1 или 2 предмета так, чтобы осталось количество предметов, кратное 3.
2. Своим очередным ходом каждый раз дополнять число предметов, взятых соперником, до 3 (число оставшихся предметов должно быть кратно 3).

Исполнитель может не вникать в смысл того, что он делает, и не рассуждать, почему он поступает так, а не иначе, т. е. он может действовать формально. Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека. Для этого:

1) процесс решения задачи представляется в виде последовательности простейших операций;
2) создаётся машина (автоматическое устройство), способная выполнять эти операции в последовательности, заданной в алгоритме;
3) человек освобождается от рутинной деятельности, выполнение алгоритма поручается автоматическому устройству.

САМОЕ ГЛАВНОЕ

Исполнитель - некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.

Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Для каждого формального исполнителя можно указать: круг решаемых задач, среду, систему команд и режим работы .

Алгоритм - предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.

Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека.

Вопросы и задания

1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Дополняет ли презентация информацию, содержащуюся в тексте параграфа? Какими слайдами вы могли бы дополнить презентацию?

2. Что называют алгоритмом?

3. Подберите синонимы к слову «предписание».

4. Приведите примеры алгоритмов, изучаемых вами в школе.

5. Кто может быть исполнителем алгоритма?

6. Приведите пример формального исполнителя. Приведите пример, когда человек выступает в роли формального исполнителя.

7. От чего зависит круг решаемых задач исполнителя «компьютер»?

8. Рассмотрите в качестве исполнителя текстовый процессор, имеющийся на вашем компьютере. Охарактеризуйте круг решаемых этим исполнителем задач и его среду.

9. Что такое команда, система команд исполнителя?

10. Какие команды должны быть у робота, выполняющего функции:

а) кассира в магазине;
б) дворника;
в) охранника?

11. Перечислите основные свойства алгоритма.

12. К чему может привести отсутствие какого-либо свойства у алгоритма? Приведите примеры.

13. В чём важность возможности формального исполнения алгоритма?

14. Последовательность чисел строится по следующему алгоритму: первые два числа последовательности принимаются равными 1; каждое следующее число последовательности принимается равным сумме двух предыдущих чисел. Запишите 10 первых членов этой последовательности. Выясните, как называется эта последовательность.

15. Некоторый алгоритм получает из одной цепочки символов новую цепочку следующим образом. Сначала записывается исходная цепочка символов, после нее записывается исходная цепочка символов в обратном порядке, затем записывается буква, следующая в русском алфавите за той буквой, которая в исходной цепочке стояла на последнем месте. Если в исходной цепочке на последнем месте стоит буква «Я», то в качестве следующей буквы записывается буква «А». Получившаяся цепочка является результатом работы алгоритма. Например, если исходная цепочка символов была «ДОМ», то результатом работы алгоритма будет цепочка «ДОММОДН». Дана цепочка символов «КОМ». Сколько букв «О» будет в цепочке символов, которая получится, если применить алгоритм к данной цепочке, а затем ещё раз применить алгоритм к результату его работы?

16. Найдите в сети Интернет анимацию шагов алгоритма Эратосфена. С помощью алгоритма Эратосфена найдите все простые числа, не превышающие 50.

17. Что будет результатом исполнения Черепашкой (см. пример 5) алгоритма?

18. Запишите алгоритм для исполнителя Вычислитель (см. пример 6), содержащий не более 5 команд:

а) получения из числа 3 числа 16;
б) получения из числа 1 числа 25.

19. Система команд исполнителя Конструктор состоит из двух команд, которым присвоены номера:

1 - приписать 2
2 - разделить на 2

По первой из них к числу приписывается справа 2, по второй число делится на 2. Как будет преобразовано число 8, если исполнитель выполнит алгоритм 22212? Составьте алгоритм в системе команд этого исполнителя, по которому число 1 будет преобразовано в число 16 (в алгоритме должно быть не более 5 команд).

20. В какой клетке должен находиться исполнитель Робот (пример 7), чтобы после выполнения алгоритма 3241 в неё же и вернуться?

