Классическим называется следующий набор технологических этапов (процессов) [2]:
1. Возникновение и исследование идеи
2. Управление
3. Анализ требований
4. Проектирование
5. Программирование
6. Тестирование и отладка
7. Ввод в действие
8. Эксплуатация и сопровождение
9. Завершение эксплуатации
Процессы жизненного цикла программного обеспечения определены международным стандартом ISO 12207 [ISO/IEC 12207:1995] и делятся на три группы (без привязки ко времени) [2]:
· Основные процессы: приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение.
· Вспомогательные процессы: документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, совместная оценка, аудит, разрешение проблем.
· Организационные процессы: управление, создание инфраструктуры, усовершенствование, обучение.
§1.2. Основные сведения об алгоритмах
Понятие алгоритма
Алгоритм – это формальное предписание, однозначно определяющее содержание и последовательность операций, переводящих совокупность исходных данных в искомый результат – решение задачи.
Иначе говоря, алгоритм – это набор понятных исполнителю инструкций (команд), точное выполнение которых приводит к достижению требуемого результата.
Алгоритм позволяет формализовать выполнение информационного процесса. Если исполнителем является человек, то он может выполнять алгоритм формально, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, предусмотренную алгоритмом. Представление информационного процесса в форме алгоритма позволяет поручить его автоматическое исполнение различным техническим устройствам, среди которых особое место занимает компьютер. При этом говорят, что компьютер исполняет программу (последовательность команд), реализующую алгоритм.
С алгоритмами связаны следующие области исследований [2].
· Анализ алгоритмов. Предмет этой области состоит в том, чтобы для заданного алгоритма определить рабочие характеристики. Например, часто требуется, чтобы алгоритм был быстрым.
· Теория алгоритмов. К этой области относятся вопросы существования или отсутствия эффективных алгоритмов вычисления определенных величин.
· Построение алгоритмов. В этой области рассматриваются стандартные приемы и методы, используемые при создании алгоритмов.
Свойства алгоритма
Все алгоритмы обладают рядом свойств. Основными свойствами алгоритмов являются [4]:
1. Конечность (результативность, финитность). Свойство так определять процесс преобразования исходных данных, чтобы он через конечное число шагов для любых допустимых исходных данных приводил к искомому результату. Процедуру, обладающую всеми характеристиками алгоритма, за исключением конечности, можно назвать вычислительным методом.
2. Определенность (детерминированность). Предполагает такое составление алгоритма, которое не допускает различных толкований или искажения результата. При словесном описании алгоритмов оно дается на обычном разговорном языке, поэтому не исключена возможность неточного понимания предписания, например, человеком. Чтобы преодолеть эту трудность, для описания алгоритмов разработаны формально определенные языки программирования, в которых каждое утверждение имеет абсолютно точный смысл.
3. Ввод (массовость, наличие входных данных). Определяет возможность использования любых исходных данных из некоторого определенного множества для однотипных задач. Так, правило умножения столбиком является алгоритмом, т. к. оно используется для любых чисел (как целых, так и вещественных или дробных), но таблица умножения — не алгоритм. Это свойство подразумевает в программе наличие блока ввода, но в некоторых случаях число входных данных может быть равно нулю [4].
4. Вывод (наличие выходных данных). Алгоритм имеет одно или несколько выходных данных, имеющих определенную связь с входными данными. Здесь подразумевается наличие в программе блока вывода, иначе выполнение программы становится бессмысленным.
5. Эффективность. Алгоритм считается эффективным, если его операторы достаточно просты для того, чтобы их можно было точно выполнить в течение конечного промежутка времени.
Иногда приводят и дополнительные свойства алгоритмов, например:
Направленность. Означает наличие способа однозначного перехода от одного действия к другому.
Дискретность. Свойство, означающее, что алгоритм разбивается на последовательные команды, возможность выполнения которых человеком или машиной (исполнителем) не вызывает сомнений.
Понятность. Означает, что все команды алгоритма должны быть понятны для конкретных исполнителей.
Формы записи алгоритмов
Существуют три основных способа записи или представления алгоритма [5]:
1. словесная (текстуальная) запись алгоритма;
2. описание на алгоритмическом языке;
3. структурная схема (графическая схема).
