Schemat blokowy: przykłady, elementy, konstrukcja. Schematy blokowe

W tym artykule zostaną omówione przykłady schematów blokowych, które możesz napotkać w podręcznikach informatycznych i innych materiałach. Schemat blokowy to algorytm, który rozwiązuje każde zadanie przypisane programistom. Najpierw musisz odpowiedzieć na pytanie, czym jest algorytm, jak jest on reprezentowany graficznie, a co najważniejsze, jak go rozwiązać, znając pewne parametry. Należy od razu zauważyć, że istnieje kilka rodzajów algorytmów.

Czym jest algorytm?

Słowo to wszedł w użycie matematyk Mohammed al-Khorezmi, który żył w okresie 763-850 lat. To on jest osobą, która stworzyła zasady wykonywania operacji arytmetycznych (jest ich tylko cztery). Ale GOST z 1974 roku, który stwierdza, że:

Algorytm jest dokładną receptą, która definiuje proces obliczeniowy. Ponadto istnieje kilka zmiennych o podanych wartościach, które prowadzą do obliczeń do pożądanego wyniku.

Algorytm pozwala jasno określić wykonawcę, aby wykonać ścisłe kolejność działań aby rozwiązać problem i uzyskać wynik. Opracowanie algorytmu polega na rozbiciu jednego dużego zadania na pewną sekwencję kroków. Ponadto twórca algorytmu musi znać wszystkie funkcje i zasady jego tworzenia.

Funkcje algorytmu

W sumie istnieje osiem cech algorytmu (niezależnie od jego typu):

1. Istnieje funkcja wprowadzania danych początkowych.
2. Istnieje wniosek o pewnym wyniku po zakończeniu algorytmu. Należy pamiętać, że algorytm jest potrzebny do osiągnięcia określonego celu, a mianowicie uzyskania wyniku, który jest bezpośrednio związany z danymi źródłowymi.
3. Algorytm musi mieć dyskretną strukturę typu. Powinien być przedstawiony w kolejnych krokach. Co więcej, każdy kolejny krok może rozpocząć się dopiero po ukończeniu poprzedniego.
4. Algorytm musi być jednoznaczny. Każdy krok jest jasno określony i nie pozwala na dowolną interpretację.
5. Algorytm musi być skończony - konieczne jest wykonanie go w ściśle określonej liczbie kroków.
6. Algorytm musi być poprawny - aby zadać tylko właściwe rozwiązanie problemu.
7. Społeczność (lub masowy charakter) - powinna działać z różnymi danymi źródłowymi.
8. Czas przeznaczony na rozwiązanie algorytmu powinien być minimalny. To decyduje o skuteczności zadania.

A teraz, wiedząc, jakie schematy blokowe algorytmu istnieją, możesz zacząć zastanawiać się, jak je zapisać. I nie jest ich wiele.

Zapis słowny

Ten formularz jest zwykle używany przy opisywaniu procedury dla osoby: "Idź tam, nie wiem gdzie. Przynieś coś, nie wiem co. "

Oczywiście, jest to postać komiksowa, ale esencja jest jasna. Jako przykład, na przykład, typowy zapis w oknach autobusów: "W razie wypadku, wyciągnij przewód, wyciśnij szkło".

Tutaj warunek jest wyraźnie ustawiony, w którym dwie akcje muszą być wykonywane w ściśle określonej kolejności. Ale to są najprostsze algorytmy, są bardziej skomplikowane. Czasami używa się formuł, specjalnych oznaczeń, ale z obowiązkowym warunkiem - wykonawca musi wszystko zrozumieć.

Dozwolona jest zmiana kolejności działań, jeśli konieczne jest powrócenie, na przykład do poprzedniej operacji, lub pominięcie niektórych poleceń pod pewnymi warunkami. Jednocześnie pożądane jest numerowanie zespołów i wskazanie polecenia, do którego ma dojść przejście: "Po zakończeniu wszystkich manipulacji powtórzyć punkty od 3 do 5".

Nagraj w formie graficznej

Ten wpis zawiera elementy schematów blokowych. Wszystkie elementy są ustandaryzowane, każdy zespół ma określony zapis graficzny. W każdym z bloków w języku potocznym lub formułach matematycznych musi być zapisane konkretne polecenie. Wszystkie bloki muszą być połączone liniami - pokazują dokładnie kolejność w wykonywanych poleceniach. Właściwie ten typ algorytmu jest bardziej odpowiedni do użycia w kodzie programu niż werbalny.

