Файл: Операторы циклов, их виды, особенности и области применения (История создания языка).pdf

ВВЕДЕНИЕ

На этапе становления языков программирования использовались «машинно-ориентированные» алгоритмические языки или языки «низкого уровня». Такие языки учитывали структуру и характеристики конкретных вычислительных машин, их систему команд, структуру памяти. На смену им пришли «проблемно-ориентированные» алгоритмические языки или языки программирования «высокого уровня». Эти языки освободили программистов от необходимости ориентироваться на электронно-вычислительные машины определенного типа.

Следующим этапом развития алгоритмических языков явились языки программирования более общего и не обязательно алгоритмического характера.

Всестороннее проникновение вычислительных машин в научную, образовательную, культурную и социальную сферы ведет к значительному повышению роли алгоритмических языков в жизни общества.

Алгоритмы и реализующие их программы, т. е. тексты на определенных алгоритмических языках, приобретают характер ресурсов научного, экономического, образовательного и культурного потенциала современного общества. Расширяющееся использование алгоритмических языков программирования на всех уровнях, по мнению специалистов, привело к установлению особого стиля мышления. Наряду с традиционным, математическим мышлением, представляет собой платформу для прогрессивного развития как языков программирования так математических методов, средств, процессоров, использующих компьютерные технологии.

Любой язык программирования, а тем более языки программирования высокого уровня, зиждутся на трех алгоритмически структурах: следования, ветвления, повторения. Каждый алгоритм может быть реализован с использованием комбинации этих структур.

Как следует из теории алгоритмов, самой часто используемой является алгоритмическая структура «повторение» или другими словами циклическая структура. Данная структура является предметом рассмотрения курсовой работы. Циклические структуры, в дальнейшем циклы, применяются при обработке массивов. Многие прикладные задачи, как то: системы линейных уравнений, задачи оптимизации, уравнения, векторы и др., сводятся к действиям над одномерными или двумерными массивами.

Таким образом, из вышесказанного следует актуальность данной курсовой работы.

Объектом исследования курсовой работы выступают языки программирования высокого уровня.

Предметом курсовой работы является роль циклических структур в языках программирования высокого уровня.

Цель работы: исследование операторов циклов, циклических структур, их типов, особенностей применения в языке программирования Pascal.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. изучить историю создания языка;
2. рассмотреть краткий обзор литературных и электронных источников;
3. изучить типы циклических структур;
4. рассмотреть обзор методов инициализации переменных массивов;
5. изучить реализацию циклических алгоритмов в задачах с массивами.

Методологической базой исследования в курсовой работе является сравнительный подход.

Глава 1. История создания языка и обзор источников литературы

1.1. История создания языка

Язык программирования PASCAL (ПАСКАЛЬ) назван в честь великого французского физика и математика Блеза Паскаля. Еще в 1642 г. он изобрел «паскалево колесо» - счетную машину для арифметических операций. История создания языка PASCAL, как языка программирования, начинается с 1965 г. Никалаус Вирт - доцент факультета информатики Стэнфордского университета, принял участие в разработке языка АЛГОЛ-W. Проект был отклонен, но по возвращению в Швейцарию Вирт не прекратил работу по созданию нового языка. В результате этой работы в конце 1968 г. профессор Вирт и его сотрудники из Швейцарского федерального института технологии в Цюрихе разработали первую версию ПАСКАЛЯ, а через два года появился первый вариант компилятора. [15]

В 1974 году была разработана новая версия языка ПАСКАЛЬ, через год вышло полное руководство для пользователей ПАСКАЛЯ.

Целью создания языка стала необходимость:

• разработать язык для обучения программированию как систематической дисциплине;
• реализовать язык на существующих вычислительных машинах должна быть надежной и эффективной.

ПАСКАЛЬ унаследовал многие черты своего предшественника АЛГОЛ-60 и некоторых других языков. Он имеет блочную структуру, операторы разделяются между собой точкой с запятой, в языке имеется оператор перехода и оператор варианта. Простые и гибкие операторы цикла WHILE и REPEAT и оператор варианта CASE, отмечает Вирт, стали переработанной версией оператора цикла FOR. Они позволяют программисту реализовать разнообразные алгоритмы путем использования вложенных иерархических структур, представляющих композиции этих операторов.

Главным достоинством языка ПАСКАЛЬ является воплощение идеи структурного программирования. Идея состоит в том, что с помощью нескольких конструкций можно выразить алгоритмы любой степени сложности. Два других достоинства языка были определены двумя работами профессора Ч. Хоара: «О структурной организации данных» и «Аксиоматическая основа программирования для вычислительных машин».

Язык Pascal включает некоторый набор различных типов данных. Язык является первым языком, который имеет не числовой тип данных - тип перечисления.

