1. Введение

система "КуМир" (название происходит от слов "Комплект Учебных Миров"), с которой вас познакомит данный электронный вариант учебника.
Разработчики языка "КуМир" преследовали цель создать простой язык для начального курса информатики, отвечающий современной технологии программирования и допускающий производственное использование. За основу был взят школьный алгоритмический язык. Язык был дополнен некоторыми возможностями, превращающими его из учебного в производственный. В языке есть:
типы цел, вещ, лит ; традиционный набор операций над данными этих типов (включая операции над строками и стандартный набор математических функций);
массивы (таб ) указанных типов; структурные управляющие конструкции циклов, ветвление и др.
КуМир открыт - подключение внешних исполнителей обогащает язык новыми возможностями: от управления базами данных и работы с геометрическими объектами до расширения множества допустимых числовых типов (при этом язык позволит смешивать в выражениях новые типы с уже существующими числовыми типами).
Современная технология программирования учит разбивать программу не только на подпрограммы, но и на более крупные единицы: наборы программ, работающих над общими данными. В разных языках программирования такие единицы называются по-разному, в КуМире такая единица называется "Исполнитель". Понятие исполнителя чрезвычайно важно в практической работе , и должно быть введено на возможно более ранних стадиях обучения.
Опыт использования КуМира в преподавании и для разработки учебного программного обеспечения показал, что язык прост в изучении и вместе с тем достаточно мощен для расширения широкого класса производственных задач.
Подобно Е-практикуму, КуМир является интегрированной системой, включающей текстовый редактор, инкрементальный компилятор с нулевым временем ответа, а так же простой и удобный отладчик. Хорошее название для системы такого рода - "Редактор-компилятор": пока вы вводите вашу программу, компилятор ее обрабатывает, и в любой момент программа готова к выполнению без малейшей задержки.

2. Имена и типы величины. Операции КуМира

В записи имен переменных могут быть использованы любые символы русского и латинского алфавита , а так же цифры. Имя не должно начинаться с цифры. На длину имен в системе КуМир строгих ограничений не накладывается, но для удобства редактирования и во избежание переполнения строк переменным и алгоритмам не стоит давать слишком длинные имена. Обычно имя подбирается так, чтобы можно было понять, для чего предназначен алгоритм. При редактировании программ также следует помнить о том, что русские и латинские буквы, сходные по написанию, различаются ЭВМ. Например, если при описании переменной с именем А пользователь набрал "А" на латинском алфавите, а в тексте алгоритма пытается обратиться к этой переменной, набирая ее имя на русском алфавите, то в данной строке на "полях" появится сообщение "имя не определено". В алгоритмическом языке системы программирования КуМир используются три типа величин: целые (цел ), вещественные (вещ ) и литерные (лит ). Тип величины - определяет множество значений, которые может принимать величина, и множество действий, которые можно выполнять с этой величиной. Величина - это отдельный информационный объект, который имеет имя, значение и тип.

Постоянная величина (константа) не изменяет своего значения в ходе выполнения алгоритма.
Переменная величина может изменять значение в ходе выполнения алгоритма.
Выражение - запись, определяющая последовательность действий над величинами. Выражение может содержать константы, переменные, знаки операций, функции.
Для записи выражений в КуМире используются следующие символы:

Для обозначения знаков логических операций используются символы:
= равно;
< > не равно;
< меньше;
> больше;
< = меньше или равно;
> = больше или равно;
Для записи сложных условий используются такие операции как: И , ИЛИ, НЕ.
И - одновременное выполнение перечисленных условий (Х > 0 и Х < = 2);
ИЛИ - выполнение хотя бы одного из условий (Х > 0 или Y > 0);
НЕ - отрицание.

3. Встроенные функции языка КуМир

Приведем пример встроенных функций:

Обращение	Функция	Типы
Аргумента	Функции
SIN (X) COS (X) TG (X) EXP (X) LN (X) ABS (X) SQRT (X) MOD (A, B) INT (X) ПИ	синус х косинус х тангенс х экспонента х (ех) натур. логарифм х модуль х корень квадратный х остаток от деления (А на В) целая часть числа число "пи" - 3,14159	вещ вещ вещ вещ вещ вещ вещ вещ, цел вещ вещ	вещ вещ вещ вещ вещ вещ вещ цел цел без аргум

Пример записи арифметических выражений на алгоритмическом языке:

4. Команды ВВОДА / ВЫВОДА информации

Часто требуется организовать обмен информацией ("диалог") между человеком и ЭВМ в процессе выполнения алгоритма. Для этого в алгоритмическом языке есть специальные команды ВЫВОДА информации из памяти ЭВМ на экран и ВВОДА информации с клавиатуры (от человека) в память ЭВМ.
Команда ВВОДА - команда, по которой значения переменных задаются через устройства ввода (клавиатура).
Команда ВЫВОДА - команда, по которой значение величины отражается на устройстве вывода компьютера (экран монитора).
Поскольку в алгоритмическом языке для запоминания информации используются величины, то в командах ввода / вывода указываются имена величин, значения которых надо вывести (показать на экране) или ввести (запомнить в памяти ЭВМ).
Пример:

Служебное слово НС (новая строка) указывает ЭВМ, что информация должна выводиться на новую строку.