Словесное описание алгоритма представляет собой текст, в котором на каком-либо разговорном языке (например, на русском) по пунктам записана последовательность действий. Строгие требования к форме такой записи не предъявляются, но существуют определенные правила, выполнение которых облегчает понимание алгоритма. Все действия расписываются по шагам или нумеруются, чтобы было удобно ссылаться при необходимости по номеру шага или пункта. Начало алгоритма и его окончание иногда отмечают словами «начало» и «конец». Можно указывать в одном пункте не одно действие, а группу простых действий.
Пример. Вычисление 
. Вычисление производится по итерационной формуле
.
При последовательных приближениях необходимо задавать точность, с которой подсчитывается выходная величина. Обозначим ее как ε. За начальное приближение примем само значение а.
Шаг 1. Определим начальные значения а и ε.
Шаг 2. Выберем начальное приближение хп равным а.
Шаг 3. Вычислим следующее приближение хп+1 по формуле
.
Шаг 4. Если 
, то хп+1 – искомый результат, и алгоритм окончен.
Шаг 5. Положим хп = хп+1 и перейдем к шагу 3.
Количество шагов для этой задачи может быть и другим, например, если в шаге 4 записать «…, то перейти к шагу 6». И далее
Шаг 6. Вывести значение хп+1.
Шаг 7. Конец алгоритма.
В словесной форме удобно задавать алгоритмы для людей. Например, инструкции по эксплуатации различных бытовых приборов можно рассматривать как алгоритм. Но для ЭВМ при сложных задачах, с множеством ветвлений и циклов такая форма записи не наглядна.
Любая программа является представлением алгоритма. Но наиболее наглядными с точки зрения человека являются программы на алгоритмических языках высокого уровня. Но программа есть представление алгоритма с максимальной степенью детализации, и укрупненные алгоритмы в такой форме представления записывать нельзя. По способу записи эта форма близка к словесной, но со строгими формальными правилами.
Графическое представление алгоритма изображается в виде блок-схем или граф-схем. Рисунки, или графические изображения считаются наиболее наглядным представлением информации, поэтому и сложные алгоритмы наиболее удобны и понятны при их графическом представлении. Здесь отдельные шаги представляются в виде геометрических фигур, соединенных линиями, указывающими последовательность перехода от блока к блоку. Конструкторскую документацию по алгоритмам при разработке программных продуктов оформляют в виде блок-схем, поэтому существуют определенные стандарты в ЕСПД, регламентирующие запись алгоритмов [6]. Более подробно они будут рассмотрены далее.
Существуют и другие формы записи алгоритмов [3]:
1. операторный способ;
2. с использованием диаграммы Нэсси-Шнейдермана;
3. с использованием Р-схемы;
4. с помощью псевдокода.
Последний способ получил достаточно широкое распространение и является промежуточным перед записью алгоритма в терминах выбранного языка программирования. По сути своей является симбиозом естественного языка и языка программирования. В некоторых случаях псевдокод практически является алгоритмическим языком высокого уровня.
Блок-схемы алгоритмов
В настоящее время в вычислительной технике для записи алгоритмов используется «ГОСТ 19.701-90. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения». Он входит в группу стандартов единой системы программной документации (ЕСПД) [6]. Этот стандарт введен взамен «ГОСТ 19.002-80. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения. ГОСТ 19.003-80. Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические» [7,8]. Но стандарт от 1990 года не совсем полный, в частности, там отсутствуют размеры и отношения сторон блоков, изменены название и трактовка некоторых из них. Поэтому совместно с ГОСТ 19.701-90 рекомендуется использовать и ГОСТ 19.002-80, ГОСТ 19.003-80.
Далее приводятся выдержки из этих стандартов. В них графические блоки называются символами.
2.2. Схема программы.
2.2.1. Схемы программ отображают последовательность операций в программе.
2.2.2. Схема программы состоит из:
1) символов (т. е. блоков) процесса, указывающих фактические операции обработки данных (включая символы, определяющие путь, которого следует придерживаться с учетом логических условий);
2) линейных символов, указывающих поток управления;
3) специальных символов, используемых для облегчения написания и чтения схемы.
Из-за разночтений в табл. 1.1 приводится описание основных символов (в стандарте их существенно больше) как по ГОСТ 19.701-90, так и по ГОСТ 19.003-80.
Таблица 1.1. Наименование и обозначение символов и отображаемые ими функции
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
Основные порталы (построено редакторами)