Свободное программное обеспечение:

система КуМир - Комплект учебных миров (скачать архив программы с сайта) или посетить страницу КуМир ((http://www.niisi.ru/kumir/)

Формальные исполнители, то есть те, которые не понимают смысла алгоритма, а лишь выполняют указанные шаги и не могут их редактировать: собака, не понимающая смысл команд, телевизор, в общем - любые неодушевлённые исполнители. Неформальные - те, что понимают смысл алгоритма и могут вносить в него коррективы - скажем, человек.

Каждый алгоритм предполагает наличие некоторых начальных, или исходных, данных, а в результате применения приводит к получению определенного искомого результата. Например, в алгоритме с проявителем начальные данные - содержимое большого и малого пакетов, вода. Искомый результат - готовый к употреблению проявитель для пленки. При вычислении ранга матрицы начальными данными служит прямоугольная таблица, составленная из рациональных чисел, результат - натуральное число, являющееся рангом данной матрицы.

Далее, применение каждого алгоритма осуществляется путем выполнения дискретной цепочки (последовательности) неких элементарных действий. Эти действия называют шагами, а процесс их выполнения называют алгоритмическим процессом. Таким образом, отмечается свойство дискретности алгоритма.

Среди допустимых начальных данных для алгоритма могут быть такие, к которым он применим, т.е. отправляясь от которых можно получить искомый результат, а могут быть и такие, к которым данный алгоритм неприменим, т. е. отправляясь от которых искомого результата получить нельзя. Неприменимость алгоритма к допустимым начальным данным может заключаться либо в том, что алгоритмический процесс никогда не оканчивается (в этом случае говорят, что он бесконечен), либо в том, что его выполнение во время одного из шагов наталкивается на препятствие, заходит в тупик (в этом случае говорят, что он безрезультатно обрывается)

41 .

Формальный аналог машины Тьюринга.

Машина Тьюринга (МТ) состоит из счетной ленты (разделенной на ячейки и ограниченной слева, но не справа), читающей и пишущей головки, лентопротяжного механизма и операционного исполнительного устройства, которое может находиться в одном из дискретных состояний qo, q1,..., qs, принадлежащих некоторой конечной совокупности (алфавиту внутренних состояний). При этом qо называется начальным состоянием.

Читающая и пишущая головка может читать буквы рабочего алфавита А = [а0, a1,..., аt}, стирать их и печатать. Каждая ячейка ленты в каждый момент времени занята буквой из множества А. Чаще всего встречается буква a0 - «пробел». Головка находится в каждый момент времени над некоторой ячейкой ленты - текущей рабочей ячейкой. Лентопротяжный механизм может перемещать ленту так, что головка оказывается над соседней ячейкой ленты. При этом возможна ситуация выхода за левый край ленты (ЛК), которая является аварийной (недопустимой), или машинного останова (МО), когда машина выполняет предписание об остановке.

Порядок работы МТ (с рабочим алфавитом a0, a1,..., аt и состояниями q0, q1,..., qs) описывается таблицей машины Тьюринга. Эта таблица является матрицей с четырьмя столбцами и (s + 1) (t + 1) строками. Каждая строка имеет вид

Функции, вычислимые по Тьюрингу. Тезис Тьюринга.

Тезис Тьюринга: абстрактная машина Тьюринга способна выполнять любые операции, которые подчиняются некоторым правилам и в этом смысле являются чисто механическими.

Машина работает по программе следующим образом.

В начальный момент времени на ленте записывается некоторая цепочка из множества V * , все остальные клетки ленты заполнены символом #. Управление в начальный момент находится в состоянии q 0 , считывающая – записывающая головка обозревает крайний слева символ записанной цепочки. Работа машины состоит в повторе следующего цикла элементарных действий:

1. Чтение головкой символа из ячейки напротив неё.

2. Поиск применимой команды, а именно команды qa → q’a’d , где q- некоторое состояние управления, a- считываемый символ.

3. Выполнение найденной команды, которая состоит в следующем. В обозреваемую головкой ячейку записывается символ a’ , символ a- стирается, управление переходит в состояние q’ и головка смещается относительно d . Если d=r головка смещается на одну ячейку вправо, если l - смещается на одну ячейку влево, p – перемещение не производится. Остановка производится в том случае, если на очередном шаге ни одна команда программы не является применимой. Результатом работы машины Тьюринга является цепочка, записанная на ленте.