Вторая статья Ч. Хоара показывает, что «программы поддаются точному анализу, который основан на строгих математических методах”. Таким образом, язык ПАСКАЛЬ стал первым языком программирования, для которого существуют программные средства, позволяющие доказать правильность написанных программ.

Некоторые специалисты называют Паскаль «спартанским» языком. Но мобильность, простота, легкость программирования, эффективность программ обеспечили ПАСКАЛЮ успех на рынке языков программирования.

Однако в процессе эксплуатации языка ПАСКАЛЬ выявлены некоторые недостатки:

• отсутствие операции возведения в степень;
• нет возможности включения в программу участков, написанных на машинном языке (на языке низкого уровня);
• отсутствует возможность задания локальных переменных;
• отсутствует возможность независимой трансляции модуля.

К началу 80-х появилось множество компиляторов Паскаля для различных типов электронно-вычислительных машин. Стали появляться различные его диалекты и расширения: Турбо-ПАСКАЛЬ, ПАСКАЛЬ-80, , Квик-ПАСКАЛЬ, Эппл-ПАСКАЛЬ, Паскаль-АВС и др.[15]

1.2. Краткий обзор литературных и электронных источников

Во время всестороннего развития информационных технологий, компьютерных методов, интернета информация о языках программирования высокого уровня представлена в самом разнообразном виде: на бумажных и электронных носителях, в мультимедийном и интерактивном видах. Это самоучители, практикумы, учебники, форумы, онлайн-обучение. Одним словом существует бесчисленное множество литературных, а также электронных носителей, что дает возможность пользователям не только изучить основы программирования, но и разрабатывать программные продукты различной степени сложности на выбранном языке программирования.

Например, в своей книге «Программирование на языке высокого уровня Turbo Pascal » Краснов С.В. рассматривает вопросы разработки программ, уделяя большое внимание основным понятиям, операторам ввода и вывода данных. Особое внимание автор уделил составлению программ, реализующих ветвление, циклические процессы, работе с массивами, процедурами и записями. Понятия циклов и их основные условия применения, использования и ограничения, что позволяет безошибочно действовать при создании программы. [16]

Перминов О.Н. в своей книге «Программирование на языке Паскаль» изложил детальное и формальное изложение всех конструкций языка, а приведенные примеры изложены доступным языком с использованием различных приемов программирования. Подробно расписаны циклические алгоритмы, все их разновидности, приведены подробные примеры.

Часто специалисты, преподаватели книги рекомендуют не только по ссылке на автора, но и по картинке на обложке. Ниже в таблице приведены некоторые популярные книги с кратким их описанием, изображениями на обложках и рекомендациями для пользователей. (Табл.1)[4,c.378]

Таблица 1

Литературные источники по программированию на языке высокого уровня Pascal

Глава 2. Типы циклических структур

Прежде чем перейти к рассмотрению циклических структур и их типов, имеет смысл дать определение циклической структуре или циклу.

В большинстве задач, встречающихся на практике, необходимо производить многократное выполнение некоторого действия. Многократно повторяющаяся часть вычислительного процесса называется циклом.

Существуют два типа циклов - итерационные и арифметические циклы. Цикл называется арифметическим, если заранее известно количество необходимых повторений. В некоторых литературных источниках арифметический цикл называют циклом с фиксированным числом шагов. Блок-схема арифметического цикла представлена на рисунке 1. В случае если количество повторений заранее неизвестно, то цикл называется итерационным.  [11,c.352]

Рисунок 1- Блок-схема арифметического цикла

Переменная, которая управляет количеством повторений, называется параметром цикла. Оператор или несколько операторов, которые выполняются в цикле, называются телом цикла. Переменная цикла в арифметическом цикле меняется на единицу или, другими словами, с шагом «единица»

В итерационных циклах производится проверка некоторого условия, и в зависимости от результата этой проверки происходит либо выход из цикла, либо повторение выполнения тела цикла. Особенностью итерационных циклов является тот факт, что перед выполнением цикла инициализируется начальное значение параметра цикла, а в теле цикла параметр изменяется и затем проверяется на предмет продолжения цикла.

Итерационные циклы делятся в свою очередь на циклы с предусловием и циклы с постусловием. Цикл называется циклом с предусловием (пока условие цикла «истинно», то «делать …») потому, что проверка условия происходит перед выполнением «тела цикла». Блок схема цикла с предусловием изображена на рисунке 2.[7,c.464]

Рисунок 2 - Блок-схема цикла с предусловием

В цикле с «постусловием» («делать… пока») проверка параметра цикла происходит после выполнения тела цикла. Причем параметр цикла проверяется на «ложность», то есть «тело цикла» выполняется до тех пор, пока условие ложно. Блок-схема цикла с постусловием видна на рис. 3.[1,c.384]

Особенным отличием итерационных циклов состоит в том, что тело цикла с постусловием всегда выполнится хотя бы один раз в отличие от цикла с предусловием, тело которого может не выполниться ни разу.