Pisanie w językach programowania

W takim przypadku, jeśli algorytm jest potrzebny do tego, aby zadanie zostało rozwiązane przez program zainstalowany na komputerze PC, należy go zapisać za pomocą specjalnego kodu. Do tego jest wiele języków programowania. A algorytm w tym przypadku jest nazywany programem.

Schematy blokowe

Schemat blokowy jest reprezentacją algorytmu w formie graficznej. Wszystkie zespoły i działania są reprezentowane przez kształty geometryczne (bloki). Wewnątrz każdej figury pasują wszystkie informacje o czynnościach, które należy wykonać. Połączenia są przedstawiane jako normalne linie ze strzałkami (jeśli to konieczne).

Do projektowania schematów blokowych algorytmów jest GOST 19.701-90. Opisuje procedurę i zasady tworzenia ich w formie graficznej, a także podstawowe metody rozwiązywania. W tym artykule przedstawiono główne elementy schematów blokowych używanych do rozwiązywania problemów, na przykład w informatyce. A teraz rozważmy zasady budowy.

Podstawowe zasady tworzenia schematu blokowego

Istnieją takie funkcje, które powinny mieć:

1. Musi być obecny w dwóch blokach - "Start" i "Koniec". I w jednym egzemplarzu.
2. Od początkowego bloku do końcowego linku należy narysować.
3. Ze wszystkich bloków, z wyjątkiem ostatniego, linie przepływu powinny zgasnąć.
4. Musi istnieć numeracja wszystkich bloków: od góry do dołu, od lewej do prawej. Numer kolejny należy umieścić w lewym górnym rogu, powodując, że znak zostanie zerwany.
5. Wszystkie bloki muszą być połączone ze sobą liniami. Powinni określić kolejność wykonywania czynności. Jeśli przepływ porusza się w górę lub z prawej do lewej (innymi słowy, w odwrotnej kolejności), wówczas rysowane są strzałki.
6. Linie są podzielone na wychodzące i przychodzące. Należy zauważyć, że jedna linia jest dla jednego bloku wychodzącego, a dla drugiego przychodzącego.
7. Z początkowego bloku schematu, linia przepływu opuszcza tylko, ponieważ jest to pierwsza.
8. Ale ostatni blok ma tylko dane wejściowe. Jest to wyraźnie widoczne na przykładach schematów blokowych dostępnych w artykule.
9. Aby ułatwić odczytywanie schematów blokowych, linie przychodzące są rysowane od góry i od linii wychodzących od dołu.
10. Obecność przerw w liniach przepływu. Są one koniecznie oznaczone specjalnymi łącznikami.
11. Aby ułatwić schemat blokowy, można wpisywać wszystkie informacje w komentarzach.

Elementy graficzne schematów blokowych do rozwiązywania algorytmów przedstawiono w tabeli:

Algorytmy typu liniowego

Jest to najprostsza forma, która składa się z określonej sekwencji działań, nie zależy od tego, jakie dane są wprowadzane na początku. Istnieje kilka poleceń, które są wykonywane raz i dopiero po wykonaniu poprzedniego. Liniowy schemat blokowy wygląda następująco:

Ponadto linki mogą być wyświetlane zarówno od góry do dołu, jak i od lewej do prawej. Taki schemat blokowy służy do zapisywania algorytmów obliczeniowych za pomocą prostych formuł, które nie mają ograniczeń wartości zmiennych zawartych w formułach do obliczeń. Algorytm liniowy jest integralną częścią złożonych procesów obliczeniowych.

Algorytmy rozgałęzienia

Schematy blokowe oparte na takich algorytmach są bardziej złożone niż liniowe. Ale istota się nie zmienia. Algorytm rozgałęzienia jest procesem, w którym dalsze działanie zależy od spełnienia warunku i uzyskanego rozwiązania. Każda linia działania jest gałęzią.

