Как построить блок схему программы. Представление алгоритмов в виде блок-схем

2.1 Разработка алгоритма.

Алгоритм - это

a. описание последовательности действий для решения задачи или достижения поставленной цели;

b. правила выполнения основных операций обработки данных;

c. описание вычислений по математическим формулам.

Перед началом разработки алгоритма необходимо четко уяснить задачу: что требуется получить в качестве результата, какие исходные данные необходимы и какие имеются в наличии, какие существуют ограничения на эти данные. Далее требуется записать, какие действия необходимо предпринять для получения из исходных данных требуемого результата.

На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:

Словесная (записи на естественном языке);

Графическая (изображения из графических символов);

Псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);

Программная (тексты на языках программирования).

Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

Пример. Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел.

Алгоритм может быть следующим:

1. задать два числа;

2. если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;

3. определить большее из чисел;

4. заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;

5. повторить алгоритм с шага 2.

Описанный алгоритм применим к любым натуральным числам и должен приводить к решению поставленной задачи. Убедитесь в этом самостоятельно, определив с помощью этого алгоритма наибольший общий делитель чисел 125 и 75.

Словесный способ не имеет широкого распространения по следующим причинам:

Такие описания строго не формализуемы;

Страдают многословностью записей;

Допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний.

Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным.

При графическом представлении алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

Такое графическое представление называется схемой алгоритма или блок-схемой.

Псевдокод представляет собой систему обозначений и правил, предназначенную для единообразной записи алгоритмов.

Он занимает промежуточное место между естественным и формальным языками.

С одной стороны, он близок к обычному естественному языку, поэтому алгоритмы могут на нем записываться и читаться как обычный текст. С другой стороны, в псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и математическая символика, что приближает запись алгоритма к общепринятой математической записи.

В псевдокоде не приняты строгие синтаксические правила для записи команд, присущие формальным языкам, что облегчает запись алгоритма на стадии его проектирования и дает возможность использовать более широкий набор команд, рассчитанный на абстрактного исполнителя. Однако в псевдокоде обычно имеются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от записи на псевдокоде к записи алгоритма на формальном языке. В частности, в псевдокоде, так же, как и в формальных языках, есть служебные слова, смысл которых определен раз и навсегда. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором служебных слов и основных (базовых) конструкций.

2.2 Блок-схема.

Блок-схемой называют графическое представление алгоритма, в котором он изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

В блок-схеме каждому типу действий (вводу исходных данных, вычислению значений выражений, проверке условий, управлению повторением действий, окончанию обработки и т.п.) соответствует геометрическая фигура, представленная в виде блочного символа. Блочные символы соединяются линиями переходов, определяющими очередность выполнения действий.

Приведем наиболее часто употребляемые символы.

Название символа	Обозначение и пример заполнения	Пояснение
Процесс		Вычислительное действие или последовательность действий
Решение		Проверка условий
Модификация		Начало цикла
Предопределенный процесс		Вычисления по подпрограмме, стандартной подпрограмме
Ввод-вывод		Ввод-вывод в общем виде
Пуск-останов		Начало, конец алгоритма, вход и выход в подпрограмму
Документ		Вывод результатов на печать

Блок "процесс" применяется для обозначения действия или последовательности действий, изменяющих значение, форму представления или размещения данных. Для улучшения наглядности схемы несколько отдельных блоков обработки можно объединять в один блок. Представление отдельных операций достаточно свободно.

Блок "решение" используется для обозначения переходов управления по условию. В каждом блоке "решение" должны быть указаны вопрос, условие или сравнение, которые он определяет.

Блок "модификация" используется для организации циклических конструкций. (Слово модификация означает видоизменение, преобразование). Внутри блока записывается параметр цикла, для которого указываются его начальное значение, граничное условие и шаг изменения значения параметра для каждого повторения.

Блок "предопределенный процесс" используется для указания обращений к вспомогательным алгоритмам, существующим автономно в виде некоторых самостоятельных модулей, и для обращений к библиотечным подпрограммам.