5. Команда присваивания. Создание и редактирование программ линейной структуры

Для того чтобы запомнить или изменить значение величины, в алгоритмическом языке есть специальная команда - команда присваивания , которая записывается в виде:

ИМЯ ВЕЛИЧИНЫ: = ВЫРАЖЕНИЕ

Знак " : = " (двоеточие, а потом равенство) называется знаком присваивания и читается как "присвоить" (например, команда " n: = e" читается " n присвоить е"). При выполнении команды присваивания ЭВМ сначала вычисляет записанное в правой части выражение (заменяя имена величин на их значения), а потом полученное значение выражения записывает в память.

Алгоритмы, представляющие собой простую последовательность действий, называются алгоритмами линейной структуры.
Рассмотрим процесс создания линейного алгоритма на примере вычисления выражения:
1. Вычислить сумму двух чисел
2. Написать программу нахождения гипотенузы прямоугольного треугольника по двум данным катетам
3. Найти объем куба, если известна его сторона

6. Создание и редактирование программ разветвляющейся структуры

Решение задач не всегда можно представить в виде линейного алгоритма. Существуют задачи, в которых требуется организовать выбор выполнения последовательности действий в зависимости от каких-либо условий. Такие алгоритмы называются алгоритмами разветвляющейся структуры. В системе программирования КуМир для создания алгоритма разветвляющейся структуры предусмотрены конструкции "ЕСЛИ - ТО - ИНАЧЕ - ВСЕ" и "ВЫБОР - ПРИ - ВСЕ".

Команда ветвления: ЕСЛИ - ТО - ИНАЧЕ - ВСЕ

Команда ветвления - разделяет алгоритм на два пути в зависимости от некоторого условия; затем исполнение алгоритма выходит на общее продолжение. Ветвление бывает полное и неполное.

Графическая схема выполнения конструкции "если "

Служебные слова "если ", "то ", "иначе " имеют обычный смысл. Слово "все " означает конец конструкции. Между "то " и "иначе " - в одной или нескольких строках - записывается последовательность команд алгоритмического языка (серия 1). Между "иначе " и "все " записывается другая последовательность команд (серия 2). Серия 2 вместе со служебным словом "иначе " может отсутствовать. При выполнении конструкции "если " ЭВМ сначала проверяет условие, записанное между "если " и "то ". В результате проверки получается либо ДА , либо НЕТ. Если получится ДА, то выполняется СЕРИЯ 1, а если НЕТ, - то СЕРИЯ 2 (если она есть) .
Если условие не соблюдается (получится НЕТ ), а серия 2 вместе с "иначе " отсутствует, то ЭВМ сразу переходит к выполнению команд, записанных после слова "все ".

7. Виды циклов в системе программирования КуМир

Алгоритмы, отдельные действия которых многократно повторяются, называются алгоритмами циклической структуры. Совокупность действий алгоритма, связанную с повторением, называют циклом.
Команда цикла обеспечивает повторное выполнение последовательности команд (тела цикла) по некоторому условию.
Для программирования алгоритмов циклической структуры в системе программирования КуМир предусмотрено два вида циклов: цикл с предусловием (цикл пока) и цикл с параметром (цикл для).

Цикл с предусловием (цикл пока)

Цикл с предусловием (цикл пока) - цикл, выполнение которого повторяется, пока истинно условие цикла. Служебные слова НЦ (начало цикла) и КЦ (конец цикла)пишутся строго одно под другим и соединяются вертикальной чертой. Правее этой черты записывается повторяемая последовательность команд (тело цикла).

При его выполнении ЭВМ циклически повторяет следующие действия:
а) проверяет записанное после слова пока условие;
б) если условие не соблюдается (условие ложно), то выполнение цикла завершается и ЭВМ начинает выполнять команды, записанные после КЦ . Если же условие соблюдается (условие истинно), то ЭВМ выполняет тело цикла, снова проверяет условие и т. д.
Если условие в цикле пока не соблюдается с самого начала, то тело цикла не выполняется ни разу.
Замечание . Выполнение цикла пока может и не завершиться, если условие все время будет истинным (эту ситуацию принято называть зацикливанием). Поэтому во избежание подобных ситуаций в теле цикла должны содержаться команды изменения условия.

