Как составить схемы по алгоритму действия

Разрабатываем алгоритмы действий и создаем блок-схемы

Разрабатываем алгоритмы действий и создаем блок-схемы

В жизни нам часто приходится встречаться с различными ситуациями, в которых мы совершаем одни и те же определенные действия. Для того, чтобы вовремя проснуться, нам нужно не забыть включить будильник. Для того, чтобы утолить свой голод, нам необходимо выполнить одни и те же действия по приготовлению вкусной пищи. Для того, чтобы выполнить знакомую нам работу, мы тоже часто делаем одно и то же.

Такое поведение можно называть по-разному, смотря в каком контексте оно рассматривается. Если рассмотреть с позиции эффективности деятельности, то эти действия можно назвать привычками или навыками. Если рассматривать с точки зрения отображения процесса, то описание последовательности действий, строгое исполнение которых приводит к решению поставленных задач за определенное количество шагов, называют алгоритмом действий.

Как создаются алгоритмы действий?

Мы постоянно сталкиваемся с этим в обычной жизни. Какие действия мы совершаем, чтобы пополнить счет своего мобильного телефона? Каждый из нас – разные. Так как способов пополнения счета несколько, следовательно мы все по-разному это делаем. Результат, правда всегда один получается – появление средств на телефоне.

Или еще пример: чтобы скопировать картинку или текст, нажимаем правой кнопкой мыши на картинку, затем выбираем “Копировать”, помещаем в нужное место, нажимаем правой кнопкой ” Вставить”, и результат достигнут.

Все это – определенная последовательность действий, в результате которых различными средствами решается поставленная задача. Но пока это только наши знания, которые перерастают в навыки и умения, а если этот процесс описать, то мы сможем наглядно увидеть алгоритм наших действий, и передать его другим людям. На словах не все и не всегда понятно бывает.

Опишите последовательность действий – это запоминается

Создать алгоритм действий можно, описав или изобразив его последовательность. Знают ли все, что надо сделать, чтобы посадить дерево? Возможно, основные шаги понятны всем, но вот когда деревце поливать, перед посадкой или после, помнит не каждый. Созданный алгоритм позволит все действия выполнить в правильной последовательности.

Чтобы описать последовательность действий посложнее, придется постараться и подробно их все записать. Пример можно взять с всевозможных правил и инструкций – там очень четко прописываются по шагам действия, которые нам надо сделать. Но бывают ситуации, в которых за определенным действие следует не один шаг, а несколько, в зависимости от предыдущего результата. В таком случае, предположительные действия тоже записывают, чтобы человек мог легко сориентироваться в разных ситуациях, и знал, что нужно предпринять.

Алгоритм действий в графике – это блок-схема

Если изобразить алгоритмы действий в графическом варианте, с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения действия, то мы получим блок-схему. Блок-схема намного превосходит правила, инструкции, и записанные по порядку алгоритмы действий, по своей наглядности и читаемости.

Представьте, что вам нужно чему-то научить другого человека. Вы отлично знаете все действия в определенной последовательности. Ваша задача – показать, как это нужно делать и передать свои знания так, чтобы другой человек их запомнил и знал так же, как и вы. Устная передача знаний допускает импровизации и некоторый произвол. Самым лучшим способом будет блок-схема, в которой объясняется последовательность и возможные варианты действий. В качестве примера – веселое руководство по изучению блог-схем:

Лучшим условием для получения результата будет повторяемость действий. Это однозначно влияет на скорость достижения результата в будущем. Чем чаще вам придется повторять одни и те же действия, тем быстрее вы научитесь выполнять последовательность действий, а значит в каждый последующий раз, вам потребуется меньше времени на выполнение.

Блок-схемы применяются в продажах

В продажах такое обучение с помощью разработки алгоритмов и изображения их в виде блок-схем имеет большое распространение. Чаще всего их используют в телефонных сценариях разговоров в call-центрах и для “холодных” звонков. Корпоративная культура набирает обороты, поэтому многие компании уже не позволяют сотрудникам нести “отсебятину”, даже талантливую, а предлагают действовать им по заранее разработанному сценарию, представляя “лицо фирмы” на различных этапах. Эффект появляется буквально после нескольких дней действий “по бумажке”. Со временем, многое из описанных алгоритмов запоминается сотрудником, и в дальнейшем он свободно может общаться, не опасаясь того, в какую сторону может уйти разговор.

Алгоритмы действий и блог-схемы разрабатываются не только в продажах. Большое распространение они имеют в обучении и практике врачей, программистов, “компьютерщиков”, у многих технических специальностей.

Стоит попробовать научиться действовать по подобным блок-схемам. Ведь впервые встречаясь с непонятным поначалу обилием действий и задач, думаешь о том, как тебе не хватает разработанной блок-схемы. После долгих мучений не выдерживаешь, и начинаешь разрабатывать и создавать самостоятельно. Эффективные люди не любят простоев в делах. А блок-схемы значительно упрощают жизнь и позволяют разобраться в решении сложных задач.

Сервисы для разработки блок-схем

В интернете есть сервисы, которые могут помочь вам создавать такие блок-схемы. Один из них – [urlspan]Сacoo[/urlspan]. С его помощью вам легко удастся превращать ваши алгоритмы в различные диаграммы, блок-схемы и графики. Вы увидите, что это очень приятное и радостное занятие – преобразовывать то, что вам известно, в науку для других людей.

