Шпаргалки по информатике (1 семестр) / Shpargalka (algoritmy).doc

АЛГОРИТМЫ ЯЗЫКА. Алгоритмом называют описание последовательности действий, необходимых для решения определенной задачи. Основными характеристиками алгоритма являются вычислительная сложность и емкостная сложность. Вычислительная или, иначе, временная сложность алгоритма - это количество элементарных операций в процессе его выполнения. Различают вычислительную сложность в среднем и в худшем случае. Емкостная сложность алгоритма - это объем используемых данных, а также объем кода самой программы. При создании алгоритма целью является сокращение как его вычислительной, так и емкостной сложности. Алгоритмы могут записываться различными способами, например, в виде блок-схем или в виде программ. Программа это набор указаний исполнителю, т.е. в нашем случае - компьютеру.

АЛФАВИТ ЯЗЫКА. Под алфавитом языка понимают совокупность допустимых символов. В языке Турбо Паскаль используются символы ASCII (американский стандартный код обмена информацией). Можно выделить четыре основные группы символов: символы, используемые в идентификаторах, разделители, специальные символы и неиспользуемые символы. Идентификатор - это имя любого объекта языка. Он может состоять из латинских букв (a...z), цифр (0...9) и знака подчеркивания и не должен начинаться с цифры. Прописные и строчные буквы в идентификаторах и зарезервированных словах считаются идентичными, они различаются лишь в строковых константах. Длина идентификатора не ограничена, но значимыми являются лишь первые 63 символа. Разделители используются для отделения друг от друга идентификаторов, чисел и зарезервированных слов. К разделителям относятся, например, пробел и комментарий. В любом месте программы, где разрешается один пробел, их можно вставить любое количество. Комментарии заключаются либо в фигурные скобки { комментарий 1 }, либо в символы (* комментарий 2 *) и могут занимать любое количество строк. Последовательность из трех символов (*) начинает комментарий до конца строки. Текст комментария игнорируется при компиляции, если это не директивы компилятора, которые имеют вид {$ }. К специальным знакам относятся знаки пунктуации (. () [] .. : ;), знаки операций и зарезервированные слова. Знаки операций могут быть как символьные (+,-,*,/ и т.д.), так и буквенными (mod, div, not). Зарезервированные слова являются служебными и не могут быть переопределены пользователем, т.е. их нельзя использовать как имена пользовательских объектов. Неиспользуемые символы - это коды ASCII, которые используются только в комментариях и символьных строках, но не в языке. К ним относятся все русские буквы, а также символы %, &, ! и т.п.

СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ. В программе, написанной на Турбо Паскале, могут быть следующие разделы: Program ... ; {Заголовок программы}Uses ... ; {Подключение модулей }Label ... ; {Раздел объявления меток}Const ... ; {Раздел объявления констант}Type ... ; {Раздел объявления новых типов}Var ... ; {Раздел объявления переменных}Procedure ... ; {Описание своих процедур}Function ... ; {Описание своих функций}Begin {начало основной программы}...;{Операторы}...;End. Обязательной частью является лишь тело программы, которое начинается словом begin, а заканчивается словом end с точкой. Операторы в Паскале разделяются точкой запятой. Заголовок программы является хотя и необязательным, но желательным элементом и состоит из зарезервированного слова program и идентификатора - имени программы, за котором следует точка с запятой. Порядок объявлений и описаний не регламентируется.

ЛИНЕЙНЫЕ АЛГОРИТМЫ. Алгоритмические действия над исходными данными и рабочими объектами языка, необходимые для решения поставленной задачи описываются при помощи операторов Турбо Паскаля. Операторы разделяются точкой с запятой, их последовательность и составляет тело программы. Наиболее простой случай представляют собой линейные алгоритмы. При выполнении линейных участков алгоритма операторы выполняются последовательно друг за другом в том порядке, в котором они перечислены в программе. При этом могут использоваться операторы присваивания, операции ввода и вывода.

ПУСТОЙ И СОСТАВНОЙ ОПЕРАТОРЫ. В программе может применяться пустой оператор, не выполняющий никакого действия. Он представляет собой точку с запятой. Составным оператором считается последовательность произвольных операторов, заключенная в операторные скобки - зарезервированные слова begin ... end. Допускается произвольная глубина вложенности составных операторов. Составной оператор применяется там, где по синтаксическим правилам языка может стоять только один оператор, а нам надо выполнить несколько действий. В этом случае набор необходимых команд должен быть оформлен как составной оператор. По сути, все тело программы представляет собой один составной оператор.

ПРОСТЕЙШИЙ ВВОД И ВЫВОД. Рассмотрим простейшие процедуры ввода и вывода. По умолчанию ввод осуществляется с клавиатуры, а вывод на экран. К операторам ввода относятся: Read(<список переменных через запятую>); Readln(<список переменных>); Readln; Второй отличается от первого тем, что после ввода переводит курсор на новую строку, точнее, в конце своей работы считывает с клавиатуры код клавиши <Enter>. Третий оператор используется для организации паузы - выполнение программы продолжится, как правило, только после нажатия на клавиатуре клавиши <Enter>. К операторам вывода относятся: Write(<список вывода>); Writeln(<список вывода>); Writeln; В списке вывода кроме имен переменных можно писать строковые константы (последовательность символов в апострофах) и даже выражения (выводятся их значения). Второй оператор отличается от первого тем, что после вывода переводит курсор на новую строку. Третий оператор просто переводит курсор на новую строку. Существует так называемый форматированный вывод. Можно задать количество позиций, отводимых под число. Для целых - после выражения или переменной через двоеточие указывается меньше какого количества позиций не может быть выделено значению. Для вещественных - дополнительно через двоеточие можно указать количество цифр в дробной части. При этом происходит округление в ближнюю сторону.

ОПЕРАТОР ПРИСВАИВАНИЯ. Оператор присваивания используется для задания значения переменных и имеет следующий синтаксис: имя_переменной := выражение;. Вычисляется выражение, стоящее в правой части оператора, после чего его значение записывается в переменную, имя которой стоит слева. Тип выражения и тип переменной должны быть совместимы, т.е. множество допустимых значений для типа выражения содержится во множестве допустимых значений для типа переменной.

ТИПЫ ДАННЫХ. Понятие типа данных является ключевым в языке Паскаль. Тип данных характеризует внутреннее представление, множество допустимых значений для этих данных, а также совокупность операций над ними. Среди типов данных различают стандартные (предопределенные разработчиками языка) и пользовательские (определяемые программистом в своей программе). Мы будем рассматривать следующие стандартные типы: целые числа, вещественные числа, логический тип, символьный и строковый типы. Программист может описать свой тип на основе этих базовых в разделе описания типов, который начинается словом Type. Затем для каждого типа следует конструкция вида: идентификатор типа = определение типа; Рассмотрим сначала простые типы данных, каждый из которых определяет упорядоченное множество значений: целые типы, логический тип, символьный тип, вещественные типы. Все эти типы, кроме вещественых являются порядковыми. Каждому значению порядкового типа функция Ord ставит в соответствие натуральное число - порядковый номер данного значения в множестве допустимых значений. К любым порядковым типам также можно применять функции Pred - возвращает предыдущее значение и Succ - следующее значение. Тип относится к упорядоченным если для переменных и выражений этого типа определены операции отношения или сравнения: =, <>, <, >, <=, >=. Любой порядковый тип является упорядоченным, но не наоборот. Так вещественные типы и тип string упорядоченные, но не порядковые.Целые типы. В языке Турбо Паскаль определено 5 целых типов: Shortint (-128 ... 127, 1 байт), Integer (-32767 ... 32768, 2 байта), Longint (-2147483648 ... 2147483647, 4 байта), Byte (0 ... 255, 1 байт), Word (0 ... 65535, 2 байта). Для целых чисел определены такие операции. Унарные: +,-. Бинарные: сложение, вычитание, умножение, получение частного (div) и остатка (mod) при целочисленном делении и некоторые другие. Также с целыми числами можно производить операции, результаты которых не целые числа. Это обычное деление и операции отношения. Кроме того, имеется большое количество встроенных функций для работы с целыми числами: abs, sqr, sqrt, sin, cos, exp, ln и др.Вещественные типы. В Турбо Паскале имеется 5 вещественных типов: Real (занимает 6 байт, диапазон от 2.9E-39 до 1.7E+38 по модулю, точность 11-12 значащих цифр); Single (занимает 4 байта, диапазон от 1.5E-45 до 3.4E+38 по модулю, точность 7-8 значащих цифр); Double (занимает 8 байт, диапазон от 5.0Е-324 до 1.7Е+308 по модулю, точность 15-16 значащих цифр); Extended (занимает 10 байт, диапазон от 3.4E-4932 до 1.1E+4932 по модулю, точность19-20 значащих цифр); Comp (занимает 8 байт, диапазон от -9.2E-18 до 9.2E+18, хранятся точно, поскольку это целые числа). Вещественные типы являются упорядоченными, но не порядковыми. Операции над вещественными числами: сложение, вычитание, умножение, деление и операции отношения. Кроме того, имеется большое количество встроенных функций для работы с числами: abs, sqr, sqrt, sin, cos и т.п. Вещественные числа хранятся неточно. Каждый из имеющихся вещественных типов гарантирует правильное хранение только определенного количества значащих цифр, их называют верными цифрами. С математической точки зрения, из за особенностей внутреннего представления речь идет об относительной погрешности.Логический тип. Переменные логического типа Boolean занимают в памяти один байт и могут принимать одно из двух значений False - ложное или True - истинное. Этот тип является порядковым (Ord(False) = 0, Ord(True) = 1) и, следовательно, упорядоченным. Результат любых операций сравнения имеет логический тип и может быть присвоен логической переменной. Для операндов типа boolean определены следующие логические операции: NOT - отрицание (превращает false в true, а true в false), AND - логическое умножение "и", OR - логическое сложение "или", XOR - исключающее или (true если операнды разные). Символьный тип. Символьный тип Char также называют литерным. Он позволяет работать с символами, которые записываются двумя способами: в одинарных кавычках или по их коду, например 'a', 'B', '*' или, что то же самое, #97, #130, #42. В отличие от текста программы на паскале, символы, соответствующие строчным и заглавным буквам различаются. Множество значений типа Char представляет собой полный набор ASCII - символов (американская стандартная кодировка). В компьютере хранятся шестнадцатеричные коды символов (1 байт), которые и используются в операциях отношения (сравнения). Функция Ord выдает код соответствующего символа, который может быть от 0 до 255. Обратной функцией, которая по коду выдает соответствующий символ, является функция Chr.Выражения. Выражение - это единица языка, которая определяет способ вычисления некоторого значения. Выражения формируются из констант, переменных, функций, знаков операций и круглых скобок по определенным синтаксическим правилам. Константами называются параметры программы, значения которых не меняются в процессе ее выполнения. Они встречаются либо непосредственно в виде значения, либо в виде идентификатора константы, описанного в разделе, начинающемся со слова Const. Для каждой константы в разделе указывается конструкция вида: идентификатор константы = значение. Целые константы содержат лишь цифры и знак: -214, 23, вещественные могут содержать также десятичную точку, показатель степени и символ e, который заменяет основание 10 в записи числа: -0.5, -1e-5, 7.2e+15. Логические константы - это значения False или True. Символьная константа представляет собой символ ASCII, заключенный в апострофы. Если символ не имеет физического изображения, то пишется знак # и рядом ASCII-код символа без апострофов.

Переменными называются параметры программы, которые могут менять свое значение в процессе ее выполнения. Все без исключения переменные должны быть описаны в разделе программы, начинающемся со слова VAR. Затем следуют конструкции вида: список идентификаторов переменных : тип1; список идентификаторов переменных : тип2;. В списке имена переменных перечисляются через запятую. Кроме базовых типов Турбо Паскаля здесь можно использовать свои типы (описанные ранее в разделе Type). В Турбо Паскале имеется большое количество встроенных функций для работы с данными каждого типа. Имена (указатели) этих функций с аргументом в круглых скобках могут также встречаться в выражениях. Знаки операций зависят от типа используемых в выражении операндов и рассмотрены выше. Круглые скобки используются для изменения порядка вычисления частей выражения. Выражения без скобок вычисляются в порядке, соответствующем приоритету операций.