Дано целое положительное число N. Вычислить факториал этого числа: N! = 1 * 2 * 3 * ... * N.

Цикл с параметром (цикл для)

Цикл с параметром (цикл для) - повторное выполнение тела цикла, пока целочисленный параметр пробегает множество всех значений от начального (i1) до конечного (in):

Здесь i - переменная целого типа, называемая параметром цикла: i1, in - начальное и конечное значения параметра цикла, которые могут быть заданы либо произвольными целыми числами, либо выражениями с целыми значениями; h - шаг изменения значения параметра цикла, значением шага может быть любое целое число (как положительное, так и отрицательное). Запись "шаг h" в первой строке может вообще отсутствовать, при этом по умолчанию значение шага принимается равным 1.
При выполнении цикла для, его тело выполняется для i = i1, i = i1 + h, i = i1 + 2*h, . . . , i = in. Правила алгоритмического языка допускают задание любых целых i1, in, h. В частности, in может быть меньше i1. Если при этом значение h < 0, то цикл выполняется нужное количество раз, а если h имеет положительное значение, то этот случай не считается ошибочным - просто тело цикла не будет выполнено ни разу, а ЭВМ сразу перейдет к выполнению команд, записанных после КЦ . При h = 0 происходит зацикливание.

Пример: Дано целое положительное число N. Вычислить факториал этого числа: N! = 1 * 2 * 3 * ... * N.

8. Алгоритмы рекуррентных выражений

В математике и информатике часто встречаются последовательности, в которых каждый последующий член вычисляется через предыдущие.
В арифметической прогрессии, например, каждый следующий член равен предыдущему, увеличенному на разность прогрессии:

ai = ai-1 + d

В последовательности 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ... (она называется последовательностью Фибоначчи ) каждый следующий член равен сумме двух предыдущих. Для этой последовательности

ai = ai-1 + ai-2 , a1 = a2 =1

Формулы, выражающие очередной член последовательности через один или несколько предыдущих членов, называются рекуррентными соотношениями .

9. Табличные величины и работа с ними

Для записи алгоритмов, работающих с большим объемом информации, в алгоритмическом языке существуют специальные табличные величины, называемые таблицами (массивами).
Табличные величины состоят из других величин, как правило, целых или вещественных, называемых элементами. Элементы в таблице могут быть расположены по-разному. В алгоритмическом языке системы программирования КуМир используются 2 наиболее часто встречающихся вида таблиц: линейные и прямоугольные таблицы.

Работа с линейными таблицами (одномерными массивами)

Как и любая величина, линейная таблица занимает место в памяти ЭВМ, имеет имя, значение и тип. В КуМире используются таблицы целого (целтаб) и вещественного (вещтаб) типов. Например:

Запись целтаб А [ 1: 5 ] означает, что величина А является таблицей (таб), состоящей из целых (цел) чисел, элементы данной таблицы имеют индексы от1 (нижняя граница) до 5 (верхняя граница). Значение А - это пять целых чисел: 3, 15, 0, -10,101.
Элементы таблицы отдельных имен не имеют. Для обозначения i-го элемента таблицы А используется запись А [ i ]. Например, при выполнении команды А [ 3 ] : = A [ 2 ] + A [ 4 ] ЭВМ подставит вместо А [ 2 ] и А [ 4 ] значения 2-го и 4-го элементов таблицы А, т. е. числа 15 и -10, сложит их и присвоит полученное значение 3-му элементу, таким образом, на месте 3-го элемента в таблице вместо 0 появится значение 5.
В качестве значений границ таблицы могут быть использованы любые (как положительные, так и отрицательные) целые числа, а также 0. Значение нижней границы должно быть меньше значения верхней границы, в случае их равенства таблица считается состоящей из одного элемента. Если в описании таблицы из-за описки нижняя граница окажется больше верхней, например, целтаб [ 3: 1], то это не будет считаться ошибкой, и при вводе алгоритма никаких сообщений на "полях" не появится. В этом случае будет считаться, что в этой таблице нет ни одного элемента, и при первом же обращении к этой таблице появится сообщение "плохой индекс".

Задача.

Работа с прямоугольными таблицами (матрицами)

Как и линейная таблица, матрица занимает место в памяти ЭВМ, имеет имя, значение и тип. В КуМире используются таблицы целого (целтаб) и вещественного (вещтаб) типов.

Запись целтаб А [ 1: 5, 1:2 ] означает, что величина А является таблицей (таб), состоящей из целых (цел) чисел, элементы данной таблицы имеют индексы от (первый столбец, первая строка) до (последний столбец, последняя строка). Значение А - это десять целых чисел: 3, 15, 0, -10, 101, 200, -45, 50, 10, 222.
Элементы таблицы отдельных имен не имеют. Для обозначения i-го элемента таблицы А используется запись А [ i, j ]. Например, при выполнении команды А [ 3, 1 ] : = A [ 2, 1 ] + A [ 4, 1 ] ЭВМ подставит вместо А [ 2, 1 ] и А [ 4, 1 ] значения 2-го и 4-го элементов первого столбца таблицы А, т. е. числа 15 и -10, сложит их и присвоит полученное значение 3-му элементу в первой строке таким образом, на месте 3-го элемента первой строки в таблице вместо 0 появится значение 5.
В качестве значений границ таблицы могут быть использованы любые (как положительные, так и отрицательные) целые числа, а также 0. Значение нижней границы должно быть меньше значения верхней границы, в случае их равенства таблица считается состоящей из одного элемента. Если в описании таблицы из-за описки нижняя граница окажется больше верхней, например, целтаб [ 3: 1, 5: 2], то это не будет считаться ошибкой, и при вводе алгоритма никаких сообщений на "полях" не появится. В этом случае будет считаться, что в этой таблице нет ни одного элемента, и при первом же обращении к этой таблице появится сообщение "плохой индекс".

Задача. В заданной таблице В определить индекс и значение максимального элемента.

Приложение: Задачи

Линейные алгоритмы

Задача №1

Найдите сумму двух чисел - а и b
Решение:

алг сумма
нач вещ a, b, c
вывод " введите значение 2 чисел"
ввод a, b
с:= a + b
вывод нс , " сумма чисел",a,"и",b,"равна",c
кон

Задача №2

Найдите разность двух чисел
Решение:

алг разность
нач вещ a, b, c
вывод " введите значения переменных "
ввод a, b
с:= a - b
вывод нс, " разность чисел",a,"и",b," равна",c
кон

Задача №3

Найдите произведение двух любых натуральных чисел
Решение:

цел a, b, c

алг произведение
нач
вывод " введите два числа"
ввод a, b c: = a + b
вывод нс, " произведение чисел",a,"и",b"равно",c
кон

Задача №4

Найдите частное двух натуральных чисел
Решение:

вещ a, b, c

алг частное
нач
вывод " введите делимое и делитель"
ввод a, b
c:= a / b
вывод нс, " частное чисел",a,"и",b,"равно",c
кон

Задача №5

Найдите среднее арифметическое пяти произвольных чисел
Решение:

вещ a, b, c, d, e, f

алг арифметическое
нач вещ a, b, c, d, e, f
вывод " введите 5 любых чисел"
ввод a, b, c, d, e
f:=(a + b + c + d + e)/ 5
вывод нс ," среднее арифметическое 5 чисел равно", f
кон

Ветвление

Задача №1

Найдите среди 3 целых чисел наибольшее (числа произвольные)

алг максимум
нач цел а, б, в
вывод " введите три произвольных числа"
ввод а, б, в
если а>б>с
то вывод нс ," максимальным числом является", а
все
если а<б>с
то вывод нс ," максимальным числом является", б
все
если а<б<с
то вывод нс ," максимальным числом является", с
все
кон

Задача №2

Дано два произвольных числа. Если первое число больше второго, то ему присвоить их сумму, а второму числу их произведение. Если же второе число больше первого, то первому числу присвоить их произведение, а второму их сумму.

алг условие
нач вещ а, б
вывод " введите два числа"
ввод а, б
если а > б
то а:= а + б
б:= а * б
иначе а:= а * б
б:= а + б
вывод нс , а, б
кон

Задача №3:

Найдите среди 4 произвольных чисел минимальное
Решение:

алг минимум
нач вещ а, б, с, е
вывод " введите 4 произвольных числа"
ввод а, б, с. е
если а>б>с>е
то вывод нс ," максимальное число-",а
все
если а<б>c>е
то вывод нс ,"максимальное число -",б
все
если а<б<с>е
то вывод нс ," максимальное число -", с
все
если а<б<с<е
то вывод нс , " максимальное число -", е
все
кон

Задача №4

Даны 2 катета (2 см и 2 см) равнобедренного треугольника и его основание (2.82 см). Определить, является ли треугольник прямоугольным.
Решение:

алг треугольник
нач вещ я, ч, с
я:= 2
ч:= 2
с:= 2.82
если с**2= (я**2)+(ч**2)
то вывод " истина"
иначе вывод " ложь"
все
кон

Задача №5

Вывести сообщение " истина", если произведение двух отрицательных чисел больше ноля, иначе вывести сообщение " ложь"
Решение:

алг отриц
нач вещ я, ч, с, м
вывод " введите два отрицательных числа"
ввод я, ч
с:=0
м:= я * ч
если м>с
то вывод нс ," истина"
иначе вывод нс ,"ложь"
все
кон

Цикл «для»

Задача №1

Найдите Факториал натурального числа n (Факториалом натурального числа n является произведение всех натуральных чисел на промежутке от 1 до n ) Решение:

алг факториал
нач вещ а. б
цел н, и
вывод
ввод н
а:= 1
нц для и от 1 до н
вывод нс , " введите число"
ввод б
а:= а * б
кц
вывод нс , " факториал ",н,"целых чисел равен", а
кон

Задача №2

Найдите максимальное значение среди n - целых чисел
Решение:

алг максимум
нач вещ а, б
цел и, н
вывод " введите количество целых чисел для сравнения"
ввод н
а:=0
нц для и от 1 до н
вывод нс , "введите число"
ввод б
если б>а
то а:=б
все
кц
вывод нс , " максимальным числом среди данных является число", а
кон

Задача №3

Найдите среди n-целых чисел количество отрицательных
Решение:

алг совпадение
нач вещ а, б, с
цел н, и, з
вывод " введите количество натуральных чисел"
ввод н
вывод нс , "введите число"
ввод б
н:= н - 1
з:= 0
нц для и от 1 до н
вывод нс ," введите число"
ввод с
если с = б
то з:= з + 1
все
кц
вывод нс ,
кон

Задача №4

Последовательно вводятся n-целых чисел. Найти количество совпадений с первым числом
Решение:

нач вещ а, б, с
цел н, и, з
вывод " введите количество натуральных чисел"
ввод н
вывод нс , "введите число"
ввод б
н:= н - 1
з:= 0
нц для и от 1 до н
вывод нс , " введите число"
ввод с
если с = б
то з:= з + 1
все
кц
вывод нс , " количество совпадений с первым числом равно", з
кон

Задача №5

Последовательно вводятся n-целых чисел. Найти разницу между максимальным и минимальным значениями данных чисел
Решение:

алг разница
нач вещ а. б, с, д
цел н, и
вывод "Введите количество чисел"
ввод н
а:= 0
с:= 0
нц для и от 1 до н
вывод нс , "введите число"
ввод д
если д>с
то с:= д
все
если д<а
то а:= д
все
кц б:= с - а
вывод нс , "разница между минимальным и максимальным значениями равна", б
кон

Цикл «пока»

Задача №1

Найти сумму всех чисел на промежутке от 1 до 5
Решение:

алг числа
нач вещ а, б
вывод " введите два таких числа, что второе число больше первого"
ввод а, б
нц пока а<б
а:= а + 1
кц
вывод нс , а
кон

Задача №2

Дано два таких числа, что второе число больше первого. Надо прибавлять к первому числу по 1, пока оно не будет равно второму числе, вывести его на монитор.
Решение:

алг сумма
нач вещ а, б, с
вывод " введите промежуток суммирования"
ввод а, б
с:= а
нц пока а < б
а:= а + 1
с:= с + а
кц
вывод нс ," сумма чисел на данном промежутке равна", с
кон

Задача №3

Дано два произвольных числа. Пока их произведение меньше 100, увеличивать каждое число на 2 и вывести конечные числа на монитор
Решение:

алг произведение
нач вещ а, б, с
вывод " введите два произвольных числа "
ввод а, б
с:= 100
нц пока а * б < с
а:= а + 2
б:= б + 2
кц
вывод нс , а, б
кон

Одномерные массивы

Задача №1

Заполните массив случайными числами и выведите его элементы Решение:

алг массив 2
нач цел n, i
вещ b, max
вещтаб а [ 1:n ]
вывод " заполните массив "
ввод n
max:= 0
нц для i от 1 до n
вывод нс , " введите элемент массива"
ввод b
если b > max
то max:= b
все
кц
вывод нс ,
кон

Задача №2

Найдите максимальный элемент массива и выведите его на монитор Решение:

алг массив 2
нач цел n, i
вещ b, max
вещтаб а [ 1:n ]
вывод " заполните массив "
ввод n
max:= 0
нц для i от 1 до n
вывод нс , " введите элемент массива"
ввод b
если b > max
то max:= b
все
кц
вывод нс , " максимальный элемент данного массива равен", max
кон

Задача №3

Найдите сумму элементов одномерного массива Решение:

алг сумма
нач цел n, i
вещтаб а [ 1:n ]
вещ b, z
вывод " введите количество элементов массива "
ввод n
z:= 0
нц для i от 1 до n
вывод нс , " введите элемент массива"
ввод b
z:= z + b
кц
вывод нс , " сумма",n,"элементов массива равна", z
кон

Задача №4

Найдите произведение элементов одномерного массива Решение:

алг произведение
нач цел i, n
вещ s, d
вещтаб а [ 1:n ]
вывод " введите количество элементов массива"
ввод n
d:= 1
нц для i от 1 до n
вывод нс , "введите число"
ввод s
d:= d * s
кц
вывод нс ," произведение", n, " элементов равно", d
кон

Массивы

Задача №1

Заполните матрицу случайными числами Решение:

алг массив двумерный
цел n, j, h, v
нач вещтаб а
вывод " введите количество элементов таблицы"
ввод n
h:= 0
v:= 0
вывод нс , " заполните массив"
ввод a
нц для j от 1 до n
если а > 0
то h:= h + 1
иначе v:= v + 1
кц
вывод нс , а
кон

Задача №2

Вычислите количество положительных и отрицательных элементов первой строчки матрицы Решение:

алг массив 2
нач вещ b, x, z
цел i, n
вывод
ввод n x:= 0
z:= 0
нц для i от 1 до n
вывод нс ," введите число"
ввод b
если b > 0
то x:= x + 1
иначе z:= z + 1
все
кц
вывод нс ,
вывод нс ,
кон

Задача №3

Вычислите сумму элементов каждой строки Решение:

алг массив 3
нач вещ b, x, z, y
цел i, n
вещтаб a[ 1:n, 1:n ]
вывод " введите количество столбцов"
ввод n x:= 0
z:= 0
нц для i от 1 до n
вывод нс , " заполните массив"
ввод a[ 1:n, 1:n ]
b:= a[ 1,i ]+a[ n, i ]
кц
вывод нс , " количество положительных чисел равно",x
вывод нс , " количество отрицательных чисел равно", z
кон

Задача №4

Вычислите сумму трех чисел второй строчки матрицы размером три на три Решение:

алг матрица
нач цел i, n
вещтаб a[ 1:3, 1:3]
вывод " заполните массив"
ввод a[ 1:3, 1:3 ]
n:= 0
нц для i от 1 до 3
n:= n + a[ 2,i ]
кц
вывод нс , "сумма чисел второй строки массива равна", n
кон

Алгоритм рисование спирали:

использовать Чертежник
алг
нач
. сместиться в точку (3,3)
. опустить перо
. виток(1); виток(3); виток(5); виток(7); виток (9)
. поднять перо
кон
алг виток(арг вещ а)
нач
. сместиться на вектор (а, 0)
. сместиться на вектор (0, -а)
. сместиться на вектор (-а-1,0)
. сместиться на вектор (0, а+1)
кон

Обратите внимание на блок команд:

Виток(1); виток(3); виток(5); виток(7); виток (9)

Вспомогательный алгоритм «виток(арг вещ а) » вызывается 5 раз, но вызывать его в цикле «N раз» нельзя, т. к. каждый раз он вызывается с разными значениями аргумента.

Но можно заметить, что значения аргумента изменяются от 1 до 9, каждый раз увеличиваясь на 2. Значит, нам может помочь цикл со счётчиком . Так же такой цикл называется цикл «для» .

Цикл со счётчиком - цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз.

Обычно этот цикл применяется в том случае, если нужно перебрать какие-то значения и для каждого из них выполнить какие-то действия.

Общий вид цикла со счётчиком:

нц для <счетчик> от <нач. знач.> до <кон. знач.> [шаг <знач.>]
<тело цикла (последовательность команд)>
кц

Указывать шаг необязательно, если он не указан, то считается равным единице.

Теперь алгоритм «спираль» можем переписать таким образом:

использовать Чертежник
алг
нач
. сместиться в точку (3,3)
. опустить перо
. цел размер
. нц для размер от 1 до 9 шаг 2
. . виток(размер)
. кц
. поднять перо
кон
алг виток(арг вещ а)
нач
. сместиться на вектор (а, 0)
. сместиться на вектор (0, -а)
. сместиться на вектор (-а-1,0)
. сместиться на вектор (0, а+1)
кон

В этом примере переменная-счетчик «размер» будет получать значения: 1, 3, 5, 7, 9. Т.е. цикл выполниться 5 раз. Для каждого значения переменой «размер» будет один раз выполнено тело цикла, в нашем примере это вызов вспомогательного алгоритма «виток(арг вещ а) ».

До первого использования переменной ее нужно описать, т. е. указать какого она типа. Это делается в нашей программе в строчке «цел размер», т. е. мы указываем что будем использовать переменную «размер» для хранения целых чисел, и следовательно для нее нужно выделить память. Подробнее о переменных мы будет говорить немного позднее.

Блок-схема такого алгоритма выглядит так:

Рассмотрим еще один пример:

Давайте для начала вспомним и напишем вспомогательный алгоритм, который будет рисовать квадрат в точке (x, y). Для разнообразия для рисования будем использовать команду сместиться на вектор (в предыдущих примерах смещались в точку).

