Этапы решения задач на компьютере

Этапы решения задач на компьютере

Цели урока: дать понятие формализации системный анализтехнология решения задач на ЭВМ.

формализация

Если мы собираемся поручить компьютеру решение какой-либо задачи, нужно это задачу формализовать, т. е. представить задачу в таком виде, чтобы его можно было решить с помощью ЭВМ.  
Например нужно решить такую задачу: что произойдет, если средняя температура на земле поднимется на несколько градусов? После формализации мы получим компьютерную модель, где входным данным будет единственное число, показывающее увеличение средней температуры, а на выходе после обработки мы увидим список всевозможных изменений на планете или даже трехмерную картину нашей виртуальной планеты. Компьютер решит эту задачу за несколько секунд, но при этом потребуется долгая и кропотливая работа ученых и программистов, которые будут создавать и изучать эту компьютерную модель. 
Формальный язык – язык в котором за каждым словом закрепляется ровно один смысл(алгоритмы, арифметические действия).  
Формализация – процесс перехода от описательного языка(естественного) к формальному 
Например, дана задача по физике: человек за 3,5 ч прошел путь 21 км. Чему равна средняя скорость человека? 
формализованная задача запишется в виде: v = s/t. 
Компьютерная модель задачи, выполненная на Паскале, выглядит так: 
begin write('v=',3.5/21,'км/ч') end.  
Таким образом на уроках физики и математики при решении задач мы пишем формулы и составляем уравнения к задачам, т.е. выполняем формализацию и создаем математическую модель. На уроке информатики нужно ещё дополнительно составить программу(например на Паскале) или использовать какое-нибудь приложение(например электронную таблицу), чтобы использовать для решения задачи вычислительную мощь ЭВМ - это уже будет компьютерная модель.

Технология решения задач на ЭВМ

Создание информационной модели производится по следующей схеме: 
РЕАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ → СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ → ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ → КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ → ЭКСПЕРИМЕНТ → АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ 
Системный анализ - это научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между частями исследуемого объекта 
система - любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое, например солнечная система. 
структура системы - это совокупность связей между частями системы.  
состав системы - это множество входящих в нее частей 
Например, известно, что графит и алмаз состоят из одного и того же химического элемента - углерода, т. е вещества имеют одинаковый состав, но различную структуру, в результате алмаз - самое твердое в природе вещество, а графит - мягкий, из него делают грифели для карандашей. Системный анализ можно сопровождать структурными схемами, например, на рисунке ниже представлена структурная схема компьютера

В результате системного анализа создается теоретическая информационная модель, например это может быть блок-схема алгоритма.  
Чтобы проверить работу модели на ЭВМ, нужно перевести его в компьютерную форму, другими словами создать компьютерную информационную модель, например написать программу на языке паскаль или использовать готовые приложения, например электронную таблицу. 
Следующий этап исследование модели. Исследование заключается в проведении экспериментов, удовлетворяющих целям моделирования, и накопления результатов.  
И последний этап анализ результатов моделирования. Решающий этап – ответить на вопрос: «Продолжать исследование, либо заканчивать?» Полученные выводы часто способствуют проведению дополнительной серии экспериментов, подчас и изменению задачи. Если результаты не соответствуют целям поставленной задачи, значит, на предыдущих этапах были допущены ошибки.

Таким образом, технология решения задач с помощью компьютера состоит из следующих этапов: построение описательной модели — формализация — построение компьютерной модели — компьютерный эксперимент — анализ результатов и корректировка модели.