Рассмотрим процесс управления информационным процессом, в котором в качестве управляемого объекта выбран текст. Другими словами, рассмотрим информационный процесс, связанный с редактированием (изменением состояния) текста.
Во-первых , для того, чтобы преобразовать текст, должен существовать кто-то или что-то, который эти преобразования выполняет. Иными словами, необходим исполнитель этих преобразований.
Во-вторых , процесс преобразования текста необходимо разбить на отдельные операции, которые должны быть записаны в виде отдельных команд исполнителю. Каждый исполнитель обладает определенным набором, системой команд , которые он может выполнить. В процессе редактирования текста возможны различные операции: удаление, копирование, перемещение или замена его фрагментов. Исполнитель редактирования текста должен быть в состоянии выполнить эти операции.
В-третьих , должно быть определено начальное состояние объекта, в данном случае текста, и его требуемое конечное состояние (цель преобразования).
Будем говорить, что информационный процесс, обладающий всеми перечисленными выше свойствами, называется алгоритмом . Исполнитель может выполнить алгоритм, если команды алгоритма входят в систему команд исполнителя.
Например: пользователю необходимо отредактировать текст следующим образом:

1. Выделить символы с 1 по 15.

2. Вырезать этот фрагмент и поместить его в буфер.

3. Установить курсор на позицию после 7-го символа.

4. Вставить вырезанный фрагмент текста.

Этот алгоритм пользователь может выполнять формально. Пользователь в процессе выполнения алгоритма на компьютере будет нажимать клавиши клавиатуры, а при работе с графическим интерфейсом с помощью мыши активизировать те или иные кнопки, пункты меню и т.д. Фактически пользователь будет давать команды объектам программной средыWindows&Office, которые и будут исполнителями алгоритма.

Алгоритмические языки программирования. Представление информационного процесса в форме алгоритма позволяет поручить его автоматическое исполнение различным техническим устройствам, среди которых особое место занимает компьютер. При этом говорят, что компьютер исполняет программу (последовательность команд), реализующую алгоритм на каком-либо языке программирования.

14 Основные понятия алгоритмизации: формальные и неформальные исполнители алгоритмов.

Исполнитель - это некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определенный набор команд.
Команды, которые может выполнить конкретный исполнитель, образуютсистему команд исполнителя (СКИ).

Класс исполнителей необычайно разнообразен. Прежде всего, в нем выделяют два типа исполнителей: формальных и неформальных . Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Неформальный исполнитель может выполнять команду по-разному.

Например, при многократном прослушивании диска с любимыми мелодиями вы можете быть уверены, что они воспроизводятся проигрывателем (формальным исполнителем) одинаково. Но вряд ли кому-нибудь из певцов (неформальному исполнителю) удастся несколько раз совершенно одинаково исполнить песню из своего репертуара.

Как правило, человек выступает в роли неформального исполнителя. Формальными исполнителями являются преимущественно технические устройства. Человек в роли неформального исполнителя сам отвечает за свои действия. За действия формального исполнителя отвечает управляющий им объект.

Управление - это процесс целенаправленного воздействия одних объектов на другие.

Исполнители являются объектами управления. Управлять ими можно, составив для них алгоритм.

Алгоритм - это предназначенное для конкретного исполнителя точное описание последовательности действий, направленных на решение поставленной задачи.

Алгоритмы могут быть записаны в виде таблицы, нумерованного списка на естественном языке или изображены с помощью блок-схемы. Программа - это алгоритм, записанный по правилам понятного исполнителю-компьютеру языка.

15 Алгоритмические конструкции: линейная, разветвление, циклы

Выделяют два типа исполнителей: формальные и неформальные .

Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково.

Неформальный исполнитель может выполнять команду по-разному.

Например, при многократном прослушивании диска с любимой мелодией ты можешь быть уверен, что она воспроизводится проигрывателем (формальным исполнителем) одинаково. Но вряд ли кому-нибудь из певцов (неформальному исполнителю) удастся несколько раз совершенно одинаково исполнить песню из своего репертуара.

Как правило, человек выступает в роли неформального исполнителя.

Формальными исполнителями являются преимущественно технические устройства.

Человек в роли неформального исполнителя сам отвечает за свои действия.

За действия формального исполнителя отвечает управляющий им объект.

Рассмотрим более подробно множество формальных исполнителей. Формальные исполнители необычайно разнообразны, но для каждого из них можно указать круг решаемых задач, среду, систему команд, систему отказов и режимы работы.