Diagramy przedstawiają bloki, które nazywane są "Rozwiązaniem". Ma dwa wyjścia, a warunek logiczny jest zapisany w środku. To, w jaki sposób zostanie wykonany, zależy od dalszego ruchu schematu algorytmu. Możesz podzielić algorytmy rozgałęzienia na trzy grupy:

1. "Bypass" - podczas gdy jedna z gałęzi nie ma operatorów. Innymi słowy, kilka akcji innego oddziału jest ominiętych.
2. "Rozgałęzienie" - każda gałąź ma określony zestaw wykonanych akcji.
3. "Wielokrotny wybór" to widelec, w którym znajduje się kilka gałęzi, a każda zawiera określony zestaw czynności do wykonania. I jest jedna cecha - wybór kierunku zależy bezpośrednio od tego, jakie wartości są podane dla wyrażeń zawartych w algorytmie.

Są to proste algorytmy, które są rozwiązywane bardzo prosto. Przejdźmy teraz do bardziej złożonych.

Cykliczny algorytm

Wszystko jest tu bardzo jasne - cykliczny schemat blokowy reprezentuje algorytm, w którym jednorodne obliczenia są powtarzane wiele razy. Z definicji cykl jest specyficzną sekwencją dowolnych działań wykonywanych wielokrotnie (więcej niż raz). Istnieje kilka rodzajów cykli:

1. Kto zna liczbę powtórzeń czynności (są one również nazywane cyklami z licznikiem).
2. W którym liczba powtórzeń jest nieznana - z warunkiem wstępnym i warunkiem wstępnym.

Bez względu na to, jakiego rodzaju cyklu używa się do rozwiązania algorytmu, musi on mieć zmienną, z którą występuje wyjście. Określa liczbę powtórzeń cyklu. Część robocza (ciało) cyklu jest określoną sekwencją czynności wykonywanych na każdym etapie. A teraz przyjrzymy się bliżej wszystkim typom cykli, jakie mogą wystąpić przy opracowywaniu algorytmów i rozwiązywaniu problemów informatycznych.

Counter Cycles

Rysunek pokazuje prosty schemat blokowy, w którym istnieje cykl z licznikiem. Ten typ algorytmu pokazuje, że liczba powtórzeń danego cyklu jest znana z góry. I ta liczba jest naprawiona. W takim przypadku zmienna licząca liczbę kroków (powtórzeń) jest nazywana licznikiem. Czasami w podręcznikach można spotkać inne definicje - parametr cyklu, zmienną kontrolną.

Schemat blokowy ilustruje bardzo żywo, w jaki sposób pętla działa z licznikiem. Przed przystąpieniem do pierwszego kroku należy przypisać wartość początkową do licznika - może to być dowolna liczba, zależna od konkretnego algorytmu. W przypadku, gdy końcowa wartość jest mniejsza niż wartość licznika, zostanie wykonana pewna grupa poleceń, które składają się na bryłę pętli.

Po wykonaniu bryły licznik zmienia się o wartość przyrostu licznika, oznaczoną literą h. W przypadku, gdy uzyskana wartość jest mniejsza niż wartość końcowa, cykl będzie kontynuowany. I zakończy się dopiero, gdy końcowa wartość jest mniejsza niż licznik pętli. Tylko w tym przypadku wykonamy akcję następującą po cyklu.

Zazwyczaj blok zwany "Przygotowaniem" jest używany w notacji schematu blokowego. Jest napisane w liczniku, a następnie wskazują następujące dane: wartości początkowe i końcowe, zmiana kroku. W schemacie blokowym są to odpowiednio parametry I n, Ik i h. W przypadku, gdy h = 1, wielkość kroku nie jest rejestrowana. W innych przypadkach należy to zrobić. Konieczne jest przestrzeganie prostej zasady - linia przepływu powinna wejść od góry. Usprawnienie, które idzie poniżej (lub w prawo, w zależności od konkretnego algorytmu) powinno wskazywać przejście do następnego operatora.

Teraz dokładnie przestudiowałeś opis schematu pokazanego na rysunku. Możesz przejść do dalszej nauki. Gdy używany jest cykl z licznikiem, muszą zostać spełnione określone warunki:

1. Ciało nie może zmieniać (przymusowo) wartości licznika.
2. Zabronione jest przekazywanie kontroli z zewnątrz na operatora ciała. Innymi słowy, cykl można wprowadzić tylko od samego początku.