РАЗВЕТВЛЯЮЩИЕСЯ АЛГОРИТМЫ. В Турбо Паскале имеется возможность нелинейного хода программы, т.е. выполнения операторов не в том порядке, в котором они записаны. Такую возможность нам предоставляют разветвляющиеся алгоритмы. Они могут быть реализованы одним из трех способов: с использованием операторов перехода, условного оператора или оператора выбора. Оператор перехода. Оператор перехода имеет вид GOTO <метка>. Он позволяет передать управление непосредственно на нужный оператор программы. Перед этим оператором должна располагаться метка отделенная от него двоеточием. В Турбо Паскале в качестве меток выступают либо целые числа от 0 до 9999, либо идентификаторы. Все метки должны быть описаны в разделе объявления меток следующим образом: label <список меток через запятую> ; Каждой меткой в программе может быть помечен только один оператор. Операторов перехода с одной и той же меткой можно писать любое количество. Необходимо, чтобы раздел описания метки, сама метка и оператор перехода с ее использованием располагались в пределах одного блока программы (см. тему процедуры и функции). Кроме того, нельзя передавать управление внутрь структурированных операторов (например, if, for, while, repeat и др.). Условный оператор. Условный оператор IF позволяет изменить порядок выполнения команд в зависимости от некоторого логического условия, т.е. он осуществляет ветвление вычислительного процесса. Условный оператор имеет вид: IF <условие> THEN <оператор1> [ELSE <оператор2>]; В случае истиности логического выражения, стоящего в условии, выполняется <оператор1>, а <оператор2> пропускается. При ложном значении логического выражения пропускается <оператор1> и выполняется <оператор2>. Оператор IF может быть полным (присутствуют обе ветви) или неполным (Else-ветви нет, при ложном условии ничего не делается). По правилам каждая из ветвей может содержать либо один выполняемый оператор, либо несколько, объединенных в составной. Точка с запятой перед Else считается ошибкой. Оператор выбора. Если у вас не два возможных варианта выполнения программы, а больше, то может использоваться оператор выбора CASE. Структура этого оператора в Турбо Паскале: CASE <ключ_выбора> OF C1 : <оператор1>; C2 : <оператор2>; . . . CN : <операторN>; [ELSE <оператор0>;] END; Здесь <ключ_выбора> - это выражение порядкового типа, в зависимости от значения которого принимается решение; C1,...,CN - значения, с которыми сравнивается значение <ключа>; <оператор1>,..., <операторN> - оператор (возможно составные), из которых выполняется тот, с константой которого происходит первое совпадение значения <ключа>, <оператор0> выполнится, если значение ключа не совпадает ни с одной из констант C1,...,CN. Ветвь Else не обязательна, и в отличие от оператора if, перед ней можно ставить точку с запятой. Если для нескольких значений <ключа> действия совпадают, то эти константы можно перечислить через запятую перед двоеточием или даже задать диапазон значений (нижняя граница .. верхняя граница).

ЦИКЛИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ. Турбо Паскаль позволяет использовать три различных оператора для организации повторяющихся последовательностей действий, которые называют циклами. Циклы с параметром. Оператор цикла For организует выполнение одного оператора заранее определенное число раз. Его еще называют цикл со счетчиком. Существует две формы оператора: FOR <параметр> := <nz> TO <kz> DO <оператор>; FOR <параметр> := <nz> DOWNTO <kz> DO <оператор>; Здесь параметр цикла (счетчик) представляет собой переменную порядкового (ординального) типа; <nz> и <kz> - выражения, определяющие начальное и конечное значение счетчика; <оператор> - один (возможно составной) оператор, который называют телом цикла, повторяемый определенное число раз. На первом шаге цикла параметр принимает значение nz. В этот же момент происходит вычисление kz - значения параметра на последнем шаге цикла. После каждого выполнения тела цикла, если параметр цикла не равен kz, происходит изменение параметра на следующее большее или меньшее значение в зависимости от формы оператора for, т.е. неявно происходит выполнение одного из двух операторов: <параметр> := Succ(<параметр>); <параметр> := Pred(<параметр>); В случае nz > kz в первой форме оператора или nz < kz во второй его форме ошибки не происходит, но цикл не выполняется ни разу. После завершения работы цикла значение параметра остается равным kz. Циклы с условием. Если заранее неизвестно число повторений цикла, то используются циклы с условием. В паскале имеется два типа таких циклов. Циклы While называют циклами с пред-условием. Они имеют вид WHILE <логич.выражение> DO <оператор>; Цикл While организует выполнение одного (возможно составного) оператора пока истинно логическое выражение, стоящее в заголовке цикла. Поскольку значение логического выражения проверяется в начале каждой итерации, то тело цикла может не выполниться ни разу. Таким образом, в этом цикле логическое выражение - это условие продолжения работы в цикле.