На этом онлайн-сервисе – хорошее настроение вам обеспечено. На первоначальном этапе можно воспользоваться возможностями бесплатной учетной записи, а в будущем за доступ нужно будет платить. Естественно, что бесплатный доступ имеет ограничения по сравнению с платными. Но для изучения и первых шагов, функционала вполне достаточно.

Разработав алгоритмы действий и преобразовав их в блок-схемы с помощью Cacoo, вы сможете надолго создать хорошее настроение не только себе, но и другим людям, постигающим азы.

Создавайте игровые блок-схемы для своих детей

Подводя итог вышесказанному отмечу, что теперь вы сможете использовать алгоритмы действий и блок-схемы в различных жизненных ситуациях. Даже ваши дети с огромным удовольствием станут выполнять не самые интересные обязанности, следуя понятным подсказкам. Если будут идеи, где и как можно применять алгоритм действий, поделитесь в комментариях, уважаемые читатели. Очень хотелось бы узнать про ваши алгоритмы.

Моя блок-схема

Вот какая блок-схема у меня получилась в первый раз. Для того, чтобы увеличить изображение, нажмите на него. После перехода на Cacoo, под записью “просмотр фигуры”, нажимайте на картинку. Она откроется в большом окне. Удачи!

Успевайте больше за меньшее время вместе с “Копилкой эффективных советов”.

Источник

ОАиП | БФЭК

Учебное пособие

Составление блок-схем алгоритмов

Блок-схемы используются для визуального представления алгоритмов.

Определение:

Алгоритм — это последовательность шагов, ведущая к решению задачи

Определение:

Блок-схема — это схематическое изображение, иллюстрирующее последовательность операторов, которые необходимо выполнить для достижения результата

Инструкции изображаются, используя специальные символы. Символы связываются между собой стрелками, для указания порядка выполнения.

Блок-схемы широко используются при написании программ, так как они:

• Гораздо проще для понимания, чем запись в виде команд.
• Упрощают процесс отладки.
• Позволяют составить эффективную программную документацию.
• Облегчают процесс демонстрации и обсуждения программы.

Блоки, из которых составляются блок-схемы, представлены на Рисунке 1.

Рассмотрим работу с блок-схемами на примере. Для этого нарисуем блок-схему программы нахождения суммы двух чисел:

Блок-схема, показанная на Рисунке 2, иллюстрирует линейную логику. Здесь нет повторений и ветвления.

Способность сравнивать значения и исполнять, в зависимости от полученного результата, различные участки программы превращает компьютер из большого калькулятора в мощное средство решения различных практических задач. Операторы выбора применяются для:

• Сравнения данных
• Выбора одного из альтернативных путей решения задачи.

Например, при снятии денег с банковского счета производится сравнение снимаемой суммы с суммой на счете. Если снимаемая сумма меньше, то заказ выполняется. В противном случае происходит отказ от обслуживания.

Определение:

Ветвление — это процесс выбора из двух, или более альтернативных путей вычисления. Рассмотрим ветвление на следующих примерах:

Пример 1. Посмотрим на то, как будет выглядеть блок-схема алгоритма проверки чисел на четность:

• Ветвление используется в том случае, когда необходимо разделить поток вычислений на два и более альтернативных варианта. Основанием для выбора маршрута является результат проверки истинности условия ветвления.

Пример 2. Рассмотрим блок-схему алгоритма, определяющего максимальное из 3-х чисел (см. рис. 4):

Как мы видим, ветвление производится, когда нам необходимо выбрать дальнейший маршрут в зависимости от истинности некоего условия, называемого также условием ветвления.

Основные типы блок-схем, использующих ветвление, представлены на Рисунке 5:

На Рисунке 5(а) представлена неполная конструкция условного ветвления. Здесь, в зависимости от выбранного маршрута движения, выполняется один или несколько вычислительных шагов, или происходит дальнейшее движение без вычислений, до момента слияния маршрутов.

На Рисунке 5(b) представлен полный вариант условного ветвления. Здесь, в зависимости от выбранного маршрута движения, выполняется одна или другая последовательность вычислений, после чего маршруты вновь сливаются.

Определение:

Цикл — это многократно выполняемый участок алгоритма.

Тело цикла-это последовательность выполняемых в цикле операторов.

Итерация — однократное выполнение тела цикла.

• С фиксированным числом итераций
• С переменным числом итераций

Рассмотрим различия между этими двумя типами на следующих примерах:

Пример 3. Пусть есть данные о расходах за каждый месяц года. Блок-схема алгоритма подсчитывающего расходы за год будет иметь вид:

Рисунок 6 иллюстрирует цикл с фиксированным числом итераций — число месяцев в году известно и последовательность вычислений не может быть повторена более 12 раз.

Мы читаем расходы за один месяц и добавляем их к общему результату. После этого номер месяца сравнивается с 12.

Если номер месяца равен 12, то цикл завершается, и выводятся данные о расходах за год. В противном случае цикл повторяется для следующего месяца.

Пример 4. Пусть есть информация о каждом жителе города (имя, возраст, пол и т.д.). Необходимо составить список жителей старше 50 лет. Блок-схема соответствующего алгоритма будет иметь вид:

Рисунок 7 иллюстрирует цикл с переменным числом итераций — нам заранее неизвестно число жителей города старше 50 лет. Этот цикл выполняется до тех пор, пока есть еще неучтенные люди. Цикл представляется в виде следующей элементарной блок-схемы:

• В цикле с фиксированным числом итераций количество итераций известно заранее. Вычисления, производящиеся внутри цикла, не оказывают никакого влияния на число итераций.
• Цикл с переменным числом итераций выполняется до тех пор, пока не будет выполнено некоторое условие. Количество итераций в таком цикле может варьироваться.
• Циклы обычно выполняются до тех пор, пока какое-либо условие не примет значение true или false.

