ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Метод последовательной детализации

Суть метода была описана выше. Сначала анализируется исходная задача. В ней выделяются подзадачи. Строится иерархия таких подзадач (рис. 48).

 

Затем составляются алгоритмы (или программы), начиная с основного алгоритма (основной программы), далее — вспомогательные алгоритмы (подпрограммы) с последовательным углублением уровня, пока не получим алгоритмы, состоящие из простых команд.

Вернемся к задаче «Интерпретатор», которая рассматривалась в разд. 3.16. Напомним условие: дана исходная символьная строка, имеющая следующий вид:

а

b=

На месте а и b стоят десятичные цифры; значком

обозначен один из знаков операций: +, -, *. Нужно, чтобы машина вычислила это выражение и после знака = вывела результат. Операция деления не рассматривается для того, чтобы иметь дело только с целыми числами.

Сформулируем требования к программе Interpretator, которые сделают ее более универсальной, чем вариант, рассмотренный в разд. 3.16:

1. Операнды а и b могут быть многозначными целыми положительными числами в пределах MaxInt.

2. Между элементами строки, а также в начале и в конце могут стоять пробелы.

3. Программа осуществляет синтаксический контроль текста. Ограничимся простейшим вариантом контроля: строка должна состоять только из цифр, знаков операций, знака = и пробелов.

4. Проводится семантический контроль: строка должна быть построена по схеме а

b =. Ошибка, если какой-то элемент отсутствует или нарушен их порядок.

5. Осуществляется контроль диапазона значений операндов и результата (не должны выходить за пределы MaxInt).

Уже из перечня требований становится ясно, что программа будет непростой. Составлять ее мы будем, используя метод последовательной детализации. Начнем с того, что представим в самом общем виде алгоритм как линейную последовательность этапов решения задачи:

1. Ввод строки.

2. Синтаксический контроль (нет ли недопустимых символов?).

3. Семантический контроль (правильно ли построено выражение?).

4. Выделение операндов. Проверка операндов на допустимый диапазон значений. Перевод в целые числа.

5. Выполнение операции. Проверка результата на допустимый диапазон.

6. Вывод результата.

Этапы 2, 3, 4, 5 будем рассматривать как подзадачи первого уровня, назвав их (и будущие подпрограммы) соответственно Sintax, Semantika, Operand, Calc

В свою очередь, для их реализации потребуется решение следующих подзадач: пропуск лишних пробелов (Propusk), преобразование символьной цифры в целое число (Cifra). Кроме того, при выделении операндов понадобится распознавать операнд, превышающий максимально допустимое значение (Error). Обобщая все сказанное в схематической форме, получаем некоторую структуру подзадач. Этой структуре будет соответствовать аналогичная структура программных модулей (рис. 49).

 

Первый шаг детализации. Сначала наметим все необходимые подпрограммы, указав лишь их заголовки (спецификации). На месте тела подпрограмм запишем поясняющие комментарии (такой вид подпрограммы называется «заглушкой»). Напишем основную часть программы. А потом вернемся к детальному программированию процедур и функций. На первом этапе программирования вместо тела подпрограммы опишем ее назначение в форме комментария. Окончательно объединив тексты подпрограмм с основной программой, получаем рабочий вариант программы Interpretator. Теперь ее можно вводить в компьютер.

Отладка и тестирование программы. Никогда нельзя быть уверенным, что одним махом написанная программа будет верной (хотя такое и возможно, но с усложнением программы становится все менее вероятным). До окончательного рабочего состояния программа доводится в процессе отладки.

Ошибки могут быть «языковые», могут быть алгоритмические. Первый тип ошибок, как правило, помогает обнаружить компилятор с Паскаля. Это ошибки, связанные с нарушением правил языка программирования. Их еще называют ошибками времени компиляции, ибо обнаруживаются они именно во время компиляции. Алгоритмические ошибки приводят к различным последствиям. Во-первых, могут возникнуть невыполнимые действия. Например, деление на нуль, корень квадратный из отрицательного числа, выход индекса за границы строки и т.п. Это ошибки времени исполнения. Они приводят к прерыванию выполнения программы. Как правило, имеются системные программные средства, помогающие в поиске таких ошибок.

