1 глоссарий алгоритм – математикадағы ең бір іргелі ұғымдардың бірі. Алгоритм

«Бағдарламалау технологиясы» пәнінен

ОҚУ -ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

050704 Есептеу техникасы және программалық қамсыздандыру

мамандығы үшiн

Семей

Мазмұны

Бұл әдістемелік құрал - «Бағдарламалау технологиясы» пәні бойынша дәрістерден тұрады және дербес компьютерлер үшін Си программалау ортасында жұмыс істеуге арналған.

«Бағдарламалау технологиясы» пәнінен студенттер Си программалау тілінде программаларды құру тәсілдерін үйренеді.

Жоғарғы деңгейлі программалау тілдерінің бірі − Си. Бұл бағдарламалау тілі Bell лабораториясында жасалған. Бұл тілді ассемблердің орнына қолдану үшін шығаруды жоспарлаған еді. Си – бұл жалпы тағайындаудың тілі, ол өзінің үнемділігімен, тиімділігімен және тасымалданғыштығымен ерекшеленеді. Аталған ерекшеліктер арқасында Си тілі арқылы бағдарлама өнімдерінің кез келген түрін жасауға болады. Си тілі құралдық тіл ретінде қолданғанда, жедел және тұтас бағдарламаларды құрастыруға болады.

Бейсик тілі сияқты, ол оқып-үйренуге жеңіл, түрлі салалық информациямен жұмыс істеуде нәтижелі болғандықтан, дүние жүзінде көп тараған тілдердің бірі. Оның ыңғайлылығы:

• 
  тіл алгоритм құрылымын сақтап құрылған. Мұнда программаны бірте-бірте дамыту арқылы жинақты түрде құруға болады. Ол программалау тәсілін үйрену үшін де қажет;
  
• 
  тілге дамытылған берілгендер типтері енгізілген. Олар өңделетін берілгендер элементтерін толық сәйкестендіріп сипаттауға және жаңа берілгендер типтерін енгізуге мүмкіндік береді;
  
• 
  мұнда кішігірім жеңіл программалармен бірге күрделі құрылымды программаларды құру да мүмкін;
  
• 
  тіл синтаксисі қиын емес; нұсқаулардың (операторлардың) саны мүмкіндігінше азайтылған, т.б.
  

Си тілі бұрын құрылған (Фортран, Алгол және т.б.) программалау тілдерінен маңызды ерекшелігі ол құрылымдық программалау идеясын өмірге біртіндеп енгізу. Си тілінің тағы бір ерекшелігі ол деректер құрылымының концепциясының алгоритм түсінігімен қатар программалаудың негізінде жатқан фундаменталды түсініктер қатарына кіруі.

Бұл тілдің стандарты кейiнiрек бекiтiлдi, ол сол кездері кең таралған СИ, АЛГОЛ, ФОРТРАН, БЕЙСИК тiлдерiне қарағанда жетiлдiрiлген, жұмыс iстeyгe ыңғайлы тiл болды. Си тiлi өзінің қарапайымдылығының және тиiмдiлiгiнің арқасында дүние жүзіне тез таралды. Қазiргi кезде барлық дербес компьютерлер осы тілде жұмыс iстей алады. Си тiлiнде жазылған программаның дұрыстығын компьютерде тексеру және жiберiлген қатенi тузету оңай.

Бұл тілде жазылған программа компьютерде орындалу барысында алдымен трансляцияланады (машина тiлiне аударылады), объектiк программаға түрлендіріледі де содан кейiн ғана орындалады. Осы сәтте компьютерде программаның екі нұсқacы болады, оның бiрiншiсi - алгоритмдiк тiлдегi алғашқы түпнұсқасы, ал екiншiсi - объектiк кодтағы жазылған программа. Есеп нәтижесін машиналық кодта жазылған программа арқылы аламыз, ал программаны түзету қажет болғанда, оның алгоритмдiк тiлде жазылған алғашқы нұcқacы өңделеді.

Қазiргi кезде Си кез келген күрделі есептерді шығара алатын, кең таралған стандартты оқу тіліне айналды.

Көмекші құрал келесі мамандықтың студенттеріне арналған: 050702 «Автоматтандыру және басқару», 050704 «Есептеу техникасы және программалық қамсыздандыру.