Домашнее задание: 
Заполните таблицу по образцу

 
Основные этапы решения задач на компьютере 
Первый этап – постановка задачи.  
На этом этапе участвует человек, хорошо представляющий предметную область задачи. Он должен четко определить цель задачи, дать словесное описание содержания задачи и предложить общий подход к её решению. 
Второй этап – математическое или информационное моделирование. 
Цель этого этапа – создать такую математическую модель решаемой задачи, которая может быть реализована в компьютере.  
Третий этап - алгоритмизация задачи.  
На основе математического описания необходимо разработать алгоритм решения. 
Четвертый этап – программирование. 
Программой называется план действий, подлежащих выполнению некоторым исполнителем, в качестве которого может выступать компьютер.  
Составление программы обеспечивает возможность выполнения алгоритма и соответственно поставленной задачи исполнителем – компьютером. 
Пятый этап - ввод программы и исходных данных в ЭВМ. 
Программа и исходные данные вводятся в ЭВМ с клавиатуры с помощью редактора текстов, и для постоянного хранения осуществляется их запись на гибкий или жесткий магнитный диск. 
Шестой этап - тестирование и отладка программы.  
На этом этапе происходят выполнение алгоритма с помощью ЭВМ, поиск и исключение ошибок. При этом программисту приходится выполнять рутинную работу по проверке работы программы, поиску и исключению ошибок, и поэтому для сложных программ этот часто требует гораздо больше временит и сил, чем написание первоначального текста программы.. 
Отладка программы  
- сложный и нестандартный процесс. Исходный план отладки заключается в том, чтобы оттестировать программу на контрольных примерах. 
исполнение отлаженной программы и анализ результатов 
Язык программирования Паскаль 
 Язык Паскаль является языком программирования высокого уровня. Начиная с момента своего создания Н.Виртом в 1970 г., играет особую роль и в практическом программировании. Текст Паскаль-программы представляет собой последовательность строк, состоящих из символов, образующих алфавит языка.  
Основные средства языка 
Символы языка - это элементарные знаки, используемые при составлении текстов. 
Алфавит языка - набор таких символов. 
Алфавит языка TurboPascal 7.0 включает: 
все латинские прописные и строчные буквы 
арабские цифры (0 – 9) 
символы + - * / = « » , . ; : ‘ _ ( ) { } и др. 
служебные (зарезервированные) слова  
Арифметические операции 
операция 
* 
умножение 
/ 
деление 
div 
Целочисленное деление (15 div 2=7) 
mod 
Остаток от деления (15 mod 2=1) 
- 
вычитание 
+ 
сложение 
Основные стандартные функции, определенные в Паскале: 
Для записи команд, имен функций, поясняющих терминов TurboPascal 7.0 существует набор строго определенных слов, которые называются служебными или зарезервированными (это английские мнемонические сокращения). 
Служебные слова делятся на три группы: 
операторы (READ, WRITELN и др.) 
имена функций (SIN, COS и др.) 
ключевые слова (VAR, BEGIN, END и др.) 
Основные средства языка 
Структура программы 
1. Заголовок программы 
2. Раздел описаний 
3. Тело программы 
Любая программа на Паскале имеет определенную структуру: 
Структура программы 
PROGRAM имя; 
Const; - раздел констант; 
Var; - раздел переменных; 
BEGIN 
оператор 1; 
оператор 2; 
….. 
оператор n; 
Readln 
END. 
Любая программа взаимодействует с пользователем с помощью операторов ввода- вывода. 
 
Операторы ввода- вывода 
 
Ввод информации с клавиатуры осуществляется с помощью оператора READ. 
 
Когда в программе встречается оператор READ, то её действие приостанавливается до тех пор, пока не будут введены исходные данные. 
 
Имеет вид: 
 
READ(а,b,...)  
 
READLN(а,b,..,), 
 
где а,b,... – имена вводимых переменных 
 
READLN - применяется, когда исполнение программы желательно задержать до нажатия клавиши ENTER. 
 
Оператор ввода READ 
 
Оператор вывода WRITE 
 
Для вывода информации на экран используется оператор WRITE. 
 
Имеет вид: 
 
WRITE(а,b,...)  
 
WRITELN(а,b,..), где а,b,... – список выводимых констант, переменных, выражений. 
 