РАЗДЕЛЕНИЕ БЛОК-СХЕМ НА ЧАСТИ

При работе с блок-схемами мы часто сталкиваемся со следующими проблемами:

• Блок-схема может не поместиться на одной странице.
• Может оказаться сложным связать все элементы блок-схемы друг с другом непосредственно.

Для решения этих проблем блок-схемы обычно разбивают на отдельные части, для состыковки которых используются элементы- соединители.

Соединительный элемент имеет свой собственный, уникальный номер и состоит из двух частей. Эти части изображаются в местах разрыва соединительных линий. Для определения принадлежности частей соединительному элементу, номер элемента записывается на каждой из частей.

Например, разбив на 2 части блок-схему, изображенную на Рисунке 2 мы получим:

• Соединители вставляются в местах разрыва блок-схемы. Расположение каждого объединения указывается с помощью уникального номера.
• В блок-схеме может быть только одна вершина Начало и только одна вершина Конец.
• Используйте машинно-независимые элементы.
• Не обязательно представлять в блок-схеме каждый шаг программы. Можно ограничиться наиболее важными блоками.
• Желательно использовать наглядные названия переменных и блоков.
• Помните, программа должна быть написана так, чтобы любой другой программист смог бы легко понять ее.

МЕТОД ПРОГОНКИ

Метод прогонки используется для проверки правильности работы программы без использования компьютера. Для этого составляется специальная таблица, в которую записываются значения переменных по шагам. Этот метод позволяет эффективно находить и устранять логические ошибки. Проиллюстрируем этот метод следующим примером:

ТАБЛИЦА ПОШАГОВОГО ПРОГОНА

X	Y	М
Начальные значения	10	5	0
после шага 5	10	5	65
после шага 6	10	9	65
после шага 7	10	9	74

Таким образом, на 8-м шаге на экран будет выведено: 10, 9 и 74.

Источник

Схема — это абстракция какого-либо процесса или системы, наглядно отображающая наиболее значимые части. Схемы широко применяются с древних времен до настоящего времени — чертежи древних пирамид, карты земель, принципиальные электрические схемы. Очевидно, древние мореплаватели хотели обмениваться картами и поэтому выработали единую систему обозначений и правил их выполнения. Аналогичные соглашения выработаны для изображения схем-алгоритмов и закреплены ГОСТ и международными стандартами.

На территории Российской Федерации действует единая система программной документации (ЕСПД), частью которой является Государственный стандарт — ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных и систем» [1]. Не смотря на то, что описанные в стандарте обозначения могут использоваться для изображения схем ресурсов системы, схем взаимодействия программ и т.п., в настоящей статье описана лишь разработка схем алгоритмов программ.

Рассматриваемый ГОСТ практически полностью соответствует международному стандарту ISO 5807:1985.

Содержание:

1. Элементы блок-схем алгоритмов
2. Примеры блок-схем
3. Нужны ли блок-схемы? Альтернативы

Элементы блок-схем алгоритмов

Блок-схема представляет собой совокупность символов, соответствующих этапам работы алгоритма и соединяющих их линий. Пунктирная линия используется для соединения символа с комментарием. Сплошная линия отражает зависимости по управлению между символами и может снабжаться стрелкой. Стрелку можно не указывать при направлении дуги слева направо и сверху вниз. Согласно п. 4.2.4, линии должны подходить к символу слева, либо сверху, а исходить снизу, либо справа.

Есть и другие типы линий, используемые, например, для изображения блок-схем параллельных алгоритмов, но в текущей статье они, как и ряд специфических символов, не рассматриваются. Рассмотрены лишь основные символы, которых всегда достаточно студентам.

	Терминатором начинается и заканчивается любая функция. Тип возвращаемого значения и аргументов функции обычно указывается в комментариях к блоку терминатора.
	В ГОСТ определено множество символов ввода/вывода, например вывод на магнитные ленты, дисплеи и т.п. Если источник данных не принципиален, обычно используется символ параллелограмма. Подробности ввода/вывода могут быть указаны в комментариях.
	В блоке операций обычно размещают одно или несколько (ГОСТ не запрещает) операций присваивания, не требующих вызова внешних функций.
	Блок в виде ромба имеет один вход и несколько подписанных выходов. В случае, если блок имеет 2 выхода (соответствует оператору ветвления), на них подписывается результат сравнения — «да/нет». Если из блока выходит большее число линий (оператор выбора), внутри него записывается имя переменной, а на выходящих дугах — значения этой переменной.
	Вызов внешних процедур и функций помещается в прямоугольник с дополнительными вертикальными линиями.
	Символы начала и конца цикла содержат имя и условие. Условие может отсутствовать в одном из символов пары. Расположение условия, определяет тип оператора, соответствующего символам на языке высокого уровня — оператор с предусловием (while) или постусловием (do … while).
	Символ «подготовка данных» в произвольной форме (в ГОСТ нет ни пояснений, ни примеров), задает входные значения. Используется обычно для задания циклов со счетчиком.
	В случае, если блок-схема не умещается на лист, используется символ соединителя, отражающий переход потока управления между листами. Символ может использоваться и на одном листе, если по каким-либо причинам тянуть линию не удобно.
	Комментарий может быть соединен как с одним блоком, так и группой. Группа блоков выделяется на схеме пунктирной линией.

Примеры блок-схем

В качестве примеров, построены блок-схемы очень простых алгоритмов сортировки, при этом акцент сделан на различные реализации циклов, т.к. у студенты делают наибольшее число ошибок именно в этой части.