Круг решаемых задач . Каждый исполнитель создается для решения определённого класса задач.
Среда исполнителя . Область, обстановку, условия, в которых действует исполнитель, принято называть средой данного исполнителя.
Система команд исполнителя . Предписание о выполнении отдельного законченного действия исполнителя называется командой. Совокупность всех команд, которые могут быть выполнены некоторым исполнителем, образует СКИ - систему команд исполнителя.
Система отказов исполнителя . Отказ «не понимаю» возникает тогда, когда исполнителю подается команда, не входящая в его СКИ. Отказ «не могу» возникает тогда, когда команда из СКИ не может быть им выполнена в конкретных условиях среды.
Режимы работы исполнителя . Для большинства исполнителей предусмотрены режимы непосредственного и программного управления. В первом случае исполнитель ожидает команд от человека и каждую поступившую команду немедленно выполняет. Во втором случае исполнителю сначала задаётся полная последовательность команд (программа), а затем он выполняет все эти команды в автоматическом режиме. Ряд исполнителей работает только в одном из названных режимов.

Разработка алгоритма - трудоёмкая задача, требующая от человека глубоких знаний и больших затрат времени. Решение задачи по готовому алгоритму требует от исполнителя только строгого следования заданным предписаниям. Исполнитель не вникает в смысл того, что он делает, и не рассуждает, почему он поступает так, а не иначе - он действует формально. С этим связана возможность автоматизации деятельности человека:

процесс решения задачи представляется в виде последовательности простейших операций;
создаётся машина (автоматическое устройство), способная выполнять эти операции в последовательности, заданной в алгоритме;
человек освобождается от рутинной деятельности, выполнение алгоритма поручается автоматическому устройству.

Исполнители алгоритмов. Формальное выполнение алгоритма. Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

Тип урока: комбинированный.

Цели урока:

Ввести понятие «объект-исполнитель»;

Познакомить учащихся с третьей стадией разработки алгоритма;

Ввести понятие «Программа»;

Познакомить с правилами оформления и вызова программы;

Научить решать задачи на составление программ с линейным алгоритмом.

Задачи урока:

Познавательные :

Организовать работу учащихся по изучению и первичному закреплению знаний путем коллективной и самостоятельной практической деятельности.

Развивающие:

Используя интегрированный подход, показать учащимся значение, которое имеет понятие «объект-исполнитель» в природе, быту, технике и повседневной жизни.

Обеспечить развитие у школьников навыков, способствующих развитию памяти, логического мышления и применению имеющихся знаний и умений при составлении программ на языке программирования.

Воспитательные:

Формирование информационной культуры, умения и навыков коллективного и самостоятельного овладения знаниями;

Воспитывать культуру речи при ответах у доски, уважение ко всем участникам образовательного процесса.

Ход урока

Организационный этап

Взаимные приветствия учителя и учащихся; фиксация отсутствующих; проверка внешнего состояния классного помещения; проверка подготовленности учащихся к уроку; организация внимания и внутренней готовности.

Объявление темы и целей урока. Повторение материала

Сегодня на уроке мы с вами продолжим изучать технологию решения задач с помощью компьютера. Мы уже с вами познакомились с понятием алгоритма и его свойствами. И прежде чем преступить к изучению нового материала, проверим вашу подготовленность к уроку.

Фронтальный опрос:

Перечислите этапы решения задачи с помощью ПК (постановка задачи, определение условий, построение модели задачи, описание алгоритма решения задачи, выбор оптимальной среды для решения, описание алгоритма с помощью выбранных программных средств, тестирование решения задачи, при необходимости – коррекция решения задачи)

Перечислите основные свойства алгоритма (дискретность, точность, понятность, массовость, результативность)

Перечислите основные формы представления алгоритмов (словесный, графический, программный, табличный)

Объяснение нового материала:

Алгоритмы решения разных задач должны быть выполнимы в той среде, где необходимо получить результат. В этой среде должен существовать объект, который будет выполнять алгоритм. Рассмотрим пример. Пете захотелось чаю. Он вскипятил в чайнике воду, положил в чашку пакетик заварки, налил туда кипяток, добавил две чайные ложки сахара, размешал их ложкой и с удовольствием выпил свой чай. Оформим алгоритм действий Пети в виде блок-схемы (учитель вызывает ученика к доске).