Cykl przygotowania wstępnego

Ten rodzaj cykli stosowany jest w przypadkach, gdy liczba powtórzeń nie jest znana z góry. Cykl z warunkiem wstępnym to rodzaj algorytmu, w którym bezpośrednio przed rozpoczęciem pracy ciało sprawdza stan, w którym dozwolone jest przejście do następnej czynności. Zwróć uwagę na sposób przedstawiania elementów diagramu blokowego.

W przypadku, gdy warunek jest spełniony (stwierdzenie jest prawdziwe), następuje przejście do początku ciała cyklu. Bezpośrednio zmienia wartość co najmniej jednej zmiennej, która wpływa na wartość zestawu warunków. Jeśli nie zastosujesz się do tej reguły, otrzymamy "pętlę". W przypadku, gdy po następnej weryfikacji warunku wykonania ciała pętli okaże się, że jest to fałsz, następuje wyjście.

W schematach algorytmów dozwolone jest sprawdzenie nie prawdy, ale fałszu warunku początkowego. W takim przypadku cykl zakończy się tylko wtedy, gdy wartość warunku będzie prawdziwa. Obie opcje są poprawne, ich użycie zależy od tego, co konkretnie jest wygodniejsze w użyciu do rozwiązania konkretnego problemu. Ten typ cyklu ma jedną cechę - ciało może nie zostać wykonane, gdy warunek jest fałszywy lub prawdziwy (w zależności od wariantu używanego do rozwiązania algorytmu).

Poniżej znajduje się schemat blokowy, który opisuje wszystkie te działania:

Czym jest cykl z post-warunkiem?

Jeśli przyjrzeć się bliżej, ten rodzaj cykli jest nieco podobny do poprzedniego. Postaramy się zbudować schemat blokowy opisujący ten cykl na własną rękę. Osobliwością jest to, że liczba powtórzeń nie jest znana z góry. A stan ustala się po wycofaniu się z ciała. To pokazuje, że ciało, niezależnie od decyzji, zostanie wykonane co najmniej raz. Dla jasności spójrz na schemat blokowy opisujący warunek i stwierdzenia:

Nie ma nic trudnego w konstrukcji algorytmów z cyklami, wystarczy je zrozumieć tylko raz. A teraz zwracamy się do bardziej złożonych struktur.

Złożone cykle

Złożone są te konstrukcje, w których istnieje jeden lub więcej prostych cykli. Czasem są one nazywane zagnieżdżonymi. W tym samym czasie te struktury, które obejmują inne cykle, są nazywane "zewnętrznymi". I te, które są zawarte w projekcie zewnętrznym - wewnętrznym. Kiedy wykonywany jest każdy krok zewnętrznej pętli, wewnętrzna pętla jest całkowicie przewijana, jak pokazano na rysunku:

To wszystko, zapoznałeś się z głównymi cechami budowy schematów blokowych do rozwiązywania algorytmów, znasz zasady i zasady. Teraz możesz rozważyć konkretne przykłady schematów z życia. Na przykład w psychologii takie konstrukcje są używane, aby dana osoba mogła zadać pytanie:

Lub przykład z biologii, aby rozwiązać problem:

Rozwiązywanie problemów z schematami blokowymi

A teraz przyjrzymy się przykładom problemów z schematami, które można znaleźć w podręcznikach informatycznych. Na przykład podano schemat blokowy, według którego rozwiązano niektóre algorytmy:

W tym przypadku użytkownik niezależnie wprowadza wartości zmiennych. Załóżmy, że x = 16, a y = 2. Proces robienia tego:

1. Wprowadzane są wartości xiy.
2. Przeprowadzono operację konwersji: x = √16 = 4.
3. Warunek jest spełniony: y = y ² = 4.
4. Obliczenia przeprowadza się: x = (x + 1) = (4 + 1) = 5.
5. Następna zmienna jest obliczana dodatkowo: y = (y + x) = (5 + 4) = 9.
6. Zostanie wyświetlone rozwiązanie: y = 9.

W tym przykładzie schematy blokowe dla informatyki wyraźnie pokazują, w jaki sposób algorytm jest rozwiązywany. Musisz zwrócić uwagę na fakt, że wartości x i y są ustawione na początkowym etapie i mogą być dowolne.