Сортировка вставками

Массив в алгоритме сортировки вставками разделяется на отсортированную и еще не обработанную части. Изначально отсортированная часть состоит из одного элемента, и постепенно увеличивается.

На каждом шаге алгоритма выбирается первый элемент необработанной части массива и вставляется в отсортированную так, чтобы в ней сохранялся требуемый порядок следования элементов. Вставка может выполняться как в конец массива, так и в середину. При вставке в середину необходимо сдвинуть все элементы, расположенные «правее» позиции вставки на один элемент вправо. В алгоритме используется два цикла — в первом выбираются элементы необработанной части, а во втором осуществляется вставка.

В приведенной блок-схеме для организации цикла используется символ ветвления. В главном цикле (i < n) перебираются элементы необработанной части массива. Если все элементы обработаны — алгоритм завершает работу, в противном случае выполняется поиск позиции для вставки i-того элемента. Искомая позиция будет сохранена в переменной j в результате выполнения внутреннего цикла, осуществляющем сдвиг элементов до тех пор, пока не будет найден элемент, значение которого меньше i-того.

На блок-схеме показано каким образом может использоваться символ перехода — его можно использовать не только для соединения частей схем, размещенных на разных листах, но и для сокращения количества линий. В ряде случаев это позволяет избежать пересечения линий и упрощает восприятие алгоритма.

Сортировка пузырьком

Сортировка пузырьком, как и сортировка вставками, использует два цикла. Во вложенном цикле выполняется попарное сравнение элементов и, в случае нарушения порядка их следования, перестановка. В результате выполнения одной итерации внутреннего цикла, максимальный элемент гарантированно будет смещен в конец массива. Внешний цикл выполняется до тех пор, пока весь массив не будет отсортирован.

На блок-схеме показано использование символов начала и конца цикла. Условие внешнего цикла (А) проверяется в конце (с постусловием), он работает до тех пор, пока переменная hasSwapped имеет значение true. Внутренний цикл использует предусловие для перебора пар сравниваемых элементов. В случае, если элементы расположены в неправильном порядке, выполняется их перестановка посредством вызова внешней процедуры (swap). Для того, чтобы было понятно назначение внешней процедуры и порядок следования ее аргументов, необходимо писать комментарии. В случае, если функция возвращает значение, комментарий может быть написан к символу терминатору конца.

Сортировка выбором

В сортировке выбором массив разделяется на отсортированную и необработанную части. Изначально отсортированная часть пустая, но постепенно она увеличивается. Алгоритм производит поиск минимального элемента необработанной части и меняет его местами с первым элементом той же части, после чего считается, что первый элемент обработан (отсортированная часть увеличивается).

На блок-схеме приведен пример использования блока «подготовка», а также показано, что в ряде случаев можно описывать алгоритм более «укрупнённо» (не вдаваясь в детали). К сортировке выбором не имеют отношения детали реализации поиска индекса минимального элемента массива, поэтому они могут быть описаны символом вызова внешней процедуры. Если блок-схема алгоритма внешней процедуры отсутствует, не помешает написать к символу вызова комментарий, исключением могут быть функции с говорящими названиями типа swap, sort, … .

На блоге можно найти другие примеры блок-схем:

• блок-схема проверки правильности расстановки скобок арифметического выражения [2];
• блок-схемы алгоритмов быстрой сортировки и сортировки слиянием [3].

Часть студентов традиционно пытается рисовать блок-схемы в Microsoft Word, но это оказывается сложно и не удобно. Например, в MS Word нет стандартного блока для терминатора начала и конца алгоритма (прямоугольник со скругленными краями, а не овал). Наиболее удобными, на мой взгляд, являются утилиты MS Visio и yEd [5], обе они позволяют гораздо больше, чем строить блок-схемы (например рисовать диаграммы UML), но первая является платной и работает только под Windows, вторая бесплатная и кроссплатфомренная. Все блок-схемы в этой статье выполнены с использованием yEd.

Частные конторы никакие блок-схемы не используют, в книжках по алгоритмам [6] вместо них применяют словесное описание (псевдокод) как более краткую форму. Возможно блок-схемы применяют на государственных предприятиях, которые должны оформлять документацию согласно требованиям ЕСПД, но есть сомнения — даже для регистрации программы в Государственном реестре программ для ЭВМ никаких блок-схем не требуется.

Тем не менее, рисовать блок-схемы заставляют школьников (примеры из учебников ГОСТ не соответствуют) — выносят вопросы на государственные экзамены (ГИА и ЕГЭ), студентов — перед защитой диплом сдается на нормоконтроль, где проверяется соответствие схем стандартам.

Разработка блок-схем выполняется на этапах проектирования и документирования, согласно каскадной модели разработки ПО, которая сейчас почти не применяется, т.к. сопровождается большими рисками, связанными с ошибками на этапах проектирования.

Появляются подозрения, что система образования прогнила и отстала лет на 20, однако аналогичная проблема наблюдается и за рубежом. Международный стандарт ISO 5807:1985 мало чем отличается от ГОСТ 19.701-90, более нового стандарта за рубежом нет. Там же производится множество программ для выполнения этих самых схем — Dia, MS Visio, yEd, …, а значит списывать их не собираются. Вместо блок-схем иногда применяют диаграммы деятельности UML [6], однако удобнее они оказываются, разве что при изображении параллельных алгоритмов.