Другая ситуация, когда алгоритмические ошибки не приводят к прерыванию выполнения программы. Программа выполняется до конца, получаются какие-то результаты, но они не являются верными. Для окончательной отладки алгоритма и анализа его правильности производится тестирование. Тест — это такой вариант решения задачи, для которого заранее известны результаты. Как правило, один тестовый вариант не доказывает правильность программы. Программист должен придумать систему тестов, построить план тестирования для исчерпывающего испытания всей программы.

Мы уже говорили о том, что качественная программа ни в каком варианте не должна завершаться аварийно.

 

Успешное прохождение всех тестов есть необходимое условие правильности программы. Заметим, что при этом оно необязательно является достаточным. Чем сложнее программа, тем труднее построить исчерпывающий план тестирования. Опыт показывает, что даже в «фирменных» программах в процессе эксплуатации обнаруживаются ошибки. Поэтому проблема тестирования программы — очень важная и одновременно очень сложная проблема.

Рекурсивные методы

Суть рекурсивных методов — сведение задачи к самой себе. Вы уже знаете, что в Паскале существует возможность рекурсивного определения функций и процедур. Эта возможность представляет собой способ программной реализации рекурсивных алгоритмов. Однако увидеть рекурсивный путь решения задачи (рекурсивный алгоритм) часто очень непросто.

Рассмотрим классическую задачу, известную в литературе под названием «Ханойская башня» (рис. 50).

 

На площадке (назовем ее А) находится пирамида, составленная из дисков уменьшающегося от основания к вершине размера.

Эту пирамиду в том же виде требуется переместить на площадку В. При выполнении этой работы необходимо соблюдать следующие ограничения:

• перекладывать можно только по одному диску, взятому сверху пирамиды;

• класть диск можно либо только на основание площадки, либо на диск большего размера;

• в качестве вспомогательной можно использовать площадку С.

Название «Ханойская башня» связано с легендой, согласно которой в давние времена монахи одного ханойского храма взялись переместить по этим правилам башню, состоящую из 64 дисков. С завершением их работы наступит конец света. Монахи все еще работают и, надеемся, еще долго будут работать!

Нетрудно решить эту задачу для двух дисков. Обозначая перемещения диска, например, с площадки А на В так: А → В, напишем алгоритм для этого случая

А→С; А→В; С→В.

Всего 3 хода! Для трех дисков алгоритм длиннее:

А→В; А→С; В→С; А→В; С→А; С→В; А→В.

В этом случае уже требуются 7 ходов.

Подсчитать количество ходов (N) для k дисков можно по следующей рекуррентной формуле:

N(1) = 1; N(k) = 2х N(k - 1) + 1.

Например, N(10) = 1023, N(20) = 104857. А вот сколько перемещений нужно сделать ханойским монахам:

N(64) = 18446744073709551615.

Попробуйте прочитать это число.

Теперь составим программу, по которой машина рассчитает алгоритм работы монахов и выведет его для любого значения п (количества дисков). Пусть на площадке А находятся п дисков. Алгоритм решения задачи будет следующим:

1. Если п = 0, то ничего не делать.

2. Если п > 0, то переместить п — 1 диск на С через В;

переместить диск с А на В (А → В)

переместить п — 1 диск с С на В через А.

При выполнении пункта 2 последовательно будем иметь три состояния (рис. 51).

 

Описание алгоритма имеет явно рекурсивный характер

Перемещение n дисков описывается через перемещение п — 1 диска. А где же выход из этой последовательности рекурсивных ссылок алгоритма самого на себя? Он в пункте 1, каким бы ни показалось странным его тривиальное содержание.

А теперь построим программу на Паскале. В ней имеется рекурсивная процедура Напоу, выполнение которой заканчивается только при п = 0. При обращении к процедуре используются фактические имена площадок, заданные их номерами: 1, 2, 3. Поэтому на выходе цепочка перемещений будет описываться в таком виде:

1→2 1→3 2→3 и т.д.

 

Это одна из самых удивительных программ! Попробуйте воcпроизвести ее на машине. Проследите, как изменяется число ходов с ростом п. Для этой цели можете сами добавить в программу счетчик ходов и в конце вывести его значение или печатать ходы с порядковыми номерами.

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти