Алгоритм (10 класс, информатика) кратко

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 299.

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 299.

Теория алгоритмов является одной из базовых концепций, лежащей в основе компьютерной науки. Основы алгоритмизации и программирования изучаются в курсе информатики в 10 классе. Кратко об алгоритмах и их свойствах можно прочитать в данной статье.

Алгоритм

Решение любой сложной задачи проводится в несколько этапов. Все этапы, выполненные последовательно друг за другом и приводящие в итоге к достижению поставленной цели составляют алгоритм. Например, чтобы снять деньги в банкомате, нужно выполнить последовательность действий: вставить карту, ввести пин-код, выбрать в меню программного обеспечения команду «Снятие наличных», ввести требуемую сумму, распечатать чек, вернуться в главное меню или закончить обслуживание карты.

Алгоритм – это базовое понятие в информатике. Он представляет собой набор инструкций, выполнение которых приведет к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

термин «Алгоритм» получил свое название от имени знаменитого восточного ученого математика Мухаммеда аль-Хорезми, жившего в восьмом веке в Багдаде. Трактаты аль-Хорезми внесли большой вклад в развитие средневековой науки.

Рис. 1. Мухаммед аль-Хорезми.

Свойства алгоритма

Алгоритм, как базовое понятие информатики, обладает рядом свойств:

• Массовость предполагает пригодность алгоритма для различных исходных данных.
• Дискретность означает, что каждый этап алгоритма представляет собой законченное действие.
• Однозначность означает, что очередность выполнения этапов алгоритма должна быть одинакова при всех возможных наборах данных.
• Конечность означает, что алгоритм состоит из строго определенного числа шагов.

Способы записи алгоритмов

Алгоритмы можно представлять по-разному. Существую следующие способы записи алгоритмов:

• формульно-словесный – алгоритм задается с помощью естественного разговорного языка с использованием специальных знаков и формул;
• графический – алгоритм воспроизводится с применением графических объектов, выстроенных в виде блок-схемы;
• алгоритмический язык – алгоритм реализован посредством ключевых слов специального алгоритмического языка.

Рис. 2. Алгоритм, записанный на алгоритмическом языке.

Самым наглядным алгоритмом, является алгоритм, заданный в виде блок-схемы, где каждый шаг представлен определенной геометрической фигурой: прямоугольник заменяет вычислительный процесс, ромбом изображается условие, шестигранник используется для обозначения цикла с известным числом повторов.

Рис. 3. Блок-схема алгоритма.

при разработке блок-схем алгоритмов следует пользоваться правилами, регламентированными в специальном стандарте. На территории РФ функционирует Государственный стандарт — ГОСТ 19.

701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных и систем».

Что мы узнали?

Алгоритм представляет собой цепочку команд, приводящих к определенному результату. Он обладает свойствами массовости, дискретности, конечности, однозначности. Алгоритмы могут быть заданы в виде блок-схем, а также описаны с помощью естественных и специальных алгоритмических языков.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Ольга Титова

  4/5

• Серафима Соломатова

  4/5

• Марик Землянин

  5/5

• Наталья Любимая

  5/5

Оценка статьи

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 299.

---

А какая ваша оценка?

Основы алгоритмов — Умскул Учебник

На этой странице вы узнаете

• Чем хорош процесс приготовления супчика?
• Какие есть виды алгоритмов?
• В чем отличие Робота от Чертежника?

Что вы сделаете в первую очередь: выйдете из квартиры или проверите, не забыли ли вы ключи? А станете ли вы кидать макарошки в воду до того, как она закипит?

Мы сами не замечаем, но вся наша жизнь — это набор определенных алгоритмов. Пора хорошенько в них разобраться.

Понятие алгоритма

Алгоритм — это строгий набор определенных команд, предназначенный для выполнения каких-либо действий с целью достичь определенного результата.