Периодически поднимается вопрос о том, что ни блок-схемы, ни UML не нужны, да и документация тоже не нужна. Об этом твердят программисты, придерживающиеся методологии экстремального программирования (XP) [7], ходя даже в их кругу нет единого мнения.

В ряде случаев, программирование невозможно без рисования блок-схем, т.к. это один процесс — существуют визуальные языки программирования, такие как ДРАКОН [8], кроме того, блок-схемы используются для верификации алгоритмов (формального доказательства их корректности) методом индуктивных утверждений Флойда [9].

В общем, единого мнения нет. Очевидно, есть области, в которых без чего-то типа блок-схем обойтись нельзя, но более гибкой альтернативы нет. Для формальной верификации необходимо рисовать подробные блок-схемы, но для проектирования и документирования такие схемы не нужны — я считаю разумным утверждение экстремальных программистов о том, что нужно рисовать лишь те схемы, которые помогают в работе и не требуют больших усилий для поддержания в актуальном состоянии [10].

Список использованных источников:

1. ГОСТ 19.701–90 (ИСО 5807–85) «Единая система программной документа­ции».
2. Алгоритм. Свойства алгоритма https://pro-prof.com/archives/578
3. Алгоритмы сортировки слиянием и быстрой сортировки https://pro-prof.com/archives/813
4. yEd Graph Editor https://www.yworks.com/products/yed
5. Книги: алгоритмы https://pro-prof.com/books-algorithms
6. Рамбо Дж., Якобсон А., Буч Г. UML: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2002. -656 с.
7. Кент Бек Экстремальное программирование: разработка через тестирование – СПб.: Питер – 2003
8. Визуальный язык ДРАКОН https://drakon.su/
9. Шилов Н.В. Верификация шаблонов алгоритмов для метода отката и метода ветвей и границ. Моделирование и анализ информационных систем, ISSN 1818 – 1015, т.18, №4, 2011
10. Брукс Ф., Мифический человеко — месяц или как создаются программные системы. СПб. Символ Плюс, 1999 — 304 с. ил.

Что это такое? Блок-схема алгоритма отображает в графическом виде последовательность операций и переходные фазы. Каждому действию соответствует определенная фигура (ромб, квадрат, овал и т. д.), поэтому располагать их нужно в правильном порядке.

Как составить? В любой блок-схеме существуют обязательные элементы: начало, конец, линии связи. Также необходима нумерация для понимания направления чтения. Остальные действия зависят от того, какой именно алгоритм нужно описать.

Суть алгоритмов

Алгоритмом называют конечную последовательность конкретных действий, выполняя которые, исполнитель достигает определенной цели.

Итогом прохождения всех шагов должен быть изначально заданный результат (например, некие выходные данные). Для выполнения этого процесса по мере необходимости могут создаваться и использоваться промежуточные данные. Они выходными являться не будут и нужны исключительно для обеспечения всей работы.

Любой алгоритм нужно наделять определенными свойствами. Наиболее важную роль играют:

• Дискретность. Общая задача разделяется на отдельные, последовательно выполняемые шаги. Это, как правило, простейшие действия, порядок которых строго определен. Каждый шаг представляет собой инструкцию или команду, выполнение которой должно начинаться только тогда, когда выполнена предыдущая команда в этой последовательности.
• Конечность. Количество шагов должно быть конечным. Иными словами, результат необходимо получить по завершении строго определенного числа команд в алгоритме.
• Понятность. Все шаги необходимо формулировать так, чтобы исполнитель их полностью понимал. То есть алгоритм должен состоять только из команд, входящих в систему компетенций данного человека.

Скачать
файл

• Детерминированность. Каждую команду, а также порядок выполнения всех команд необходимо предварительно четко и однозначно определить. При этом на результат выполнения каждого шага не должна влиять никакая сторонняя информация. Необходимо выстроить команды так, чтобы конечная цель алгоритма обеспечивалась только формальным выполнением четких и последовательных инструкций. Исполнителю при этом не нужно вникать в смысл команд. Благодаря такому подходу итоговый результат будет всегда одинаковым и предсказуемым независимо от того, кто выполняет эту работу.
• Массовость. Один алгоритм призван решать сразу комплекс однотипных задач, определяемый заданным диапазоном входной информации.

Алгоритмы могут быть представлены в нескольких формах:

• Текстовая запись. Команды записываются обычным текстом на каком-либо языке. Порядок выполнения определяется нумерацией. Действия описываются произвольно и максимально конкретно.

  

  

  Читайте также
• Блок–схема. Команды отображаются графически, в виде блок-схемы из геометрических фигур.
• Алгоритмические языки. Алгоритм строится с использованием специального искусственного языка, состоящего из определенной системы обозначений.
• Псевдокод. Обычный язык комбинируется с алгоритмическим. Последний берется за основу для описания базовых структур алгоритма.

Что такое блок-схема алгоритма

Как упоминалось выше, алгоритм может быть схематически представлен в виде блок-схемы. Этот вид графики также широко используется для представления любых процессов и систем в самых разных отраслях деятельности человека. С помощью блок-схемы выполняется документирование, изучение, планирование, совершенствование и объяснение сложных процессов путем превращения их в простые и логичные диаграммы.

Для описания конкретных действий используются геометрические фигуры: прямоугольники, ромбы, овалы и т. д. Последовательность шагов и направление процессов отображается соединительными стрелками.

Существует несколько видов блок-схем алгоритма, которые отличаются в числе прочего сложностью исполнения, начиная от простейших и нарисованных от руки эскизов, заканчивая сложными, спроектированными на компьютере диаграммами. Блок-схемы, учитывая многообразие всех вариаций, могут быть использованы в самых разных областях жизнедеятельности и, соответственно, по-разному называться.

