Вложенный цикл в кумире

Вложенные циклы и ветвления в системе КУМИР

Одним из фундаментальных понятий в информатике является понятие алгоритма. Происхождение самого термина «алгоритм» связано с математикой. Это слово происходит от Algorithmi – латинского написания имени Мухаммеда аль-Хорезми (787 – 850) выдающегося математика средневекового Востока. В своей книге “Об индийском счете” он сформулировал правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действий над ними столбиком.

В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных.

Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством. Создание алгоритма, пусть даже самого простого, – процесс творческий. Он доступен исключительно живым существам, а долгое время считалось, что только человеку. В XII в. был выполнен латинский перевод его математического трактата, из которого европейцы узнали о десятичной позиционной системе счисления и правилах арифметики многозначных чисел. Именно эти правила в то время называли алгоритмами.

Данное выше определение алгоритма нельзя считать строгим – не вполне ясно, что такое «точное предписание» или «последовательность действий, обеспечивающая получение требуемого результата». Поэтому обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций.

Такими свойствами являются:

• Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

• Определенность – каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

• Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

• Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Способы записи алгоритмов

Для записи алгоритмов используют самые разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого алгоритма.

Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:

– вербальный, когда алгоритм описывается на человеческом (естественном) языке. Естественными являются национальные языки (русский, английский, немецкий и т.д.);

– символьный, когда алгоритм описывается с помощью набора символов и является программой (программы пишутся с помощью языков программирования);

– графический, когда алгоритм описывается с помощью набора графических изображений (блок-схема).

Общепринятыми способами записи являются графическая запись с помощью блок-схем и символьная запись с помощью какого-либо алгоритмического языка – программа.

При графическом способе записи составляются блок-схемы , на которых с помощью условных обозначений (геометрических фигур) обозначаются различные части алгоритма. Элементы блок-схем представлены на рисунке.

Система программирования КУМИР

При освоении темы алгоритмы воспользуемся системой программирования КУМИР.

КуМир (Комплект Учебных МИРов) – система программирования, предназначенная для поддержки начальных курсов информатики и программирования в средней и высшей школе.

В системе КуМир используется школьный алгоритмический язык с русской лексикой и встроенными исполнителями Робот и Чертёжник и др.

При вводе программы КуМир осуществляет постоянный полный контроль ее правильности, сообщая на полях программы обо всех обнаруженных ошибках.

При выполнении программы в пошаговом режиме КуМир выводит на поля результаты операций присваивания и значения логических выражений. Это позволяет ускорить процесс освоения азов программирования.

Графический исполнитель Робот

Графический исполнитель Робот позволяет освоить азы программирования и понять работу основных алгоритмических конструкций.

Графический исполнитель — это объект управления. А управлять им будем мы с вами.

Исполнитель робот находится в некоторой стартовой обстановке – прямоугольном поле, разбитом на клетки, между которыми могут стоять стены.

Робот может перемещаться по полю, обходя стены и закрашивать клетки. Робот не может пройти сквозь стену, но может проверять есть ли рядом с ним стена. Робот не может выйти за пределы прямоугольника, ограничивающего поле.

Робот может выполнять команды: вверх, вниз, вправо, влево, закрасить.

Робот может проверять условия: сверху свободно, снизу свободно, справа свободно, слева свободно, добавление частицы не меняет условие на противоположное. Не сверху свободно, не снизу свободно, не справа свободно, не слева свободно.

Базовые алгоритмические структуры

• Выделяют три базовые алгоритмические структуры (конструкции) —линейная (следование), ветвление и цикл, из которых можно построить любой алгоритм. Каждая алгоритмическая структура имеет одну точку входа и одну точку выхода.

• Будем записывать алгоритмы на и школьном АЯ и в виде блок-схем.

Линейная структура

Линейная структура является самой простой организацией алгоритмов — команды выполняются последовательно одна за другой

Пример:

Циклическая структура (цикл)

• Циклическая структура (цикл) обеспечивает многократное выполнение одних и тех же команд. Существует несколько разновидностей циклических структур.

• Любая циклическая структура состоит из двух частей — заголовка и тела цикла.