Пример. Составить блок-схему алгоритма определения высот ha, hb, hc треугольника со сторонами a, b, c, если

где p = (a + b + c) / 2.
Решение. Введем обозначение тогда h a = t/a, h b = t/b, h c = t/c. Блок-схема должна содержать начало, ввод a, b, c, вычисление p, t, h a , h b , h c , вывод результатов и останов.

2.3 Структуры алгоритмов.

Алгоритмы можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е. основных) элементов. Естественно, что при таком подходе к алгоритмам изучение основных принципов их конструирования должно начинаться с изучения этих базовых элементов

Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур: следование, ветвление, цикл.

Характерной особенностью базовых структур является наличие в них одного входа и одного выхода.

1. Базовая структура следование. Образуется из последовательности действий, следующих одно за другим:

2. Базовая структура ветвление. Обеспечивает в зависимости от результата проверки условия (да или нет) выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выходу, так что работа алгоритма будет продолжаться независимо от того, какой путь будет выбран.

Структура ветвление существует в четырех основных вариантах:

Если-то-иначе;

Выбор-иначе.

1) если-то если условие то действия конец если 2) если-то-иначе если условие то действия 1 иначе действия 2 конец если 3) выбор выбор при условие 1: действия 1 при условие 2: действия 2 . . . . . . . . . . . . при условие N: действия N конец выбора 4) выбор-иначе выбор при условие 1: действия 1 при условие 2: действия 2 . . . . . . . . . . . . при условие N: действия N иначе действия N+1 конец выбора

Пример. Составить блок-схему алгоритма вычисления функции

Базовая структура цикл. Обеспечивает многократное выполнение некоторой совокупности действий, которая называется телом цикла.

Структура цикл существует в трех основных вариантах:

Цикл типа для .

Предписывает выполнять тело цикла для всех значений некоторой переменной (параметра цикла) в заданном диапазоне.

Цикл типа пока .

Предписывает выполнять тело цикла до тех пор, пока выполняется условие, записанное после слова пока.

Цикл типа делать - пока .

Предписывает выполнять тело цикла до тех пор, пока выполняется условие, записанное после слова пока. Условие проверяется после выполнения тела цикла.

Заметим, что циклы для и пока называют также циклами с предпроверкой условия а циклы делать - пока - циклами с постпроверкой условия. Иными словами, тела циклов для и пока могут не выполниться ни разу, если условие окончания цикла изначально не верно. Тело цикла делать - пока выполнится как минимум один раз, даже если условие окончания цикла изначально не верно.

Цикл для i от i1 до i2 шаг i3 тело цикла (последовательность действий) конец цикла цикл пока условие тело цикла (последовательность действий) конец цикла цикл делать тело цикла (последовательность действий) пока условие конец цикла

с заданной точностью (для данного знакочередующегося степенного ряда требуемая точность будет достигнута, когда очередное слагаемое станет по абсолютной величине меньше).

Вычисление сумм - типичная циклическая задача. Особенностью же нашей конкретной задачи является то, что число слагаемых (а, следовательно, и число повторений тела цикла) заранее неизвестно. Поэтому выполнение цикла должно завершиться в момент достижения требуемой точности.

При составлении алгоритма нужно учесть, что знаки слагаемых чередуются и степень числа х в числителях слагаемых возрастает.

Решая эту задачу "в лоб" путем вычисления на каждом i-ом шаге частичной суммы

S:=S+(-1)**(i-1)*x**i/i ,

мы получим очень неэффективный алгоритм, требующий выполнения большого числа операций. Гораздо лучше организовать вычисления следующим образом: если обозначить числитель какого-либо слагаемого буквой р, то у следующего слагаемого числитель будет равен -р*х (знак минус обеспечивает чередование знаков слагаемых), а само слагаемое m

будет равно p/i, где i - номер слагаемого.

Алгоритм, в состав которого входит итерационный цикл, называется итерационным алгоритмом. Итерационные алгоритмы используются при реализации итерационных численных методов. В итерационных алгоритмах необходимо обеспечить обязательное достижение условия выхода из цикла (сходимость итерационного процесса). В противном случае произойдет зацикливание алгоритма, т.е. не будет выполняться основное свойство алгоритма - результативность.

Вложенные циклы.