Алгоритм может быть таким:

алг квадрат(арг вещ x, y, сторона)
нач
. сместиться в точку (x, y)
. сместиться на вектор (-сторона/2, сторона/2)
. опустить перо
. сместиться на вектор (сторона, 0)
. сместиться на вектор (0, -сторона)
. сместиться на вектор (-сторона, 0)
. сместиться на вектор (0, сторона)
. поднять перо
кон

Используя такой вспомогательный алгоритм, нарисуем такой рисунок:

Для этого воспользуемся циклом «для». Изучите пример программы:

использовать Чертежник
алг рисунок1
нач
. цел z
. нц для z от 2 до 10 шаг 2
. . квадрат(0, 0, z)
. кц
кон
алг квадрат(арг вещ x, y, сторона)
нач
. сместиться в точку (x, y)
. сместиться на вектор (-сторона/2, сторона/2)
. опустить перо
. сместиться на вектор (сторона, 0)
. сместиться на вектор (0, -сторона)
. сместиться на вектор (-сторона, 0)
. сместиться на вектор (0, сторона)
. поднять перо
кон

В этом примере переменная «z» будет получать значения: 2, 4, 6, 8, 10. Т.е. цикл выполниться 5 раз. Для каждого значения «z» будет один раз выполнено тело цикла, в нашем примере это вызов вспомогательного алгоритма квадрат.

До первого использования переменной ее нужно описать, т. е. указать какого она типа. Это делается в нашей программе в строчке «цел z», т. е. мы указываем что будем использовать переменную «z» для хранения целых чисел, и следовательно для нее нужно выделить память. Подробнее о переменных мы будет говорить немного позднее.

Как вы обратили внимание в алгоритме использовались не только числа, но и алгебраические выражения , формулы, например «-сторона/2». В информатике эти выражения называются арифметическими . Правила языка позволяют при записи алгоритмов всюду, где можно написать число, написать и произвольное арифметическое выражение.

Вложенные циклы и ветвления в системе КУМИР

Одним из фундаментальных понятий в информатике является понятие алгоритма. Происхождение самого термина «алгоритм» связано с математикой. Это слово происходит от Algorithmi – латинского написания имени Мухаммеда аль-Хорезми (787 – 850) выдающегося математика средневекового Востока. В своей книге "Об индийском счете" он сформулировал правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действий над ними столбиком.

В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее последовательность действий, обеспечивающую получение требуемого результата из исходных данных.

Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством. Создание алгоритма, пусть даже самого простого, - процесс творческий. Он доступен исключительно живым существам, а долгое время считалось, что только человеку. В XII в. был выполнен латинский перевод его математического трактата, из которого европейцы узнали о десятичной позиционной системе счисления и правилах арифметики многозначных чисел. Именно эти правила в то время называли алгоритмами.

Данное выше определение алгоритма нельзя считать строгим – не вполне ясно, что такое «точное предписание» или «последовательность действий, обеспечивающая получение требуемого результата». Поэтому обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций.

Такими свойствами являются:

Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

Определенность – каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Способы записи алгоритмов

Для записи алгоритмов используют самые разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого алгоритма.

Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:

- вербальный , когда алгоритм описывается на человеческом (естественном) языке. Естественными являются национальные языки (русский, английский, немецкий и т.д.);

- символьный , когда алгоритм описывается с помощью набора символов и является программой (программы пишутся с помощью языков программирования);

- графический , когда алгоритм описывается с помощью набора графических изображений (блок-схема).

Общепринятыми способами записи являются графическая запись с помощью блок-схем и символьная запись с помощью какого-либо алгоритмического языка - программа.

При графическом способе записи составляются блок-схемы, на которых с помощью условных обозначений (геометрических фигур) обозначаются различные части алгоритма. Элементы блок-схем представлены на рисунке.

Система программирования КУМИР

При освоении темы алгоритмы воспользуемся системой программирования КУМИР.

КуМир (Комплект Учебных МИРов) - система программирования, предназначенная для поддержки начальных курсов информатики и программирования в средней и высшей школе.

В системе КуМир используется школьный алгоритмический язык с русской лексикой и встроенными исполнителями Робот и Чертёжник и др.

При вводе программы КуМир осуществляет постоянный полный контроль ее правильности, сообщая на полях программы обо всех обнаруженных ошибках.

При выполнении программы в пошаговом режиме КуМир выводит на поля результаты операций присваивания и значения логических выражений. Это позволяет ускорить процесс освоения азов программирования.

Графический исполнитель Робот

Графический исполнитель Робот позволяет освоить азы программирования и понять работу основных алгоритмических конструкций.

Графический исполнитель - это объект управления. А уп равлять им будем мы с вами.