Оператор вывода WRITE 
 
1. WRITE(2*2) – выводит на экран: 4  
 
2.WRITE(‘2*2=‘) - выводит на экран: 2*2= 
 
3. WRITE(‘2*2=‘, 2*2) - выводит на экран: 2*2=4 
 
4. write (x : 7 : 2, y : 7 : 2);  
 
где 7 – количество позиций под все число,  
 
а 2 – количество позиций после запятой 
 
  
 
2. Оператор вывода 
WRITELN (список переменных) – тоже что и write, но с переводом курсора на новую строку после вывода последней переменной; 
WRITELN – вывод пустой строки; 
В языке TurboPascal имеются следующие группы простых типов данных:  
1) Целые типы  
2) Вещественный тип  
3) Перечисляемый тип  
4) Тип-диапазон 
5) Символьный тип 
 
6) Логический тип 
 
Линейный алгоритм 
 
Programtr; 
 
var a, b, c, p, s : real; 
 
Begin 
 
writeln(’Введите длины сторон треугольника’); 
 
readln(a,b,c); 
 
p := (a + b + c)/2;  
 
s := sqrt(p*(p - a)*(p - b)*(p - c)); 
 
writeln(’Площадь треугольника =’, s:5:2); 
 
end. 
 
Вычислить произведение двух целых чисел:  
 
Program p1;  
 
Vara,b,с: integer; {Числа в языке Pascal различаются как целые и вещественные} 
 
Begin 
 
WriteLn('Введите два целых числа через пробел');  
 
ReadLn(a,b);  
 
с:=a*b;  
 
WriteLn('Их произведение равно: ', с);  
 
ReadLn 
 
End.  
 
усская раскладка клавиатуры – правый CTRL+SHIFT 
Английская раскладка клавиатуры – левый CTRL+SHIFT

 
Основные этапы решения задач на компьютере 
Первый этап – постановка задачи.  
На этом этапе участвует человек, хорошо представляющий предметную область задачи. Он должен четко определить цель задачи, дать словесное описание содержания задачи и предложить общий подход к её решению. 
Второй этап – математическое или информационное моделирование. 
Цель этого этапа – создать такую математическую модель решаемой задачи, которая может быть реализована в компьютере.  
Третий этап - алгоритмизация задачи.  
На основе математического описания необходимо разработать алгоритм решения. 
Четвертый этап – программирование. 
Программой называется план действий, подлежащих выполнению некоторым исполнителем, в качестве которого может выступать компьютер.  
Составление программы обеспечивает возможность выполнения алгоритма и соответственно поставленной задачи исполнителем – компьютером. 
Пятый этап - ввод программы и исходных данных в ЭВМ. 
Программа и исходные данные вводятся в ЭВМ с клавиатуры с помощью редактора текстов, и для постоянного хранения осуществляется их запись на гибкий или жесткий магнитный диск. 
Шестой этап - тестирование и отладка программы.  
На этом этапе происходят выполнение алгоритма с помощью ЭВМ, поиск и исключение ошибок. При этом программисту приходится выполнять рутинную работу по проверке работы программы, поиску и исключению ошибок, и поэтому для сложных программ этот часто требует гораздо больше временит и сил, чем написание первоначального текста программы.. 
Отладка программы  
- сложный и нестандартный процесс. Исходный план отладки заключается в том, чтобы оттестировать программу на контрольных примерах. 
исполнение отлаженной программы и анализ результатов 
Язык программирования Паскаль 
 Язык Паскаль является языком программирования высокого уровня. Начиная с момента своего создания Н.Виртом в 1970 г., играет особую роль и в практическом программировании. Текст Паскаль-программы представляет собой последовательность строк, состоящих из символов, образующих алфавит языка.  
Основные средства языка 
Символы языка - это элементарные знаки, используемые при составлении текстов. 
Алфавит языка - набор таких символов. 
Алфавит языка TurboPascal 7.0 включает: 
все латинские прописные и строчные буквы 
арабские цифры (0 – 9) 
символы + - * / = « » , . ; : ‘ _ ( ) { } и др. 
служебные (зарезервированные) слова  
Арифметические операции 
операция 
* 
умножение 
/ 
деление 
div 
Целочисленное деление (15 div 2=7) 
mod 
Остаток от деления (15 mod 2=1) 
- 
вычитание 
+ 
сложение 
Основные стандартные функции, определенные в Паскале: 
Для записи команд, имен функций, поясняющих терминов TurboPascal 7.0 существует набор строго определенных слов, которые называются служебными или зарезервированными (это английские мнемонические сокращения). 
Служебные слова делятся на три группы: 
операторы (READ, WRITELN и др.) 
имена функций (SIN, COS и др.) 
ключевые слова (VAR, BEGIN, END и др.) 
Основные средства языка 
Структура программы 
1. Заголовок программы 
2. Раздел описаний 
3. Тело программы 
Любая программа на Паскале имеет определенную структуру: 
Структура программы 
PROGRAM имя; 
Const; - раздел констант; 
Var; - раздел переменных; 
BEGIN 
оператор 1; 
оператор 2; 
….. 
оператор n; 
Readln 
END. 
Любая программа взаимодействует с пользователем с помощью операторов ввода- вывода. 
 