Оқу құралы бағдарламалаудың қазіргі технологиясымен танысамын, объектілі бағытталған технологияның негізінде өздерінің меншік бағдарламасын құрамын деген студенттер, оқытушылар, мектеп мұғалімдері және қолданушылардың кең ортасында қолданылуы мүмкін.

Компьютер- тапсырмаңызды орындауға дайын тұратын әмбебап есептеу жүйесі. Бірақ сіздің тапсырмаңызды орындау үшін машинаға программаны енгізу керек. Программа дегеніміз машина тіліне аударылған сіздің есеп-бұйрығыңыз, өйткені әзірше машина кәдімгі адам тілін түсіне алмайды.

Программа клавишті пульт перфокарта, магнитті дискілер арқылы компьютерге енгізеді. Компьютер программада көрсетілген іс-әрекеттерді орындайды. Программа қатесіз жасалу керек, белгілі ережелер сақталмаса, машина ондай програм маны орындамайды.

Программа- арнайы текст арқылы комспьютерге тапсырманың алгоритмін хабарлайды. Алгоритм –арнайы іс-әрекеттердің белгілі кезекте орналасқан тәртібі, алогритм арқылы машина тапсырманы орындайды.

Мысал келтірейік: у= 3х² +4х-+ 2 функциясы берілген. У-тің мәнін табу керек. Бұл есептің қарапайым алгоритмін құрып шығару үшін:

 х-ті х-қа көбейтіп, шыққан санды М1 деп белгілейміз;

 3-тім М1-ге көбейтеміз де, шыққан санды М2 деп белгілейміз.

 4-ті х-ке көбейтеміз де, шыққан санды М3 деп белгілейміз.

 М2-ні М3–ке қосамыз, шыққан санды М4 деп белгілейміз.

 2 –ге М4 –ті қосамыз, шыққан санды М5 деп белгілейміз

 ү-ке М5 –тің мәнін меншіктейміз

Осы тәртіпті бұл есептің алгоритмі дейді. Машинаға бұл алгоритм түсінікті болу үшін арнайы тілмен жазамыз. Сонда ол машина програмасы болады.

Программаны орындау үшін машинаның оперативті есте сақтау құрылғысында 3, х, 4,2 мәндері болуы керек және машинаның жадында есаептеу барысында шығатын М1,М2, М3, М4, М5, у сандары орналастырылуы керек.

Тапсырманың дұрыс орындалуы алгоритмнің тиімді құрылуына байланысты. Себебі алгоритм шексіз есептеулерден құрылуы мүмкін, ал мұны шешу үшін машинаға ондаған жылдар үздіксіз жұмыс істеу керек болар еді. Тіпті алгоритм тиімді таңдалған күннің өзінде де оның программасын жасау оңай емес. Бұл жерде программаның құрамындағы мыңға дейінгі түрлі символдар мен адрестерді, нұсқауларды, берілетін ақпараттарды қолдан кодтау керек болады. Программаны жасау барысында көптеген қателер де кетуі мүмкін. Олар жөндеу кезінде анықталып түзетіледі, мұндай қателерді түзеу кейде ұзаққа созылады, сондықтан да программаны жазу өте қымбатқа түседі.

Программа құруды жеңілдету үшін түрлі әдіс-тәсілдер пайдалынады. Ол үшін көлемді программаларды бірнеше бөлшектерге бөледі де оларды рет-ретімен орындайды. Мұндай жинақты функциональдық программаларды жеке тіркеп, стандарт программалдарға арналған арнайы кітапханада сақтауға болады. Кіші программалар көлемді программаның ішінде бірнеше рет кездесуі мүмкін.

Программа құруды жеңілдету үшін, әдетте, алдымен алгоритмдік схемасын, содан соң осы схема бойынша машина кодына немесе кез келген бір бір алгоритм тілнде программаның өзін жазады.

Алгоритмдік схе маның жәрдемімен ақпаратты өңдеудің егжей-тегжейлі процесі беріледі және орындалатын операциялар реті анықталады. Алгоритмдік схеманы жасау үшін арнайы шартты белгілер қолданады.