В данном примере все указанные действия выполняет Петя, следовательно он и есть тот объект, который выполняет алгоритм. Петя умеет и может выполнять действия, указанные в алгоритме. Он выполняет эти действия в указанном порядке. Объект, который выполняет алгоритм называют исполнителем .

Различают формальных и неформальных исполнителей. Формальный исполнитель одну и туже команду выполняет одинаково. Неформальный исполнитель может выполнять команду.

Формальные исполнители необычайно многообразны, но для каждого из них можно указать следующие характеристики: круг решаемых задач (назначение), среду, систему команд и режим работы.

Круг решаемых задач. Каждый исполнитель создаётся для решения некоторого круга задач – построения цепоцек символов, выполнения вычислений, построения рисунков на плоскости и так далее.

Среда исполнителя – условия, при которых возможно исполнение алгоритма.

Система команд исполнителя (СКИ) – перечень действий, который способен понять и выполнить исполнитель.

Система отказов исполнителей – перечень отказов возникающий, при невозможности выполнения алгоритма в конкретных условиях.

Режимы работы исполнителя – режим непосредственного и программного управления. Непосредственное управление – исполнитель ждёт команды от человека и каждую команду выполняет немедленно. Программное управление – исполнителю задаётся последовательность команд (программа), а затем исполняет команды в автоматическом режиме. Некоторые исполнители работает только в одном из режимов.

Исполнители, встречающиеся в задачах – «Кузнечик», «Калькулятор», «Маятник», «Черепашка», «Стрелка», «Красильщик», «Стрелочка», «Черепаха», «Водолей» и. др.

Пример: Исполнитель Черепашка перемещается на экране компьютера, оставляя след в виде линии. Система команд состоит из следующих команд:

Вперёд n (где n – целое число) – вызывает передвижение на n шагов в направлении движения – в том направлении, куда развёрнуты ее голова и корпус.

Направо m (где m – целое число) – вызывает изменение направления движения на m градусов по часовой стрелке.

Запись Повтори K [<Команда1> <Команда2> … <Команда n >] – означает, что последовательность команд в скобках повториться k раз.

Подумайте, какая фигура появиться на экране после выполнения Черепашкой следующего алгоритма:

Повтори 12 [ Направо 45 Вперёд 20 Направо 45 ]

Ответ:

Пример: Система команд Вычислитель состоит из двух команд, которым присвоены номера:

1 – вычти 1

2 – умножить на 3

При записи алгоритма для краткости указываются только номера команд. Например, алгоритм 21212 означает следующее

Умножить на 3

Вычти 1

Умножить на 3

Вычти 1

Умножить на 3

С помощью этого алгоритма число 1 преобразовано в 15: ((1*3-1)*3-1)*3=15

Пример: Исполнитель Робот действует на клетчатом поле, между соседними клетками которого могут стоять стены. Робот передвигается по клеткам поля и может выполнять следующие команды: вверх, вниз, вправо, влево.

Что произойдет с Роботом если он выполнит последовательность команд: вправо, вниз, вправо, вниз, вправо. Начав движение из клетки А. Какую последовательность команд надо выполнить Роботу, чтобы переместиться из клетки А в клетку В, не разрушившись от встречи со стенами?

Алгоритм, представленный на понятном Исполнителю языке, называют программой .

Программа – упорядоченная последовательность команд (инструкций), необходимых компьютеру для решения поставленной задачи.

Основная сложность при разработке программ для компьютера заключается именно в создании или нахождении алгоритма. Составление программы по известному алгоритму называют кодированием.

Программирование (кодирование) – процесс составление программы для компьютера.

Каждый алгоритм, представленный в виде программы, должен иметь уникальное имя, не совпадающее со встроенными в язык словами. Программа имеет заголовок, в котором указано ее имя. Новый алгоритм сохраняется в памяти компьютера под своим именем, и его можно вызвать (выполнить), введя имя этой программы. Программы обладают такими же свойствами, как и алгоритмы.

Итог урока:

Диалог:

Что нового Вы узнали на уроке?

Какова практическая значимость изучаемого вопроса?

Каковы положительные моменты урока.

Пожелания

Спасибо за работу на уроке!