Возможны случаи, когда внутри тела цикла необходимо повторять некоторую последовательность операторов, т. е. организовать внутренний цикл. Такая структура получила название цикла в цикле или вложенных циклов. Глубина вложения циклов (то есть количество вложенных друг в друга циклов) может быть различной.

При использовании такой структуры для экономии машинного времени необходимо выносить из внутреннего цикла во внешний все операторы, которые не зависят от параметра внутреннего цикла.

Пример вложенных циклов для. Вычислить сумму элементов заданной матрицы А(5,3).

Пример вложенных циклов пока. Вычислить произведение тех элементов заданной матрицы A(10,10), которые расположены на пересечении четных строк и четных столбцов.

Блок-схема в Word. Студенту или инженеру часто приходится создавать, различны схемы из блоков со стрелками и надписями. У кого–то есть специальная программа для этого, а некоторые умеют создавать такие схемы в Word. Если блоки на диаграмме должны быть соединены стрелками или предполагается «наращивание» диаграммы новыми блоками, то вместо таблиц лучше использовать вариант создания схемы как графического объекта. Встроенные средства рисования программы Word позволяют создать сколь угодно сложную схему. При этом текстовое содержание располагается не в основном документе, а в специальных графических вставках – надписях.

Давайте и мы попробуем сделать такую схему.

Блок-схема в Word 2003

Нажмите на панели Рисование фигуру Прямоугольник . Должна появиться вот такая рамка (без надписей). В ней мы и будем создавать свою блок-схему.

Совет

Панель инструментов Рисование обычно располагается в нижней части окна программы. Если у вас нет внизу панели рисования, то зайдите в меню Вид – Панели инструментов , и установите галочку на Рисование.

Нажмите кнопку Автофигуры на панели Рисование , выберите команду Блок-схема , а затем щелкните нужную фигуру.

Потом щелкните в поле рамки в том месте, где хотите расположить эту фигуру.

Если она встала не там, где вам хотелось, то перетащите её мышкой.

Выберите и расположите таким же образом остальные фигуры вашей будущей схемы.

Вы можете эти фигуры перетаскивать и изменять их размеры.

Теперь добавим надписи к нашим фигурам. Для этого на панели инструментов Рисование и щелкаем по значку Надпись .

Потом щелкаем на той фигуре, в которую хотим вставить эту надпись. Появится маленькая рамочка с мигающим курсором внутри.

Пишем название нашего блока. Надпись внутри этого поля можно форматировать, как простой текст в документе. Поле для надписи также можно перетаскивать и изменять его размер. Блоки с надписями можно копировать и вставлять в другие блоки.

По умолчанию надпись заключается в прямоугольную рамку. Если же нужно наложить надпись на фигуру другого вида, эту рамку следует удалить. Для этого надо щелкнуть на рамке с надписью правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню пункт Формат надписи.

В раскрывшемся диалоговом окне открыть вкладку Цвета и линии . В группе линии Цвет . Выбрать вариант Нет линий .

Совет

Ещё проще вставлять текст другим способом. Щелкните правой кнопкой мыши по блоку, в который необходимо вставить текст, и в выпадающем меню выберите пункт Добавить текст .

Для красоты фигуры можно раскрасить разными цветами. Для этого выделите щелчком мыши необходимую фигуру и щелкните на панели Рисование иконку Цвет заливки и в раскрывшейся палитре выберите понравившийся вам цвет.

Таким же образом можно залить и блоки с надписями, чтобы они были не белыми, а цветными или одного цвета с блоком схемы.

Теперь добавим к нашей схеме стрелки.

Стрелки на диаграмме рисуют с помощью инструмента Стрелка. Их свойства могут быть изменены так же, как и свойства надписи. При этом можно управлять толщиной стрелки, видом линии, формой конца стрелки и т.д.

Щелкаем по кнопке Автофигуры – Фигурные стрелки , и выбираем стрелку. Потом переходим на поле нашей блок-схемы и щелкаем мышкой там, где необходимо вставить стрелку. Можете её залить каким-нибудь цветом.