• Набор команд, повторяющихся при выполнении цикла, называют телом цикла.

• Заголовок определяет количество повторений тела цикла.

Цикл на число повторений (раз)

(запись в алгоритмическом языке)

нц N раз

<команда>

кц

Пример:

использоватьРобот
алг столбик

нач
. нц5раз
. . закрасить
. . вверх
. кц

кон

Цикл с предусловием (пока)

(запись в алгоритмическом языке)

нцпока <условие>

<команда>

кц

Пример:

использоватьРобот
алг Линия

нач

нцпока сверху свободно
закрасить
вверх
кц

кон

Цикл с постусловием (при)

(запись в алгоритмическом языке)

нц

<команда>

кц_при <условие>

Пример:

использоватьРобот
алг Линия

нач
нц

закрасить; вверх

кц_при слева свободно

кон

Структура «ветвление».

• Структура «ветвление». Решение некоторых задач требует различных действий в зависимости от выполнения некоторых условий. В таких случаях говорят о ветвлении алгоритма.

• Для реализации структуры «ветвление» используются две структурированные команды школьного АЯ — если и выбор, каждая из которых может быть полной и неполной.

• В блок-схемах и школьном АЯ <условие> — это логическое выражение, результатом которого может быть одно из двух возможных значений — истина или ложь. В школьном АЯ эти значения записывают как да и нет. В языках программирования часто используются значения True и False. В компьютере эти значения хранятся как 1 и 0.

Полное ветвление

(запись в алгоритмическом языке)

если <условие>
. . то <команда1>
. . иначе <команда2>
все

Пример:

использоватьРобот
алг ветвление_полное

нач
. если сверху свободно
. . то вверх
. . иначе вниз
. все

кон

Неполное ветвление

(запись в алгоритмическом языке)

если <условие>
. . то <команда1>
все

Пример:

использоватьРобот
алг ветвление_неполное

нач
. если сверху свободно
. . то вверх
. все

кон

Вспомогательный алгоритм (процедура)

• Алгоритм по которому решается некоторая подзадача из основной задачи и который, как правило выполняется многократно, называется вспомогательным алгоритмом.

• Вспомогательный алгоритм, записанный на языке программирования, называется подпрограммой или процедурой.

• Вспомогательный алгоритм вызывается из основной программы через имя. Вспомогательный алгоритм записывается после основного алгоритма. У вспомогательного алгоритма обязательно должно быть имя.

использовать Робот
алг
нач
вниз

квадрат
вниз

вниз
коналг квадрат
нач
закрасить

вправо

закрасить

вниз

закрасить

влево

закрасить
кон

Вложенные циклы и ветвления

При решении некоторых задач с роботом необходимо использовать вложенные циклы или ветвления.

Цикл называется вложенным, если он размещается внутри другого цикла.

Рассмотрим вложенный цикл на примере цикла пока.

Мы знаем, что цикл состоит из заголовка цикла, который определяет количество повторений тела цикла .

Тело цикла, это та часть цикла, которая повторяется при выполнении цикла.

Телом цикла может быть команда, несколько команд, а также другой цикл или ветвление.

В том случае, когда телом цикла является другой цикл или ветвление, они называются вложенными.

Вложенный цикл

На первом проходе, внешний цикл вызывает внутренний, который исполняется до своего завершения, после чего управление передается в тело внешнего цикла. На втором проходе внешний цикл опять вызывает внутренний. И так до тех пор, пока не завершится внешний цикл.

Вложенное ветвление

Рассмотрим решение задачи с вложенными ветвлениями и циклами:

Задача 1 Робот находится на стене, в которой есть отверстия, двигаясь вдоль стены вправо, робот должен закрашивать все клеточки, где есть отверстия.

использовать Робот
алг
нач
. нц пока справа свободно
нц пока снизу свободно
.закрасить; вправо
. . кц
. . вправо
. кц
кон

С оставим алгоритм решения задачи с вне6шим циклом пока и вложенным циклом пока.

Р ешим эту же задачу, используя внешний цикл пока и вложенное ветвление.

Решим эту же задачу с помощью внешнего цикла при и вложенного цикла пока.