Файл: Алгоритмизация как обязательный этап разработки программы.pdf
Добавлен: 28.04.2023
Просмотров: 63
Скачиваний: 2
Введение
История появления и развития персональных компьютеров является одним из наиболее впечатляющих явлений нашего века. С момента появления первых образцов персональных компьютеров прошло меньше 25 лет, но сейчас без них уже немыслимо огромное количество областей человеческой деятельности - экономика , управление , наука , инженерное дело , издательское дело , образование , культура и т.д. Интерес к персональным компьютерам постоянно растет, а круг их пользователей непрерывно расширяется. В число пользователей ПЭВМ вовлекаются как новички в компьютерном деле, так и специалисты по другим классам ЭВМ.
Язык С++ - универсальный язык общего назначения, область приложений которого - программирование систем в самом широком смысле. Кроме этого, С++ успешно используется как во многих приложениях, так и в мощных операционных системах. Реализация С++ осуществлена для машин в диапазоне от самых простых персональных компьютеров до самых мощных суперкомпьютеров и для всех операционных систем.
1. Структура современных ЭВМ
Основными компонентами компьютера являются процессор, память, устройства ввода и вывода. С помощью устройства ввода программа и исходные данные попадают в память. Программа содержит последовательность инструкций, которую выполняет процессор. Результаты выполнения программы поступают в устройства вывода. В качестве устройства ввода, как правило, используется клавиатура, в качестве устройства вывода - дисплей, на котором высвечиваются результаты выполнения программ, или принтер.
Наряду с клавиатурой, дисплеем и принтером используются дисководы и накопители на жестких дисках - устройства, осуществляющие запись и чтение информации. Это означает, что результаты, полученные на некотором этапе выполнения программы и записанные на магнитный диск, могут быть использованы на последующих этапах выполнения программы как исходные данные.
Рис.2. Структурная схема ПЭВМ
На рис.2 изображена структурная схема ПЭВМ, которая содержит следующие основные компоненты:
1) ЦП - центральный процессор, который управляет работой ПЭВМ а и выполняет все вычисления;
2) ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, в котором располагаются программы, выполняемые ПЭВМ, используемые программами данные.
3) ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, в котором располагаются программы, выполняемые ПЭВМ при своём включении.
Схема содержит следующие компоненты, которые предназначены для связи ПЭВМ с внешними устройствами:
1) Контроллер дисплея - позволяет подключить процессор к видео контрольному устройству, обеспечивает передачу видеоинформации и переключение видеорежимов дисплея;
2) Контроллер клавиатуры - позволяет подключить процессор к устройству ручного ввода информации, обеспечивает опрос каждой клавиши и передаёт процессору код нажатой клавиши;
3) Порты ввода - вывода, через которые процессор обменивается данными с внешними устройствами, предназначены для подключения к ним внешних устройств, таких как принтер, динамик, внешние устройства памяти;
4) Контроллер накопителя на диске - связывает накопители внешней оперативной памяти с ОЗУ, обеспечивает приём, передачу информации от носителя;
На схеме показаны следующие внешние устройства ПЭВМ:
1) Дисплей - основное средство оперативного вывода информации, предназначен для вывода текстовой или графической информации на экран.
2) Клавиатура - стандартное устройство ввода информации, основное средство взаимодействия пользователя с ПЭВМ.
3) Принтер - устройство печати текстовой и графической информации.
Принтеры бывают 3х типов - матричные, струйные и лазерные.
4) Накопитель на гибких магнитных дисках - устройство внешней памяти - служит для долговременного хранения информации - программ, архивных данных и т.д. Ёмкость носителя и скорость передачи данных незначительная.
5) Накопитель на жёстких магнитных дисках - устройство внешней памяти - служит для долговременного хранения информации - программ, архивных данных и т.д. Ёмкость носителя и скорость передачи данных высокая.
2. Математическая часть
На Рис.3 изображены геометрические фигуры: цилиндрическая труба и прямоугольный параллелепипед.