Ескерте кететін бір жәйт, бір есепті шешу үшін бір-біріне ұқсамайтын алгоритмді қолдануға болады. Түрлі алгоритмдерді бір-бірімен салыстырып, ішінен ең тиімдісін таңдап алу керек. Бір ғана тапсырманы орындау үшін пайдаланатын барлық жағынан тиімді алгоритм болмайды. Әдетте алгоритмді қадамдарының саны бойынша бағалайды Компьютер белгілі бір уақытта көлемді тапсырмалар орындау үшін олардың алгоритмдері тиімді әрі қысқа қүрылуы керек. Бұл жағдайда программа мен алгоритм күрделіленеді.

Программа жасау үнемі өсу,өрлеу, жаңару үстінде. Олай дейтініміз алғашқы программалар машина кодтарына жасалады. Бұл өте қиын жұмыс еді. Себебі программалаушы үнемі кодтық операциялар, ақпараттар, адрестер және командалар арқылы жұмыс істеуге мәжбүр болды. Сондықтан программалаушылар өз жұмыстарын жеңілдету жлдарын іздестіруге кірісуде. Олар алгоритмдік тілдер мен символдық программалау тәсілдерін жасап шығарды. Символдық программалау тілі күрделі кодтар символдармен ауыстырылды. Символдық тілді пайдаланып программалаушы компьютер жадысының ұяшығындағы түрлі нұсқаулар мен ақпараттарды есептеп, тіркеп отырудан құтылды.

Ал символ тілінде әрбір санның адресі идентификатормен, белгіленгендіктен мұндай талаптардың қажеті болмайды. Бұл программаны жасауда сандардыы идентификатор арқылы адрестеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, символдық тілді машина түсінуі үшін оған аудармашы керек. Ол машинаға ақпаратты өңдеу программасының кодын жасап береді. Мұндай аудармашы ролін арнайы аудармашы программа – транслятор атқарады, оны ассемблер деп атайды

Символдық тілдерді пайдаланудағы негізгі жетістік- ақпараттар мен нұсқаулар адрестерін қабылдауда автоматтандыру нәтижесінде программаны жасауға кететін уақыттың қысқарғандығы және программаны коллективтік өңдеудің қарапайымдылығы. Себебі мұнда программаның кейбір бөлшектері нақты ес ұяшығына мықтап тиянақталмаған. Сондай – ақ мұнда программаны орындау мен оған түрлі өзгерістер енгізу мәселесі де қарапайым. Осыдан барып стандарттаудың мол мүмкіндігі мен кіші программалардың бөлшектерін жиі пайдалану жолдары шығады.

Символдық тілде программалаудың кемшілігі- оны, негізінен, қарапайым болса да машина тілінде жасауда және бұл программаларды әрбір енгізілген өзгерістер кейін трансляциялап отыруда. Әйтсе де олар практикада кең түрде қолданып келеді. Әрбір компьютерде символдық тілдер- автокод, ассемблер,мнемкод т б қолданылады. Бұл тілдердегі бір операторға, әдетте, бір ғана командаға сәйкес келеді. Оларды машиналық бағытталған тілдер деп атайды. Фортран, Алгол, ПЛ/1, Qbasic, Си т б тілдерінде әрбір оператор өзара байланысты нұсқау қатарын ауыстырады, ал бұл программалауды жеңілдетеді. Бұл тілдерді проблемалық – бағытталған жоғары деңгейлік тілдер деп атайды. Осы тілдерде жазылған программаны машина кодына аударуды арнайы транслятор атқарады.

Транслятор алгоритмдік тілдер операторын оқиды және соған сәйкес машина кодтарын ұсынады. Сондай –ақ транслятор жіберілген түрлі синтаксистік қателерді табады, ал бұл программалаушы жұмысын жеңілдетеді.

Транслятордан басқа машинада арнайы программалар –интерпретаторлар бар.Олар кейбір алгоритмдік тілдер үшін жазылған программаны машинаға енгізеді және жұмыс істеу кезінде оларды есте сақтайды.

Алгоритм деп берілген есепті шешудегі жасалатын әректтерді дәл және қарапайым етіп жазуды айтамыз. Басқаша айтқанда алға қойылған мақсатқа жетуде немесе берілген есепті шешуде орындаушыға біртіндеп қандай әректтер жасау керектігін дәл көрсететін нұсқауларды немесе іздеп отырған нәтижені алу мақсатында деректермен атқарылатын әрекеттерін орындалу реттілігін анықтайтын жарлықты алгоритм дейміз. Алгоритм белгілі бір реттіліепен бірінен соң бірі орындалатын бірнеше қадамдардан тұрады. Алгоритмнің әрбір қадамы бір немесе бірнеше қарапайым операцияларды қамтиды. Алгоритм ұғымның мәнін аша түсетін оның мынадай қасиеттері бар:

1.Алгоритм дискретті информациялармен жасалатын әрекеттерді тағайындайды және өрнектейді. Алгоритмге қатысты әрекеттердің бәрі дискретті болады. Алгоритмнің жұмысына қажетті материалдар ретінде символдық мәтіндер және сандар пайдаланылады.

2.Алгоритм біздің қалауымызға қарай өзгертуге болмайтын нақты нұсқау, алгоритмде не істеу керектігі алдын-ала айқын беріледі. Мысалы, бір есепті шешудің алгоритмі берілсе онда ойланбай-ақ алгоритмде қандай нұсқаулар берілсе, сол нұсқауларды берілу ретімен орындасақ, есеп шығады. Алгоритмнің осы қасиетін оның анықталғандық қасиеті дейміз. Бұл жағдай адам сияқты емес ойлау қабілеті жоқ құрылғылардың мысалы, компьютердің көмегімен есептерді шешу мүмкіндігіне кепілдік берді. Мұндай құрылғылар алгоритмнің жарлықтарын ойланбастан формальды орындайды. Сондықтан алгоритмді есепті шығаруға қажеттінің бәрі бір мәнді анықталу және атқарушыға түсінікті әрі нақты болуы тиіс.

3.Бір алгоритмнің өзін бірнеше есептің шешімін табу үшін пайдалану мүмкіндігі, яғни бастапқы деректер мәндерінің жиынына пайдаланылу мүмкіндігі бар.

Алгоритмнің мұндай қасиетін көпшілікке бірдейлік, басқаша айтқанда, жалпылық қасиеті деп атайды.

4.Әрбір алгоритм белгілі бір бастапқы деректердің болуын талап етеді және іздеген нәтижені алуға жеткізеді. Мысалы, екі санды қосу алгоритмнде қосылғыштар бастапқы деректерге, ал қосынды нәтижеге жатады. Осылайша, алгоритмдегі әрекеттердің белгілі бір санның орындалуынан кейін қажетті нәтиже алу мүмкіндігі алгоритімнің нәтижелілігі деп аталады.

Осы айтылғандардан алгоритім бастапқы деректерді пайдаланып іздеген нәтижеге қол жеткізетін реттелген әрекеттер тізбегі деген қорытынды жасауға болады. Мұндай әректтер тізбегінің орындалуы алгоритмдік процесс, ал әрбір әрекет оның қадамы, әрбір нұсқау алгоритмнің қалыптасуы болып табылады.

Алгоритмнің ең маңызды қасиеті жоғарыда анықталғандық қасиетінде айтылғандай оның орындалу нәтижесінің атқарушыға тәуелсіздігі.

Сонымен алгоритм туралы мына төмендегідей тұжырымдар жасауға болады:

• 
  алгоритмдер әртүрлі есептерді шешу үшін пайдаланылады;
  
• 
  алгоритмді атқарушыдан аз білім талап етілетіндіктен есеп шығаруды айтарлықтай оңайлатады;
  
• 
  әрбір алгоритм толық аяқталған әрекеттерді орындайтын атқарушыға арналған командалардан тұрады;
  
• 
  атқарушы орындайтын командалардың жиынын атқарушының командалар жүйесі деп атайды;
  
• 
  алгоритмдегі командалар атқарушының командалар жүйесінен алынады;
  
• 
  алгоритмдегі командалар тізбегінің орындалуы алгоритмдік процесс деп аталады;
  
• 
  алгоритмдегі әрбір команда оның қадамы деп аталады;
  
• 
  санаулы әрекеттен кейін ғана алгоритмде іздеген нәтижеге қол жетеді;
  
• 
  алгоритмдегі әрбір әрекет атқарушыға түсінікті және нақты болуы керек;
  
• 
  бірнеше есептің шешімін табу үшін бір ғана алгоритмді пайдалануға болады;
  