В информатике алгоритм обладает некоторыми обязательными свойствами:

• Алгоритм – это структура, состоящая из набора законченных действий, расположенных в строгом порядке.
• Каждый шаг алгоритма строго определен и должен пониматься однозначно.
• У алгоритма должна быть цель – в конце его выполнения должен быть конкретный результат.

Хороший пример такого алгоритма – процесс приготовления супчика.

Чем хорош процесс приготовления супчика? Процесс приготовления супчика хорошо удовлетворяет всем вышеописанным требованиям: ● Каждый шаг важен, причем важен именно на своем месте (нет смысла ждать, пока мы еще даже не порезали овощи). ● Каждый шаг алгоритма – четкая команда, которая понимается однозначно и не оставляет вариативности. ● Итоговый результат есть, и он прекрасен.

Мы рассмотрели пример линейного алгоритма, когда каждая команда выполняется сразу после предыдущей. Но так можно описать далеко не любой процесс, поэтому нам на помощь приходят следующие понятия:

Условный алгоритм или алгоритм с ветвлением добавляет в структуру какое-то условие, в зависимости от которого будет выполнена какая-то конкретная команда или набор команд.

Теперь у нас появился вариант поперчить суп, но эта команда выполнится, только если на условие будет утвердительный ответ. Если условие не выполнится — мы не придем к этой команде, пропустим ее и пойдем дальше по алгоритму.

В том числе в ветке условия «НЕТ» могла бы быть какая-то другая команда, например, «ПОСОЛИТЕ», которая выполнилась бы, только если ответ на условие был соответствующим.

Циклический алгоритм — это команда или набор команд, которые совершаются неоднократно: либо определенное количество раз, либо пока не выполнится какое-то условие.

Тут мы сразу не знаем, сколько фрикаделек мы хотим, поэтому будем крутить по одной и смотреть, хватит ли. Если нет, мы будем возвращаться назад по алгоритму, чтобы вернуться к предыдущему шагу. Когда их будет достаточно – идем дальше.

В том числе вместо данного условия могло бы быть конкретное количество, например, «ФРИКАДЕЛЕК РОВНО 20?». Тогда цикл бы выполнился конкретное количество раз.

Какие есть виды алгоритмов? Подведем итог: Линейный алгоритм — алгоритм, в котором все команды выполняются единожды друг за другом. Условный алгоритм или алгоритм с ветвлением подразумевает наличие условия, вариативности, когда при различных вариантах будут выполняться различные конкретные команды или наборы команд. Циклический алгоритм подразумевает многократное выполнение какой-то команды или набора команд определенное количество раз или до выполнения определенного условия.

Исполнители «Робот» и «Чертежник»

Более подробно разобраться с пониманием алгоритма нам помогут два классических примера исполнителей алгоритмов – Робот и Чертежник. Рассмотрим их подробнее по отдельности.

Исполнитель «Робот»

• Его смысл жизни — передвигаться по полю с квадратными клетками (как шахматная доска) вверх, вниз, вправо или влево соответствующими командами. При этом он должен не разбиться об стены, которые могут быть расположены между клетками.
• Также у него есть условия; «сверху свободно», «снизу свободно», «справа свободно», «слева свободно» и «сверху стена», «снизу стена», «справа стена», «слева стена», которые дают нам «ДА» или «НЕТ» в зависимости от выполнения этого условия.

Например:

Робот находится в ячейке С4. Он может спокойно выполнить команду «вверх», «вниз» или «влево», что сдвинет его на 1 клетку в соответствующем направлении. 

При применении команды «вправо» он разобьется об стену, которая стоит как раз справа от него. Этого можно избежать, если выполнить проверку:

ЕСЛИ справа свободно
 ТО
    Вправо
КОНЕЦ ЕСЛИ

С таким алгоритмом команда «вправо» будет выполнена только в том случае, если справа свободно, иначе не произойдет ничего.