Рис.3. Геометрические фигуры
Вычисление значений требуемых величин производилось по формулам:
Формула (1) - объём прямоугольного параллелепипеда:
(1)
где A, B, C - стороны прямоугольного параллелепипеда.
Формула (2) - объём цилиндрической трубы:
(2)
где h - высота цилиндрической трубы;
R1 - внутренний диаметр цилиндрической трубы;
R2 - внешний диаметр цилиндрической трубы.
3. Описание алгоритма решения задачи
По условиям, заданным в задаче, значение внутреннего радиуса цилиндрической трубы R1 изменяется со значения L до N с шагом M.
Причём объём цилиндрической трубы не может быть меньше объёма прямоугольного параллелепипеда.
Следовательно, необходимо перебирать результаты вычисления объёма цилиндрической трубы с каждым изменением внутреннего радиуса основания, до тех пор, пока объём цилиндрической трубы не станет больше или равен объёму прямоугольного параллелепипеда.
В соответствии с приведённым словесным описанием алгоритма решения поставленной задачи разработана схема решаемой задачи, которая изображена на рис.4.
В изображенном алгоритме блоки имеют описанное ниже назначение:
Блок 1. Начало программы;
Блок 2. Ввод L, N, M, R2, H, A, B, C с клавиатуры;
Блок 3. Вычисление объёма прямоугольного параллелепипеда;
Блок 4. Установка начального максимального значения внутреннего радиуса цилиндрической трубы;
Блок 5. Организация цикла переменной R1;
Блок 6. Вычисление объёма цилиндрической трубы;
Блок 7. Проверка условия Vc <= Vt, если оно выполняется, то переход на блок 8, если нет, то на блок 10;
Блок 8. Проверка условия MAX <R1, если оно выполняется, то переход на блок 9, если нет, то на блок 10;
Блок 9. Вычисление максимального значения внутреннего радиуса, объёма цилиндрической трубы;
Блок 10. Вывод значений объёма цилиндрической трубы, объёма прямоугольного параллелепипеда, максимального значения внутреннего радиуса;
Блок 11. Конец программы.
4. Анализ результатов вычислений
Расчёты, проведённые по программе, реализующей описанный в 3 алгоритм (текст программы см. в приложении), позволили получить следующие результаты:
Введите L, N, M:
2.3 12.5 0.1
Введите R2, H:
12.6 2.3
Введите A, B, C:
2.4 3.7 10.4
Объем цилиндрической трубы=106.595131
Объем прямоугольного параллелепипеда=92.352005
Максимальное значение внутреннего радиуса=12.00001
Анализ этих результатов даёт возможность сделать вывод, что составленная программа позволяет правильно решить поставленную задачу т.к. результаты её работы, совпадают с результатами, полученными при вычислении вручную. Выведенные на экран величины объёма прямоугольного параллелепипеда, объёма цилиндрической трубы и её максимальное значение внутреннего радиуса отвечают условиям поставленной задачи.
Заключение
В курсовой работе решена задача определения максимального значения внутреннего радиуса цилиндрической трубы, для которого объём цилиндрической трубы не меньше объёма прямоугольного параллелепипеда со сторонами А, В и С.
Разработан алгоритм решения поставленной задачи, составлена и отлажена программа на языке С++., реализующая указанный алгоритм. С её помощью проведены расчёты, проанализированы полученные результаты. Анализ результатов показал, что поставленная задача успешно решена.
Список литературы
1. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по высшей математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1981. - 718 с.
2. Бьярн Страуструп. Язык программирования С++.в двух частях. Пер. с англ. Киев: "Диа Софт», 1993. -296 с.,ил.
