Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
нформатика – Тема 4 – Методы работы с процедурной информацией 9
Постановка
задачи
Программирование
Построение
алгоритма решения
Текст комментариев
начало
конец
Ввести А1, А2, А3
Вывести Амах
А1A2
Amax:=A2
Amax:=A1
Amax:=A3
А3Amax
да
да
нет
нет
Постановка
задачи
Конечный пользователь
Постановщик задачи
Эксплуатация
программ
Алгоритмизация
решения задачи
Прикладной программист
Программирование
Оператор ЭВМ
Системный программист
Создание ОС выполнения программы
Создание информационной среды выполнения программы
Администратор БД
Методы работы с процедурной информацией
Информацию можно рассматривать не только как совокупность фактических данных, но и как динамическую величину, то есть информацию действия. В таком аспекте информация необходима для решения некоторой задачи.
Задача – это проблема, подлежащая решению.
Различают технологические и функциональные задачи.
Технологические задачи – ставятся и решаются при организации технологического процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для сервисных систем программного обеспечения в виде операционных систем, систем программирования, систем управления базами данных, табличных процессоров, текстовых процессоров и т.д., т.е. при разработке системного программного обеспечения.
Функциональные задачи – ставятся при реализации функций управления в рамках информационных систем предметных областей.
Например, задачи управления деятельностью предприятия или фирмы, управления поставками и перевозками продукции и т.д.
Функциональные задачи в совокупности образуют предметную область и полностью определяют ее специфику. Функциональные задачи решаются при разработке прикладного программного обеспечения.
Процесс решения задач на компьютере можно представить как последовательность трех этапов:
Постановка задачи – это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации рассматриваемой предметной области.
Постановка задачи связана с конкретизацией основных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребованной пользователем.
Для облегчения решения сложной задачи ее необходимо разбивать на подзадачи.
К основным характеристикам задач относятся:
Этап постановки задачи изначально является главным этапом проектирования любой программы, т.к. от того, как будет определена цель и выбрана модель описания предметной области, зависит правильное решение исходной задачи.
Для успешной организации информационных процессов с помощью технических и программных средств нужно представить информацию о реальном объекте в таком виде, чтобы ее можно было ввести в информационную систему, обработать, при необходимости сохранить и выдать по первому требованию пользователя. Для этого информацию необходимо смоделировать.
Введем несколько определений.
Модель - это формальное (как правило, приближенное) описание изучаемого объекта или явления, отражающее интересующие нас аспекты.
Математическая модель (формулы + методы + правила) является основой построения информационной модели.
Информационная модель задачи подразумевает определение вида, структуры, последовательности обработки и подачи на экран информации, необходимой для работы программного продукта.
Входная информация определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат рукописные документы, файлы базы данных, нормативно-справочная информация, входные сигналы от датчиков устройств и т.д.
Выходная информация по задаче может быть представлена в виде документов, выданных на принтер, файла базы данных, графика на экране дисплея, управляющего сигнала и т.д.
Предметная область (ПрО) - совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигается выполнение поставленных целей. Любая предметная область имеет границы.
Модель данных (МД) - это используемая знаковая система (способ абстрагирования предметной области) для обозначения структур данных и операций их обработки.
Концептуальная схема ПрО - описание предметной области в терминах выбранной модели данных.
Распространённой моделью данных является устная или письменная речь. Концептуальная схема ПрО в этом случае выражается в виде совокупности текстов и/или фонограмм. Однако тексты и фонограммы плохо приспособлены для моделирования информации, имеющей сложную структуру. В этом случае используют модели данных, располагающие удобными средствами описания информационной структуры. Существуют различные модели данных для описания информационных структур (иерархические, сетевые, реляционные и т.д.).
Для описания ПрО используют три основных конструктивных элемента сущность, атрибут и связь
Сущность это обобщённое понятие для обозначения множества однородных объектов ПрО, информацию о которых необходимо собирать и хранить в информационной системе. Сущность определяется своим уникальным именем и перечнем атрибутов, характеризующих свойства сущности.
Атрибут это поименованная характеристика сущности, которая принимает значения из некоторого множества допустимых значений. Атрибуты моделируют свойства сущности.
Чтобы задать атрибут в модели, необходимо присвоить ему наименование, определить множество его допустимых значений и указать, для чего он используется. Имя атрибута связывают с его смысловым описанием. В этой связи совокупность имен атрибутов описывает свойства сущности.