А если нужно отойти к какой-то стене? 
Тогда будем использовать цикл, так как шагов у нас будет не 1. Такая запись:

ПОКА слева свободно
     Влево
КОНЕЦ ПОКА

Тогда Робот будет выполнять команду «влево» до тех пор, пока слева способно, то есть мы остановимся только у ближайшей стены, которая возникнет перед нами слева.

Разобравшись с его функциями, заставим Робота что-нибудь сделать.

Например, придумаем такую задачу: 

1. посадим его в нижний левый угол комнаты неизвестного размера;
2. где-то посреди комнаты поставим огромную стену, в которой будет всего одно окошко;
3. заставим его пройти в правый верхний угол этой комнаты.

Это лишь пример комнаты. По условию ширина комнаты, высота, положение стены и окошка в нем могут быть абсолютно любыми и заранее неизвестны.

Алгоритм решения я предлагаю следующий:

1. движемся вправо, пока не упремся в стену;
2. будем двигаться вдоль стены вверх, проверяя, свободен ли путь сверху (чтобы не удариться) и не появилось ли окно справа;
3. как только нашли окно (справа стало свободно), двигаемся вправо до стены;
4. двигаемся вверх, пока перед нами не появится стена.

По этому алгоритму Робот проделает следующий путь:

А записан бы алгоритм был следующим образом:

ПОКА справа свободно
     Вправо
КОНЕЦ ПОКА
ПОКА справа стена И сверху свободно
     Вверх
КОНЕЦ ПОКА
ПОКА справа свободно
     Вправо
КОНЕЦ ПОКА
ПОКА сверху свободно
     Вверх
КОНЕЦ ПОКА

Исполнитель «Чертежник»

В чем отличие Робота от Чертежника? Отличие в том, что поле Чертежника – вся координатная плоскость. Он может перемещаться по ней куда угодно с помощью команды «Сместиться на (a, b)», которая сдвинет него на a по оси х и на b по оси у.

У Чертежника нет никаких стен, а единственная его цель – просто двигаться по полю, следуя  алгоритму.

Так, изначально находясь в точке (0, 0), выполнив серию команд

Сместиться на (2, 4)
Сместиться на (-6, -3)
Сместиться на (2, -3)

Чертежник остановится в точке (-2, -2).

Отрицательные значения означают смещение вниз или налево, в то время как положительные — вверх или вправо.

В том числе Чертежник умеет выполнять и циклический алгоритм. Так, например, запись:

ПОВТОРИ 7 раза
     Сместиться на (2, 3)
КОНЕЦ

7 раз подвинет Чертежника по оси х на 2 и по оси у на 3.

Например, выполнив следующий алгоритм и двигаясь из точки (0, 0):

ПОВТОРИ 2 раз
     Сместиться на (2, 3)
КОНЕЦ
Сместиться на (-4, -4) 
ПОВТОРИ 2 раза
     Сместиться на (-3, 1)
     Сместиться на (2, 2)
КОНЕЦ

Чертежник нарисует следующий рисунок:

Термины

Натуральные числа — это числа, употребляемые при счете. Например: 1, 2, 3, 4 и т.д.

Координатная плоскость — плоскость, на которой отмечены прямые — оси координат.

Фактчек

• Алгоритм — это определенный набор команд, направленный на достижение какой-либо цели.
• У алгоритма есть определенный набор правил, которым он должен соответствовать, чтобы его работа была однозначной и полной.
• Различают линейные алгоритмы, условные алгоритмы и циклические алгоритмы.
• Исполнитель «Робот» умеет сдвигаться на 1 клетку в любом из 4 направлений и проверять, нет ли в этих направлениях рядом с ним стены. Его цель — пройти по полю из квадратных клеток в определенную и не врезаться в стену.
• Исполнитель «Чертежник» может без ограничений передвигаться по координатной плоскости в любом направлении. Его цель — прийти в какую-то конкретную точку из какой-то начальной позиции.

Проверь себя

Задание 1.
Алгоритм с ветвлением подразумевает …

1. … строго последовательное выполнение команд;
2. … наличие команды или набора команд, которые будут выполняться неоднократно;
3. … наличие условия, в зависимости от выполнения которого будет выполнена та или иная команда или набор команд.

Задание 2.
Выберите верные утверждения:

1. Алгоритму не обязательно иметь конечный результат работы.
2. В алгоритме важен порядок операций.
3. В алгоритме невозможно многократное выполнение команды.
4. При выполнении условия «ДА» в условном алгоритме не будет выполнена команда из линии условия «НЕТ».

Задание 3.
Исполнитель Робот не может:

1. Пройти сквозь стену.
2. Проверить наличие стены рядом с ним.
3. Обойти стену.
4. Сделать несколько шагов подряд в определенном направлении.

Задание 4.
Исполнитель Чертежник может:

1. Сдвинуться четко вниз.
2. Вернуться в исходное положение после нескольких шагов.
3. Выполнять циклические алгоритмы.
4. Все вышеперечисленное.

Ответы: 1. —  3; 2. — 2, 4; 3. — 1; 4. — 4.

Алгоритм и информатика: определение и понимание

В информатике алгоритм представляет собой список инструкций, используемых для решения проблем или выполнения задач на основе понимания доступных альтернатив.

Алгоритмы — это больше, чем просто программирование, это спецификации для выполнения вычислений, обработки данных, автоматизированного рассуждения или принятия решений, например (неполный список).
В этом отношении необходимо понимать, что означает правильность алгоритма и точное решение поставленной задачи.

Вот 8 важных шагов в разработке эффективного алгоритма

• Постановка задачи
• Разработка модели
• Спецификация алгоритма
• Разработка алгоритма
• Реализация алгоритма
• Программное тестирование  

Вы можете игнорировать это, но вы используете алгоритмы каждый день

Каждый раз, когда вы что-то выпекаете или готовите, вы выполняете ряд шагов, чтобы соединить ингредиенты и получить конечный продукт. Если бы вас попросили записать инструкции по приготовлению рецепта, вы могли бы создать свой собственный алгоритм. Вам нужно будет только указать : 

• Входы: ингредиенты и количество
• Процесс: рецепт или метод
• Результат: каким будет готовое блюдо

В компьютерной программе операторы также включают следующие действия:

• Входные данные: например, получение значения от датчика
• Обработка данных: суммирование двух значений или принятие решения, когда значение достигает определенной суммы
• Выходные данные: Показать некоторые результаты  

 

Почему это основа в компьютерных науках?

Ответ прост. Компьютеры ничего бы не сделали, если бы программы не говорили им, что делать. Алгоритмы дают компьютерам пошаговые инструкции для выполнения конкретных задач и принятия решений.

В программировании есть много способов решить проблему. Однако эффективность доступных методов варьируется. Некоторые методы намного лучше других дают точные ответы.

Алгоритмы используются для поиска наилучшего возможного способа решения проблемы на основе хранения, сортировки и обработки данных, а также машинного обучения. При этом они повышают эффективность программы.

Алгоритмы используются во всех областях вычислений. Потому что это фантастический способ автоматизации компьютерных решений.

Допустим, вам нужно проехать 200 км до места отдыха. После проверки кратчайшего маршрута (сортировка данных), того, как избежать пробок на основе предыдущих или текущих данных (хранение данных) или того, как прогноз погоды может повлиять на ваше вождение (анализ данных), алгоритм предложит вам лучший маршрут и предполагаемое время прибытия (структура данных и алгоритмы — хорошие друзья в информатике, машинном обучении, принятие решения ).

 

Выражение алгоритмов

Сколько алгоритмов существует в информатике?  Это сложный вопрос, но, конечно же, у нас есть ответ: существует бесчисленное множество алгоритмов, хотя некоторые из них действительно важнее знать, чем другие в программировании.

Самое главное, алгоритмы могут быть выражены на различных языках, включая естественные языки, псевдокоды, блок-схемы, дракон-диаграммы, языки программирования и т. д. 

В мире, где правят данные, правит структура.

В информатике алгоритм связан с обработкой информации. Данные можно считывать из источника ввода, записывать на устройство вывода и сохранять для дальнейшей обработки. Сохраненные данные считаются частью внутреннего состояния объекта, выполняющего алгоритм. На практике состояние хранится в одной или нескольких структурах данных.

Структура данных  – это формат для организации, управления и хранения данных, который обеспечивает доступ и изменение. Другими словами, это набор значений данных, отношений между ними, функций или операций, которые можно применять к данным.

Что такое алгоритм? Как компьютеры узнают, что делать с данными

Мир вычислений полон модных словечек: ИИ, суперкомпьютеры, машинное обучение, облачные вычисления, квантовые вычисления и многое другое. В частности, в вычислениях используется одно слово — алгоритм.

В самом общем смысле алгоритм — это набор инструкций, сообщающих компьютеру, как преобразовать набор фактов о мире в полезную информацию. Факты — это данные, а полезная информация — это знания для людей, инструкции для машин или входные данные для еще одного алгоритма. Существует множество распространенных примеров алгоритмов, от сортировки наборов чисел до поиска маршрутов по картам и вывода информации на экран.

Чтобы понять концепцию алгоритмов, подумайте о том, чтобы одеться утром. Мало кто задумывается об этом. Но как бы вы записали свой процесс или рассказали о своем подходе пятилетнему ребенку? Подробный ответ на эти вопросы дает алгоритм.

Ввод

Есть много переменных, которые следует учитывать при выборе одежды. Крис/Flickr, CC BY-NC

Для компьютера ввод — это информация, необходимая для принятия решений.

Когда вы одеваетесь утром, какая информация вам нужна? Прежде всего, вам нужно знать, какая одежда есть у вас в шкафу. Затем вы можете подумать, какая температура, какой прогноз погоды на день, какое сейчас время года и, возможно, какие-то личные предпочтения.

Все это может быть представлено в виде данных, которые по сути представляют собой простые наборы чисел или слов. Например, температура — это число, а прогноз погоды может быть «дождь» или «солнечно».

Преобразование

Далее идет сердцевина алгоритма — вычисление. Вычисления включают арифметику, принятие решений и повторение.

Итак, как это относится к одеванию? Вы принимаете решения, выполняя некоторые математические операции с этими входными величинами. Наденете ли вы куртку, может зависеть от температуры, и какую куртку вы выберете, может зависеть от прогноза погоды. Для компьютера часть нашего алгоритма одевания будет выглядеть так: «если ниже 50 градусов и идет дождь, то наденьте под нее дождевик и рубашку с длинными рукавами».

Подобрав одежду, вам нужно ее надеть. Это ключевая часть нашего алгоритма. Для компьютера повторение может быть выражено как «для каждого предмета одежды наденьте его».

Выход

Последний шаг алгоритма представляет результат. Вечность в одно мгновение / камень через Getty Images

Наконец, выводится последний шаг алгоритма – выражение ответа. Для компьютера на выходе обычно больше данных, чем на входе. Это позволяет компьютерам объединять алгоритмы сложным образом для создания большего количества алгоритмов. Однако вывод может также включать представление информации, например, вывод слов на экран, воспроизведение звуковых сигналов или какую-либо другую форму общения.

Итак, одевшись, вы выходите в мир, готовый к стихиям и взглядам окружающих вас людей. Может быть, вы даже сделаете селфи и разместите его в Instagram, чтобы показать свои вещи.

Машинное обучение

Иногда слишком сложно описать процесс принятия решений. Особая категория алгоритмов, алгоритмы машинного обучения, пытаются «учиться» на основе набора прошлых примеров принятия решений.