3. Корриган Джон: С++ основы программирования: Пер с англ. -М.: Энтроп, 1995. - 352 с., ил.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ТЕКСТ ПРОГРАММЫ
#include <conio.h>
#include <iostream.h>
#include <math.h>
void main () {
float L, N, M, R2, R1, H, A, B, C, MAX, VC, VT, V;
clrscr ();
cout<<"\n"<<" Введите L, N, M: "<<"\n";
cin>>L>>N>>M;
cout<<"\n"<<" Введите R2, H: "<<"\n";
cin>>R2>>H;
cout<<"\n"<<" Введите A, B, C: "<<"\n";
cin>>A>>B>>C;
VC=A*B*C;
MAX=-1E38;
for (R1=L; R1<=N; R1=R1+M)
{VT=H*3.14*(R2*R2-R1*R1);
if (VC<=VT) if (MAX<R1) {MAX=R1; V=VT;}}
cout <<"\n"<<"Объем цилиндрической трубы="<<V;
cout <<"\n"<<"Объем прямоугольного параллелепипеда="<<VC;
cout <<"\n"<<"Максимальное значение внутреннего радиуса="<<MAX;
getch ();
}
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ
Введите L, N, M:
2.3 12.5 0.1
Введите R2, H:
12.6 2.3
Введите A, B, C:
2.4 3.7 10.4
Объем цилиндрической трубы=106.595131
Объем прямоугольного параллелепипеда=92.352005
Максимальное значение внутреннего радиуса=12.00001
Алгоритмизация
Основным в процессе программирования является разработка алгоритма. Это один из наиболее сложных этапов решения задачи с использованием ЭВМ. В начале обучения программированию, на наш взгляд, целесообразно не привязываться сразу к какому-либо языку, разрабатывать алгоритмы без записи на ЯПВУ, а, например, с помощью блок-схем или иным аналогичным способом. После такой "чистой" алгоритмизации учащимся или студентам проще перейти к записи того же алгоритма на определённом языке программирования. В настоящей публикации продемонстрирован именно такой подход.
Напомним, что основными алгоритмическими структурами (ОАС) являются следование, развилка и цикл. В более сложных случаях используются суперпозиции (вложения) ОАС.
Ниже приведены графические обозначения (обозначения на блок-схемах) ОАС.
|
|
|
|
|
|
|
|
На схемах СЕРИЯ обозначает один или несколько любых операторов; УСЛОВИЕ есть логическое выражение (ЛВ) (если его значение ИСТИНА, переход происходит по ветви ДА, иначе — по НЕТ). На схеме цикла с параметром использованы обозначения: ПЦ — параметр цикла, НЗ — начальное значение параметра цикла, КЗ — конечное значение параметра цикла, Ш — шаг изменения параметра цикла.
Начало и конец алгоритма на блок-схемах обозначают овалом, вводимые и выводимые переменные записываются в параллелограмме.
В примерах мы будем использовать запись алгоритмов с помощью блок-схем и словесное описание.
Линейные алгоритмы
Простейшие задачи имеют линейный алгоритм решения. Это означает, что он не содержит проверок условий и повторений.
Пример 1. Пешеход шел по пересеченной местности. Его скорость движения по равнине v1 км/ч, в гору — v2 км/ч и под гору — v3 км/ч. Время движения соответственно t1, t2 и t3 ч. Какой путь прошел пешеход?
|
|
1. Ввести v1, v2, v3, t1, t2, t3. 2. S1: = v1 * t1. 3. S2: = v2 * t2. 4. S3: = v3 * t3. 5. S: = S1 + S2 + S3. 6. Вывести значение S. 7. Конец. |
Для проверки работоспособности алгоритма необходимо задать значения входных переменных, вычислить конечный результат по алгоритму и сравнить с результатом ручного счета.
Пример 2. Дано натуральное трехзначное число n, в записи которого нет нулей. Составить алгоритм, который возвращает значение ИСТИНА, если верно утверждение: "число n кратно каждой своей цифре", и ЛОЖЬ — в противном случае.
|
|
1. Ввести число n 2. A: = n mod 10 {разряд единиц} 3. B: = n div 100 {разряд сотен} 4. C: = n div 10 mod 10 {десятки} 5. L: = (n mod A=0) and (n mod B=0) and (n mod C=0) 6. Вывод L 7. Конец |