Блок-схема является вариантом формализованной записи алгоритма или процесса. Каждый шаг алгоритма в данном представлении изображается в виде блоков различной формы, которые соединены между собой линиями. В блок-схеме можно отобразить все этапы решения любой задачи, начиная с ввода исходных данных, обработки операторами, выполнения цикличных и условных функций, и заканчивая операциями вывода результирующих значений.

Инструкция

Как правило, вначале алгоритма производится ввод исходных данных для решения поставленной задачи. Нарисуйте параллелограмм ниже линии так, чтобы он непрерывным продолжением схемы. В параллелограмме напишите производимое действие, обычно это операции данных с экрана (Read nInp) или других устройств. Важно, что введенные вами переменных в данном шаге будут использоваться в дальнейшем во всем теле блок-схемы.

Выполнение одной или группы операций, любая обработка данных (изменение значения или формы представления) обозначается в виде прямоугольника. Нарисуйте данную фигуру в нужном месте алгоритма при составлении блок-схемы. Внутри прямоугольника запишите производимые действия , например, операция присваивания записывается следующим образом: mOut = 10*nInp b + 5. Далее также для продолжения блок-схемы нарисуйте линию вниз.

Важной составляющей любого алгоритма и соответственно блок-схемы являются условные и цикличные операторы. У данных операторов один вход и два и или более альтернативных выхода. После вычисления условия, заданного оператором, дальнейший переход осуществляется лишь по одному пути. Нарисуйте вход в элемент в виде линии входящей в верхнюю вершину элемента.

Для задания оператора условия нарисуйте от данной линии ромб. Внутри фигуры укажите само условие и проведите линии, указывающие дальнейший переход в зависимости от его выполнения. Условие задается в общем случае операциями сравнения (>, <, =). Переход по линии вниз осуществляется при истинном условии, назад – при ложном. Укажите около выходных линий фигуры результаты условия (true, false). Невыполнение условия (false) возвращает к определенному шагу выше по телу алгоритма. Проведите линии под прямым углом от выхода с условия и до нужного оператора.

Если не очень хочется неаккуратно чиркать в тетрадке, а рисовать заставляют. Конечно, мы рассматриваем только бесплатные варианты:)

• draw.io . Отличный бесплатный сервис для онлайн-рисования бизнес-схем и блок-схем. Сохраняет файл в формате.xml, но можно и заскриншотить, отключив показ сетки (Grid). Интегрируется с Google Drive.
• Google Drawing . Авторизуйтесь в своём гугль-профиле, скажите в меню страницы Файл - Создать - Рисунок и получите удобную рисовалку, после которой можно скачать в pdf или популярных графических форматах.

Пожалуй, эти сервисы - лучшие, хотя есть и немало альтернатив:

• lucidchart . После секундной регистрации и выбора Start Free Account получаем удобные и легко масштабируемые схемы, которые затем можно опубликовать и скачать в нужном формате.
• creatly . "Try creatly now" - и можно рисовать сразу же. Правда, нужно разрешить загрузку флешки и экспорт файлов доступен только для зарегистрированных пользователей. Но ведь скриншоты никто не отменял:)
• iyopro.com . Бесплатный проект, правда, он на Silverlight и запустится не у всех (например, будет работать в Internet Explorer).
• gliffy . После короткой регистрации, не требующей подтверждения, можно сразу начать рисовать схемы.
• cacoo . Позиционирует себя как "Cloud-based diagrams, the easy way".
• Violet . Оффлайн-редактор UML-диаграмм, для продвинутых:)
• Блок-схема от paslab . Уникальный отечественный сервис для преобразования программок на Паскале в блок-схемы:)

Блок-схемой будем называть такое графическое представление алгоритма, когда отдельные действия (или команды) представляются в виде геометрических фигур – блоков . Внутри блоков указывается информация о действиях, подлежащих выполнению. Связь между блоками изображают с помощью линий, называемых линиями связи , обозначающих передачу управления.

Существует Государственный стандарт, определяющий правила создания блок-схем. Конфигурация блоков, а также порядок графического оформления блок-схем регламентированы ГОСТ 19.701-90 "Схемы алгоритмов и программ". В табл. 2.1 приведены обозначения некоторых элементов, которых будет вполне достаточно для изображения алгоритмов при выполнении студенческих работ.