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЕ ТИПЫ ДАННЫХ. В Турбо Паскале предусмотрен механизм создания новых типов, которые принято называть пользовательскими или конструируемыми. Их можно создавать на основе стандартных и ранее созданных типов. Описание новых типов происходит в разделе TYPE. После этого можно в разделе Var создавать переменные этих типов. Также, можно сразу описывать новый тип при создании переменной в разделе Var. В этой главе мы рассмотрим следующие пользовательские типы: перечисляемый тип, массивы, записи. Перечисляемый тип. Перечисляемый тип задается перечислением тех значений, которые он может получать. Каждое значение должно являться идентификатором и располагаться в круглых скобках через запятую. Количество элементов в перечислении не более 65536. Вводить и выводить переменные перечисляемого типа запрещено. Перечислимый тип является порядковым (смотри главу Типы данных), поэтому к переменным такого типа можно применять функции Ord, Pred, Succ. Функция Ord возвращает порядковый номер значения начиная с нуля. Следует отметить, что стандартные типы byte, word, char и boolean также можно считать вариантами перечислимого типа. Массивы. Массив - это упорядоченная структура однотипных данных, хранящая их последовательно. Доступ к элементу массива осуществляется через его индекс. Массивы описываются следующим образом: Имя типа = ARRAY [ диапазоны индексов ] OF тип элемента массива; В качестве типа для элементов массива можно использовать любые типы Турбо Паскаля кроме файловых. Диапазоны индексов представляют собой один или несколько диапазонов, перечисленные через запятую. В качестве диапазонов индексов нельзя использовать диапазоны с базовым типом Longint. Записи. Запись - это стpуктуpа данных, котоpая может содеpжать инфоpмацию pазных типов, объединенную под одним названием. Компоненты записи называются полями. Их фиксиpованное число. Описание записей имеет следующую стpуктуpу: Типы полей записи могут быть любыми. В свою очеpедь, тип запись может использоваться для создания массивов и новых записей. Степень вложенности не огpаничена. Список полей может состоять из двух pазделов: постоянной и ваpиантной части. В постоянной части идет пеpечисление полей записи (идентификатоpов) с указанием их типов. Синтаксис такой же, как в pазделе var.

РАБОТА СО СТРОКАМИ. Тип String (строка) в Турбо Паскале широко используется для обработки текстов. Этот тип является стандартным и во многом похож на одномерный массив символов Array [0..N] of Char. Значение N соответствует количеству символов в строке и может меняться от 0 до 255. Символы, входящие в строку, занимают позиции с 1 до N. Начальный байт строки с индексом 0 содержит информацию о ее длине, т.е. это символ с кодом, равным длине строки. Можно, также описывать переменные типа String[K], где K - целое число не больше 255. Так определяются строки с длиной не больше K. Этот тип уже не является стандартным. С символами строки можно работать как с элементами массива из символов, но в отличие от массивов, строки можно вводить целиком, сравнивать друг с другом и сцеплять операцией "+". Сравнение строк выполняется посимвольно в соответствии с их кодами до первого несовпадения. Если одна из строк закончилась до первого несовпадения, то она считается меньшей. Пустая строка меньше любой строки. Существует ряд стандартных функций и процедур для работы со строками. Функция Length(s) выдает длину строки s. Функция Concat(s1,s2,..,sn) возращает строку s1+s2+..+sn. Функция Copy(s,p,k) возвращает фрагмент строки s, который начинается в позиции p и имеет длину k. Функция Pos(s1,s) ищет первое вхождение подстроки s1 в строку s и возвращает номер первого символа s1 в строке s или 0 если не нашли. Процедура Delete(s,p,k) удаляет из строки s фрагмент, который начинается в позиции p и имеет длину k. Процедура Insert(s,s1,p) вставляет в строку s подстроку s1, начиная с заданной позиции p. Турбо паскаль позволяет производить преобразования числовых значений в строковые и наоборот. Для этого используются процедуры Str(X:n:d,S) и Val(S,X,e). Первая получает их числа X строку S с изображением этого числа, в которой не менее n символов и из них d знаков после запятой. Параметры n и d необязательные. Вторая процедура получает из строки S число X. При успешном результате e=0.