Связь это обобщённое понятие, предназначенное для обозначения выделенного в ПрО отношения между двумя или более сущностями. Как и сущности, каждая категория пользователей выделяет связи в соответствии со своей концепцией ПрО.
Пример. Выделить информационные объекты учебного процесса.
Описывая предметную область «Учебный процесс», можно выделить несколько сущностей: студент, преподаватель, предмет.
Сущность Студент можно охарактеризовать следующими атрибутами:
ФИО, Дата_рождения, Адрес, Дата_поступления, Номер_зачетной_ книжки, НОМЕР_ГРУППЫ.
Сущность Преподаватель характеризуется следующими атрибутами:
ФИО, Адрес, Должность, Кафедра, УЧЕНОЕ_Звание, Телефон_ рабочий, Телефон_ домашний.
Сущность Предмет характеризуется следующими атрибутами:
Название, Кафедра, Лекции, Практические_занятия, Лабораторные_работы, Курсовые_работы, Отчетность, Семестр.
Между сущностями Студент, Преподаватель и Предмет существует связь Экзамен. Связь, как и сущность, может иметь атрибуты. Связь экзамен характеризуется, например, атрибутами ОЦЕНКА и ДАТА_ПРОВЕДЕНИЯ.
Предметная область определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения (связи).
При описании той или иной ПрО желательно, чтобы соблюдались следующие требования:
- полнота охвата объектов (сущностей) рассматриваемой области;
- однозначность атрибутов;
- возможность включения новых объектов (сущностей).
После разработки модели и определения применяемых математических методов строится алгоритм, т.е. строгая последовательность действий по решению поставленной задачи.
Алгоритм – система точно сформулированных правил, однозначно определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.
Алгоритм включает в себя также порядок диалога с пользователем, порядок использования устройств машины и т.д. При этом алгоритм не должен быть привязан к конкретному языку программирования, т.е. по нему можно написать программу на любом языке программирования.
Алгоритм должен обладать следующими свойствами:
дискретностью – разбиением процесса обработки информации на более простые этапы (шаги), выполнение которых компьютером или человеком не вызывает затруднений;
определенностью (детерминированностью) – однозначностью получаемого результата при одних и тех же исходных данных;
результативностью – обязательным получением желаемого результата за конечное число шагов при допустимых исходных данных;
массовостью – применимостью алгоритма для решения определенного класса задач.
В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения задачи. В зависимости от степени детализации, поставленных целей, методов и технических средств решения задачи используются различные способы представления алгоритмов. На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов: содержательная (текстуальная) форма; графическая форма (блок-схема); программная (на языках программирования компьютера).
Остановимся подробнее на графическом представлении алгоритма.
Графическая форма представления алгоритмов
Является более компактной и наглядной по сравнению с текстовой формой. Алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. Такое графическое представление называется блок-схемой алгоритма.
Основные условные обозначения функциональных блоков, принятые в схемах алгоритмов:
|
Графическое обозначение |
Наименование |
Пояснения |
|
Пуск-останов |
Начало, конец, прерывание процесса обработки данных. |
|
|
Процесс, действие |
Операция, в результате которой изменяется значение данных. |
|
|
Условие |
Разветвление алгоритма в зависимости от некоторых условий. |
|
|
Модификация |
Начало циклической операции. |
|
|
Программа, подпрограмма |
Часть алгоритма, требующая дополнительной детализации на последующих шагах. |
|
|
Ввод-вывод данных |
Ввод-вывод без указаний конкретного носителя. |
|
|
Документ |
Ввод-вывод данных, носителем которых является бумага. |
|
|
Дисплей |
Ввод-вывод данных на дисплей. |
|
|
Магнитный диск |
Ввод-вывод данных на магнитный диск. |
|
|
|
Комментарий |
Связь между элементом схемы и пояснением к нему. |
|
Соединители |
Связь между прерванными линиями на одной страницы, связь между прерванными частями схем на разных стр. |
Пример различных форм алгоритма
Задача: Даны три числа А1, А2, А3. Найти максимальное число Аmax.
Содержательная форма представления алгоритма
Шаг 1. Сравнить значения чисел А1 и А2; если |А1|>=|А2|, то числу Аmax присвоить значение |А1|, иначе числу Аmax присвоить значение |А2|.