• 
  құрылған алгоритмді атқару есептің мазмұнына ой жүгіртіп оны талдауды қажет етпейді, тек командаларды формальді орындай береді;
  
• 
  алгоритм әрбір атқарушыға арналып құрылады;
  
• 
  алгоритмнің командалары атқарушыға түсінікті және орындалатын болуы тиіс;
  
• 
  алгоритмді атқаруды тек адамға емес компьютерге де жүктеуге болатындығы есептеу процесін автоматтандыруға мүмкіндік береді;
  

Сурет 1 Алгоритмді бейнелеу әдістерінің логикалық құрылымы

Алгоритмді бейнелеу әдістерінің ішінен біз блок – схема мен алгоритмдік тілді пайдаланамыз.

1.1 Блок-схема
Блок схема компьютерге программалар жасау практикасында кеңінен қолданылатын алгоритмдерді жазудың графикалық тәсілі, басқаша айтқанда, алгоритмнің логикалық құрылымын график түрінде бейнелейтін тіл десек болады. Есепті шешу алгоритімінің блок схемасын құрған кезде есепті шығару процесі кезеңдерге бөлінеді. Әрбір кезең есептелетін операцияның сипатына байланысты белгілі конфигурациясы бар бір геометриялық фигурамен (блокпен) белгіленеді. Мысалы, жұмыр (сопақ), параллелограмм, тіктөртбұрыш, ромб т.с.с.

Блок деп аталатын мұндай фигуралардың ішіне кезеңдердің мазмұны жазылады. Есептелу процесінің бағыты блоктарды қосатын стрелкалармен көрсетіледі. Осы аталғандардың бәрі блок – схема тілінің алфавитін құрайды және олардың мағынасы алдын ала келісілген келісім бойынша беріледі.

Төмендегі 1-кестеде стандартты блок – схема тілінің алфавиті берілген. Әрбір блок схеманың басы және соңы деп аталатын блоктары болады.

Басы, соңы блоктарынан басқа әрбір блоктың бір ену және бір – екі шығу сызықтары болады.

Атқаратын қызметі жағынан блоктар негізгі және қосымша болып бөлінеді. Негізгі блоктар енгізіу мен баспаға шығару және информацияларды өңдеу әрекеттерін білдіреді, ал қосымша блоктар блок – схеманы түсіндіру және байланыстарды таңбалау үшін пайдаланылады.

Блоктардың анықтайтын әрекеттері, яғни түсініктер блокты бейнелейтін геометриялық фигураның ішіне жазылады.

Деректерді енгізу блогы есептеу есептерін шешуде айнымалылардың сандық мәндерін компьютердің жадына енгізу үшін қолданылады.

Деректерді өңдеу блогы қандай да бір формула бойынша айнымалының мәнін есептеу процесін білдіреді. Мұнда есептелген шамалар оларға сәйкес айнымалылар жаңа мәндер қабылдағанша сақталады.

Бұл блокта формуланың сол жағында тұрған айнымалылар оның жағына да қатыса алады, бұл дегеніміз айнымалының жаңа мәнін бұрын есептелген ескі мәнінен шығарып алудың қажеттігін көрсетеді.

Шартты тексеру блогы есептелу процесінің барысы тікелей кейбір шартқа тәуелді болатын есептелу процесінде анықталатын тармақталу алгоритмін бейнелейді.

Параллеограм шығару

Деректерді өңдеу

Тіктөртбұрыш Меншіктеу амалы немесе

кез келген әрекет.

Жоғары жағы Массивті хабарлаушы

жиектелген процедура.

тіктөртбұрыш

Екі шеті Бағыныңқы программа

жиектелген

тіктөртбұрыш

Магниттік диск Ақпаратты

енгізу және одан оқу
Ия Жоқ

Шартты тармақталу

Ромб
Жұмыр Алгоритмнің соңы

Түйін Бірнеше сызықтарды

біріктіру

Байланыссыз Сызықтардың

екі сызықтың қиылысуы

қиылысуы
Блоктарды қосатын

Сызықтар ағыны сызықтар және олардың

бағыттары

Сызықтар

ағынының бағытын Сызықтардың

өзгерту бағыты

Түсініктеме -------- Ендіру немесе есептеу

блоктарын түсіндіру