Так, в зависимости от отрасли, встречаются схемы процессов, функциональные блок-схемы, модели и нотации бизнес-процессов, схемы технологических процессов. Все это имеет тесную связь с другими популярными разновидностями схем (например, с некоторыми диаграммами).

Составляющие блок-схемы алгоритма

Блок-схемы создаются из различных блоков, соединяемых между собой линиями со стрелками. Таким образом отображается поток управления. Далее разберем более подробно каждый тип блоков.

Терминал

Представляет собой овальную область, которой обозначают начало и конец выполнения программы. В любом алгоритме, изображенном в виде блок-схемы, присутствует как минимум два таких овала, которые ограничивают собой данный алгоритм.

Данные

Блок рисуется в виде параллелограмма, содержащего внутри входные или выходные данные. Обычно здесь размещают информацию, поступающую в алгоритм извне, и результат, который в итоге он выдает.

Процесс

Выглядит как прямоугольник, служит для записи основного программного кода. Процесс является ключевым элементом алгоритма, отражающим суть всей блок-схемы.

Решение

Данный блок рисуется в виде ромба и предназначен для управляющих и условных операторов какого-либо языка программирования (например, if или «больше» и «меньше»). Здесь всегда предлагается на выбор один из двух вариантов: «да» или «нет».

Поток

Обозначается в виде стрелки, представляя собой собственно поток какого либо процесса или алгоритма с указанием направления. Таким способом обеспечивается высокая читаемость программы.

Ссылка на странице

Выглядит как окружность с расположенными внутри символами. Такая ссылка дает понять, что блок-схема продолжает дальнейшие шаги алгоритма. Когда схема достаточно длинная, для экономии места внутри данной окружности в качестве ссылки размещают одну цифру. Этот же символ должен быть использован в продолжении схемы.

Правила составления блок-схемы

Чтобы составить блок-схему алгоритма грамотно, необходимо следовать приведенным ниже принципам.

• Начало и конец схемы обязательно ограничиваются соответствующими блоками в одном экземпляре.
• Начальный блок должен быть соединен с конечным линиями связи.
• Линии потока необходимо рисовать из всех блоков, кроме конечного.
• Все блоки нумеруются по порядку слева направо и сверху вниз. Номера ставятся в верхнем левом углу с разрывом начертания.
• Между всеми блоками обеспечивается взаимная связь через линии, определяющие последовательность выполнения команд. Движение потока в обратном порядке от принятого по умолчанию обязательно обозначается стрелками.
• Используемые в схеме линии могут быть входящими или выходящими. Это разделение относительное. Для одного линия, выходящая из одного блока, для другого уже будет являться входящей.
• Начальный блок имеет лишь выходящие линии потока. Соответственно, в конечный блок линии могут только входить.
• Поскольку движение потока идет сверху вниз, входящие линии принято изображать сверху от блока, а выходящие — снизу. Это в целом упрощает чтение блок-схемы.
• Линии потока могут обрываться. При этом места разрывов необходимо помечать специальными соединительными элементами.
• Чтобы блок-схема легче читалась, допускается описательную часть выносить в комментарии.

Разделение блок-схемы

Построение блок-схемы зачастую связано с определенными трудностями, среди которых:

• слишком малое место для размещения на одной странице;
• сложности в связывании всех элементов непосредственно друг с другом.

Устранить эти проблемы можно путем разбивки всей блок-схемы алгоритма программы на несколько фрагментов и последующего соединения этих фрагментов специальными соединительными элементами.

Используемые при этом соединители подписываются уникальными номерами, состоящими из двух частей. Это нужно для определения соответствия соединительных линий друг другу. Принадлежность частей уникального номера соединительному элементу обеспечивается записью данного номера на каждом фрагменте блок-схемы. Общие правила разделения приведем ниже.

• Места разрыва схемы обозначаются соединительным блоком. Каждое такое соединение маркируется уникальным номером.
• Использоваться должны только машинно-независимые элементы.
• Представление в блок-схеме каждого шага не является обязательным. Важно отобразить только ключевые этапы выполнения программы.
• Переменные и блоки желательно именовать наглядными и запоминаемыми словами.

И самое главное условие — сформированный алгоритм должен быть понятен любому программисту.

Востребованность блок-схем

В небольших компаниях для построения алгоритмов обычно применяют лаконичную словесную форму (псевдокод). Блок-схемы же вероятнее всего встречаются на государственных предприятиях, где действуют требования по оформлению документации ЕСПД. Однако даже при регистрации программного обеспечения в Госреестре можно обойтись без этих схем.

И все же современные учебные программы в школах и вузах учитывают умение рисовать данного вида графику. Вопросы, посвященные блок-схемам, встречаются на выпускных и государственных экзаменах. Студенты перед дипломной защитой также должны проверять свою работу на соответствие стандартам построения схем.

Программное обеспечение сегодня почти не разрабатывается по устаревшей каскадной модели, так как при этом часто на этапах проектирования возникают ошибки. Но когда разработка по такой модели все же ведется, применяются именно блок-схемы записи алгоритма.

Во всем мире наблюдается значительное отставание образовательной системы от технического прогресса. Отечественный устаревший стандарт ГОСТ 19.701-90 в целом схож с международным ISO 5807:1985. Более актуальные модификации до сих пор не разработаны. За рубежом все еще продолжают создавать специализированное программное обеспечение для проектирования блок-схем (Dia, MS Visio, yEd).