Правила составления блок-схем:

Каждая блок-схема должна иметь блок «Начало » и один блок «Конец ».

«Начало » должно быть соединено с блоком «Конец » линиями потока по каждой из имеющихся на блок-схеме ветвей.

В блок-схеме не должно быть блоков, кроме блока «Конец », из которых не выходит линия потока, равно как и блоков, из которых управление передается «в никуда».

Блоки должны быть пронумерованы. Нумерация блоков осуществляется сверху вниз и слева направо, номер блока ставится вверху слева, в разрыве его начертания.

Блоки связываются между собой линиями потока, определяющими последовательность выполнения блоков. Линии потоков должны идти параллельно границам листа. Если линии идут справа налево или снизу вверх , то стрелки в конце линии обязательны , в противном случае их можно не ставить.

По отношению к блокам линии могут быть входящими и выходящими . Одна и та же линия потока является выходящей для одного блока и входящей для другого.

От блока «Начало » в отличие от всех остальных блоков линия потока только выходит, так как этот блок – первый в блок-схеме.

Блок «Конец » имеет только вход, так как это последний блок в блок-схеме.

Для простоты чтения желательно, чтобы линия потока входила в блок «Процесс» сверху, а выходила снизу.

Чтобы не загромождать блок-схему сложными пересекающимися линиями, линии потока можно разрывать. При этом в месте разрыва ставятся соединители , внутри которых указываются номера соединяемых блоков. В блок-схеме не должно быть разрывов, не помеченных соединителями.

Чтобы не загромождать блок, можно информацию о данных, об обозначениях переменных и т.п. размещать в комментариях к блоку.

Название блока	Обозначение блока		Назначение блока
Терминатор			Начало/Конец программы или подпрограммы
			Обработка данных (вычислительное действие или последовательность вычислительных действий)
			Ветвление, выбор, проверка условия. В блоке указывается условие или вопрос, который определяет дальнейшее направление выполнения алгоритма
Подготовка			Заголовок счетного цикла
Предопределенный процесс			Обращение к процедуре
			Ввод/Вывод данных

Типы алгоритмов

Тип алгоритма определяется характером решаемой в соответствии с его командами задачи. Различают три типа алгоритмов: линейные, разветвляющиеся, циклические.

Линейный алгоритм состоит из упорядоченной последовательности действий, не зависящей от значений исходных данных, при этом каждая команда выполняется только один раз строго после той команды, которая ей предшествует.

Таким, например, является алгоритм вычисления по простейшим безальтернативным формулам, не имеющий ограничений на значения входящих в эти формулы переменных. Как правило, линейные процессы являются составной частью более сложного алгоритма.

Разветвляющимися называются алгоритмы, в которых в зависимости от значения какого-то выражения или от выполнения некоторого логического условия дальнейшие действия могут производиться по одному из нескольких направлений.

Каждое из возможных направлений дальнейших действий называется ветвью .

В блок-схемах разветвление реализуется специальным блоком «Решение» . Этот блок предусматривает возможность двух выходов. В самом блоке «Решение» записывается логическое условие, от выполнения которого зависят дальнейшие действия.

Различают несколько видов разветвляющихся алгоритмов.

1. «Обход» – такое разветвление, когда одна из ветвей не содержит ни одного оператора, т.е. как бы обходит несколько действий другой ветви.

2. «Разветвление» – такой тип разветвления, когда в каждой из ветвей содержится некоторый набор действий.

3. «Множественный выбор» – особый тип разветвления, когда каждая из нескольких ветвей содержит некоторый набор действий. Выбор направления зависит от значения некоторого выражения.

Циклические алгоритмы применяются в тех случаях, когда требуется реализовать многократно повторяющиеся однотипные вычисления. Цикл – это последовательность действий, которая может выполняться многократно, т.е. более одного раза.

Различают:

циклы с известным числом повторений (или со счетчиком);

циклы с неизвестным числом повторений (циклы с предусловием и циклы с постусловием).

В любом цикле должна быть переменная, которая управляет выходом из цикла, т.е. определяет число повторений цикла.

Последовательность действий, которая должна выполняться на каждом шаге цикла (т.е. при каждом повторении цикла), называется телом цикла или рабочей частью цикла .