Шаг 2. Сравнить значения чисел А3 и Аmax. Если |А3|>=|Аmax|, то числу Аmax присвоить значение |А3|.
Шаг 3. Конец алгоритма.
Приведенное описание алгоритма является достаточно строгим и позволяет однозначно решить поставленную задачу. Однако, для достаточно сложных алгоритмов описание становится слишком громоздким и ненаглядным. Поэтому содержательную форму используют на начальных стадиях разработки алгоритмов, когда определяются основные этапы решения поставленной задачи.
Графическая форма представления алгоритма
Программная форма представления алгоритма
Program max_3;
Var A1,A2,A3,Amax:integer;
Begin
Writeln('Введите три числа');
Readln(A1,A2,A3);
if A1>=A2 then Amax:=A1
else Amax:=A2;
if A3>=Amax then Amax:=A3;
Writeln('Максимальное число ',Amax);
End.
Алгоритм и его программная реализация тесно взаимосвязаны.
Программа – упорядоченная последовательность инструкций компьютера (команд) для решения задачи.
Программное обеспечение – совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.
Программирование – теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.
Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука, и как искусство; на этом основан научно-практический подход к разработке программ.
Программа – результат интеллектуального труда, для которого характерно творчество, поэтому в любой программе присутствует индивидуальность ее разработчика, программа отражает определенную степень искусства программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.
Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ. При разработке программ используются ресурсоемкие и наукоемкие технологии, высококвалифицированный интеллектуальный труд. По некоторым данным в середине 90-х годов в мире было занято программированием 2% трудоспособного населения. Совокупный оборот в сфере создания программных средств достигает нескольких сот миллиардов долларов в год. В связи с этим весьма актуальным становится вопрос о разработке и применении эффективных технологий программирования.
Стадии разработки программного продукта
Этот этап представляет собой выполнение четырех взаимосвязанных задач:
реализация алгоритма на языке программирования;
отладка программы;
тестирование программы;
модификация и сопровождение программы.
Написание программы - запись разработанного алгоритма на каком-либо языке программирования.
Отладка. На этом этапе с помощью специальной программы (транслятора) в программе устраняются синтаксические ошибки (связанные с неправильной записью или употреблением языковых конструкций).
Тестирование. На этом этапе устраняются семантические (смысловые) ошибки. Необходимо проводить тестирование в два этапа: на заведомо правильных, а затем на заведомо неправильных данных. В любом случае программа должна выдавать соответствующие результаты. Как правило, в программе должны быть отражены все особые случаи. Для сложных алгоритмов такая информация, как правило, неизвестна.
Модификация. Программа постоянно модифицируется как на этапе разработки, так и в период опытной эксплуатации. Программы, рассчитанные на долгий срок применения, требуют периодического усовершенствования. Это может быть связано с дополнительными требованиями к ее возможностям, сменой оборудования и т.п. Поэтому необходимо, чтобы программа предоставляла возможность свой модификации без полной повторной реализации.
Сопровождение программного продукта - исправление обнаруженных ошибок, а также поддержка работоспособности программного продукта при переходе на новые версии и внесении изменений.
Схема взаимодействия специалистов,
связанных с созданием и эксплуатацией программ
Основная категория специалистов, занятых разработкой программ – это программисты. Программисты неоднородны по уровню квалификации, а также по характеру своей деятельности. Наиболее часто программисты делятся на системных и прикладных.
Системный программист занимается разработкой, эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения, поддерживающего работоспособность компьютера и создающего сферу для выполнения программ, обеспечивающих реализацию функциональных задач.
Прикладной программист осуществляет разработку и отладку программ для решения функциональных задач.
В процессе создания программ на начальной стадии работ участвуют и специалисты – постановщики задач. При создании больших по масштабам и функциям обработки программ (например, операционных систем) – нужен программист-аналитик для анализа и проектирования комплекса взаимосвязанных программ.
Большинство информационных систем основано на работе с базами данных (БД). Если база данных является сложной и используется многими программистами, то возникает проблема организационной поддержки БД, которая выполняется администратором БД.
Основным потребителем программ служит конечный пользователь, который относится к категории пользователей-непрограммистов. Он должен иметь элементарные знания и навыки работы с компьютером.