Есть немногочисленные примеры применения более совершенных диаграмм деятельности UML, хотя эти диаграммы показывают свою эффективность лишь при описании параллельных алгоритмов.

В среде разработчиков порой возникает мнение о бесполезности блок-схем и даже UML. Некоторые убеждены в том, что и документация для разработки тоже не требуется. Впрочем, об этом чаще говорят сторонники так называемого экстремального программирования.

Для определенных задач разработки использование блок-схем все же требуется. В частности, это необходимо, когда программы создаются в визуальных средах программирования (например, ДРАКОН). Также с помощью блок-схем верифицируются алгоритмы. То есть, в соответствии с методом индуктивных утверждений Флойда формально доказывается их корректность.

Пока что можно сделать вывод, что единого мнения касательно необходимости блок-схем нет. Безусловно, в некоторых областях деятельности без них пока не обойтись в отсутствие альтернативы. Формальная верификация требует создавать блок-схемы выполнения алгоритма, хотя для непосредственного проектирования и документирования это уже не нужно.

Здесь стоит прислушаться к утверждению «программистов-экстремалов» о том, что имеет смысл рисовать лишь те схемы, которые действительно полезны в работе и при этом не требуют слишком больших усилий для рисования и актуализации.

У этого термина существуют и другие значения, см. Блок.

Блок-схема — распространённый тип схем (графических моделей), описывающих алгоритмы или процессы, в которых отдельные шаги изображаются в виде блоков различной формы, соединённых между собой линиями, указывающими направление последовательности.

Основные элементы схем алгоритма[править | править код]

При начертании элементов рекомендуется придерживаться строгих размеров, определяемых двумя значениями a и b. Значение a выбирается из ряда 15, 20, 25.. мм, b рассчитывается из соотношения 2⋅a = 3⋅b. Определение размеров несёт рекомендательный характер, однако, при соблюдении выполнения размеров блок-схемы имеют более аккуратный вид.

Действие[править | править код]

Символ отображает функцию обработки данных любого вида (выполнение определённой операции или группы операций, приводящее к изменению значения, формы или размещения информации или к определению, по которому из нескольких направлений потока следует двигаться).

Данные (ввод-вывод)[править | править код]

Символ отображает данные, носитель данных не определён.

Преобразование данных в форму, пригодную для обработки (ввода) или отображения результатов обработки (вывода). Данный символ не определяет носителя данных (для указания типа носителя данных используются специфические символы).

Предопределённый процесс (функция)[править | править код]

Символ отображает предопределённый процесс, состоящий из одной или нескольких операций или шагов программы, которые определены в другом месте (в подпрограмме, модуле). Например, в программировании − вызов процедуры или функции.

Вопрос (условие или решение)[править | править код]

Символ отображает решение или функцию переключательного типа, имеющую один вход и ряд альтернативных выходов, один и только один из которых может быть активизирован после вычисления условий, определённых внутри этого символа. Соответствующие результаты вычисления могут быть записаны по соседству с линиями, отображающими эти пути.

Отображает решение или функцию переключательного типа с одним входом и двумя или более альтернативными выходами, из которых только один может быть выбран после вычисления условий, определённых внутри этого элемента. Вход в элемент обозначается линией, входящей обычно в верхнюю вершину элемента. Если выходов два или три, то обычно каждый выход обозначается линией, выходящей из оставшихся вершин (боковых и нижней). Если выходов больше трёх, то их следует показывать одной линией, выходящей из вершины (чаще нижней) элемента, которая затем разветвляется. Соответствующие результаты вычислений могут записываться рядом с линиями, отображающими эти пути. Примеры решения: в общем случае — сравнение (три выхода: >, <, =); в программировании — условные операторы if (два выхода: true, false) и case (множество выходов).

Ограничитель[править | править код]

Символ отображает вход из внешней среды и выход во внешнюю среду (начало или конец схемы программы, внешнее использование и источник или пункт назначения данных).

На практике имеют смысл следующие описания ограничителей: начало/конец, запуск/останов, перезапуск (подразумевает перезапуск данной блок-схемы), ошибка (подразумевает завершение алгоритма с ошибкой), исключение (подразумевает исполнение программного исключения)

Цикл[править | править код]

Символ, состоящий из двух частей, отображает начало и конец цикла. Обе части символа имеют один и тот же идентификатор. Условия для инициализации, приращения, завершения и т. д. помещаются внутри символа в начале или в конце в зависимости от расположения операции, проверяющей условие.

Пример блок-схемы расчёта факториала с использованием цикла[править | править код]

Пример вложенных циклов[править | править код]

Соединитель[править | править код]

Символ отображает выход в часть схемы и вход из другой части этой схемы и используется для обрыва линии и продолжения её в другом месте. Соответствующие символы-соединители должны содержать одно и то же уникальное обозначение.

Разделение алгоритма на две части с использованием соединителей[править | править код]

Комментарий[править | править код]

Символ используют для добавления описательных комментариев или пояснительных записей в целях объяснения или примечаний. Пунктирные линии в символе комментария связаны с соответствующим символом или могут обводить группу символов. Текст комментариев или примечаний должен быть помещён около ограничивающей фигуры.

Также символ комментария следует использовать в тех случаях, когда объём текста, помещаемого внутри некоего символа (например, символ процесса, символ данных и др.), превышает размер самого этого символа.
Комментарии используют совместно с терминаторами для описания входных аргументов алгоритма при описании функций.

Параллельные действия[править | править код]

Символ представляется двумя параллельными линиями, отображает синхронизацию двух или более параллельных операций. В случае входа нескольких операций в параллельные линии, выполнение алгоритма будет продолжено только в случае окончания всех входящих процессов.