Операторы ввода- вывода 
 
Ввод информации с клавиатуры осуществляется с помощью оператора READ. 
 
Когда в программе встречается оператор READ, то её действие приостанавливается до тех пор, пока не будут введены исходные данные. 
 
Имеет вид: 
 
READ(а,b,...)  
 
READLN(а,b,..,), 
 
где а,b,... – имена вводимых переменных 
 
READLN - применяется, когда исполнение программы желательно задержать до нажатия клавиши ENTER. 
 
Оператор ввода READ 
 
Оператор вывода WRITE 
 
Для вывода информации на экран используется оператор WRITE. 
 
Имеет вид: 
 
WRITE(а,b,...)  
 
WRITELN(а,b,..), где а,b,... – список выводимых констант, переменных, выражений. 
 
Оператор вывода WRITE 
 
1. WRITE(2*2) – выводит на экран: 4  
 
2.WRITE(‘2*2=‘) - выводит на экран: 2*2= 
 
3. WRITE(‘2*2=‘, 2*2) - выводит на экран: 2*2=4 
 
4. write (x : 7 : 2, y : 7 : 2);  
 
где 7 – количество позиций под все число,  
 
а 2 – количество позиций после запятой 
 
  
 
2. Оператор вывода 
WRITELN (список переменных) – тоже что и write, но с переводом курсора на новую строку после вывода последней переменной; 
WRITELN – вывод пустой строки; 
В языке TurboPascal имеются следующие группы простых типов данных:  
1) Целые типы  
2) Вещественный тип  
3) Перечисляемый тип  
4) Тип-диапазон 
5) Символьный тип 
 
6) Логический тип 
 
Линейный алгоритм 
 
Programtr; 
 
var a, b, c, p, s : real; 
 
Begin 
 
writeln(’Введите длины сторон треугольника’); 
 
readln(a,b,c); 
 
p := (a + b + c)/2;  
 
s := sqrt(p*(p - a)*(p - b)*(p - c)); 
 
writeln(’Площадь треугольника =’, s:5:2); 
 
end. 
 
Вычислить произведение двух целых чисел:  
 
Program p1;  
 
Vara,b,с: integer; {Числа в языке Pascal различаются как целые и вещественные} 
 
Begin 
 
WriteLn('Введите два целых числа через пробел');  
 
ReadLn(a,b);  
 
с:=a*b;  
 
WriteLn('Их произведение равно: ', с);  
 
ReadLn 
 
End.  
 
усская раскладка клавиатуры – правый CTRL+SHIFT 
Английская раскладка клавиатуры – левый CTRL+SHIFT