Параллельные действия могут быть использованы для асинхронных процессов или для процессов, последовательность которых не важна. В представленном примере стоит обратить внимание, что созданные в одних параллельных линиях процессы не обязаны также параллельно заканчиваться.

Описание других элементов схем можно найти в соответствующих ГОСТ^[1]. Среди элементов существуют:

• Запоминаемые данные
• Документ
• Ручной ввод
• Карта
• Дисплей
• Передача управления
• Альтернативная связь между двумя или более символами
• и др.

Представление алгоритмов в виде графов[править | править код]

Порядок выполнения действий задаётся путём соединения вершин дугами, что позволяет рассматривать блок-схемы не только как наглядную интерпретацию алгоритма, удобную для восприятия человеком, но и как ориентированный граф (т. н. граф-схема алгоритма, ГСА). Подобное представление алгоритмов используется при построении систем логического управления, реализующих заданные управляющие алгоритмы, в задачах распараллеливания вычислений и так далее.

Критика[править | править код]

Распространённой и ошибочной практикой является попытка использования блок-схем для иллюстрации алгоритма на низком уровне (на уровне кода) — то есть попытка вписывать в блоки схемы фрагменты кода на каком-либо искусственном языке. Такой подход применим только к программам, организованным согласно структурному подходу, и не может отразить, к примеру, алгоритм, который реализуется во взаимодействии абстракций при объектно-ориентированном подходе. Для целей описания алгоритмов, взаимодействия частей системы и иллюстрации многих других сопутствующих вещей существует нотация UML ^{[источник не указан 946 дней]}.

Примечания[править | править код]

Если дать определение схеме, можно отметить основной момент: в первую очередь подразумевается абстракция какого-нибудь процесса (системы), при которой наиболее важные части отображаются наглядно (визуально). Схемы использовались на протяжении всей истории человечества: это и чертежи пирамид, и карты сухопутных и морских путей, и принципиальные электрические схемы.

Те же мореплаватели, создавая карты, делали это в соответствии с единой системой обозначений — это позволяло обмениваться информацией друг с другом. То же самое справедливо и для визуального отображения схем алгоритмов — существуют правила, единые обозначения и стандарты, регламентирующие их применение. В России это ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных и систем», который близок к международному стандарту ISO 5807:1985.

Главные элементы блок-схем алгоритмов

Прежде чем продолжить, стоит дать определение блок-схемы в соответствии со стандартом — речь идёт о совокупности символов, которые отвечают этапам работы алгоритма, причём эти символы имеют соединяющие линии:
— пунктирную — для соединения с комментарием;
— сплошную — отображает зависимости по управлению, допускается наличие на ней стрелки. В соответствии со стандартом составитель может не указывать стрелку, если дуга направляется сверху вниз или слева направо.

Также существуют и дополнительные виды линий, которые применяются, когда надо дать описание блок-схемам параллельных алгоритмов, однако в этой статье мы их рассматривать не будем, как и ряд других дополнительных спецсимволов.

В таблице ниже дан перечень основных символов, используемых при описании алгоритмов:

Задача и блок-схема алгоритма

На картинке ниже дан алгоритм в виде схемы. В нем мы видим оператор присваивания :=, то есть X := 1 будет означать, что переменная Х примет значение 1. По результату алгоритмических действий надо определить итог работы представленного алгоритма, используя следующие входные данные: Х = 7, Y = 12.

Схема этого алгоритма и решение задачи будут выглядеть следующим образом:

Смотрим, как следует решать подобное задание:
1. Блок ввода данных определяет исходные значения Х и Y (в соответствии с условием это 7 и 12).
2. В первом блоке значения Х и Y сравниваются. Так как условие не является верным (7 < 12), осуществляется переход по линии с пометкой «нет».
3. Второй блок служит для второго сравнения — оно верное, в результате чего следующее действие — это переход по линии с отметкой «да».
4. Следующий этап является заключительным, то есть происходит вычисление результата работы алгоритма. По итогу всех вышеописанных действий мы получаем окончательный ответ, не требующий дополнительных вычислений: X := 0, Y := 1.

Решение алгоритма сортировки пузырьком

В этом примере давайте попробуем дать описание решению алгоритма сортировки по методу пузырьком (метод сортировки вставками). Здесь применяются 2 цикла. Во вложенном цикле осуществляется попарное сравнение элементов. Если нарушается порядок, происходит перестановка. По итогу выполнения одной итерации во внутреннем цикле, наибольший элемент будет смещён в самый конец массива. Внешний цикл будет выполняться, пока полностью весь массив не отсортируется.

На схеме отображено применение символов конца и начала цикла. Здесь условие внешнего цикла (А) проверяется в конце (с постусловием), а функционирует он до тех пор, пока переменная hasSwapped является true. Во внутреннем цикле используется предусловие для перебора пар элементов, которые сравниваются. Если они располагаются в неправильном порядке, они переставляются путём вызова внешней процедуры (swap). Для понимания назначения внешней процедуры, как и порядка следования аргументов этой процедуры, нужно оставлять комментарии. Если функция возвращает значение, то комментарий можно написать к символу-терминатору конца.

В этой статье мы постарались дать ответ, зачем нужны блок-схемы, каковы их основные элементы, как с их помощью решить алгоритмическую задачу. При подготовке материала использовались следующие источники:

• https://uchitel.pro/алгоритм-свойства-алгоритмов/;
• https://pro-prof.com/archives/1462.