Исполнитель робот находится в некоторой стартовой обстановке – прямоугольном поле, разбитом на клетки, между которыми могут стоять стены.

Робот может перемещаться по полю, обходя стены и закрашивать клетки. Робот не может пройти сквозь стену, но может проверять есть ли рядом с ним стена. Робот не может выйти за пределы прямоугольника, ограничивающего поле.

Р
обот может выполнять команды : вверх, вниз, вправо, влево, закрасить.

Робот может проверять условия : сверху свободно, снизу свободно, справа свободно, слева свободно, добавление частицы не меняет условие на противоположное. Не сверху свободно, не снизу свободно, не справа свободно, не слева свободно.

Базовые алгоритмические структуры

Выделяют три базовые алгоритмические структуры (конструкции) -линейная (следование), ветвление и цикл, из которых можно построить любой алгоритм. Каждая алгоритмическая структура имеет одну точку входа и одну точку выхода.

Будем записывать алгоритмы на и школьном АЯ и в виде блок-схем.

Линейная структура

Линейная структура является самой простой организацией алгоритмов - команды выполняются последовательно одна за другой

Пример:

Циклическая структура (цикл)

Циклическая структура (цикл) обеспечивает многократное выполнение одних и тех же команд. Существует несколько разновидностей циклических структур.

Любая циклическая структура состоит из двух частей - заголовка и тела цикла.

Набор команд, повторяющихся при выполнении цикла, называют телом цикла.

Заголовок определяет количество повторений тела цикла.

Цикл на число повторений (раз)

нц N раз

<команда>

кц

Пример:

использовать Робот
алг столбик

нач
. нц 5 раз
. . закрасить
. . вверх
. кц

кон

Цикл с предусловием (пока)

(запись в алгоритмическом языке)

нц пока <условие>

<команда>

кц

Пример:

использовать Робот
алг Линия

нач

нц пока сверху свободно
закрасить
вверх
кц

кон

Цикл с постусловием (при)

(запись в алгоритмическом языке)

нц

<команда>

кц_при <условие>

Пример:

использовать Робот
алг Линия

нач
нц

закрасить; вверх

кц_при слева свободно

кон

Структура «ветвление».

Структура «ветвление». Решение некоторых задач требует различных действий в зависимости от выполнения некоторых условий. В таких случаях говорят о ветвлении алгоритма.

Для реализации структуры «ветвление» используются две структурированные команды школьного АЯ - если и выбор, каждая из которых может быть полной и неполной.

В блок-схемах и школьном АЯ <условие> - это логическое выражение, результатом которого может быть одно из двух возможных значений - истина или ложь. В школьном АЯ эти значения записывают как да и нет. В языках программирования часто используются значения True и False . В компьютере эти значения хранятся как 1 и 0.

Полное ветвление

(запись в алгоритмическом языке)

если <условие>
. . то <команда1>
. . иначе <команда2>
все

Пример:

использовать Робот
алг ветвление_полное

нач
. если сверху свободно
. . то вверх
. . иначе вниз
. все

кон

Неполное ветвление

(запись в алгоритмическом языке)

если <условие>
. . то <команда1>
все

Пример:

использовать Робот
алг ветвление_неполное

нач
. если сверху свободно
. . то вверх
. все

кон

Вспомогательный алгоритм (процедура)

Алгоритм по которому решается некоторая подзадача из основной задачи и который, как правило выполняется многократно, называется вспомогательным алгоритмом.

Вспомогательный алгоритм, записанный на языке программирования, называется подпрограммой или процедурой.

Вспомогательный алгоритм вызывается из основной программы через имя. Вспомогательный алгоритм записывается после основного алгоритма. У вспомогательного алгоритма обязательно должно быть имя.

использовать Робот
алг
нач
вниз

квадрат
вниз

вниз
кон

алг квадрат
нач
закрасить

вправо

закрасить

вниз

закрасить

влево

закрасить
кон

Вложенные циклы и ветвления

При решении некоторых задач с роботом необходимо использовать вложенные циклы или ветвления.

Цикл называется вложенным, если он размещается внутри другого цикла.

Рассмотрим вложенный цикл на примере цикла пока.

Мы знаем, что цикл состоит из заголовка цикла, который определяет количество повторений тела цикла.

Тело цикла, это та часть цикла, которая повторяется при выполнении цикла.

Телом цикла может быть команда, несколько команд, а также другой цикл или ветвление.

В том случае, когда телом цикла является другой цикл или ветвление, они называются вложенными.

Вложенный цикл

На первом проходе, внешний цикл вызывает внутренний, который исполняется до своего завершения, после чего управление передается в тело внешнего цикла. На втором проходе внешний цикл опять вызывает внутренний. И так до тех пор, пока не завершится внешний цикл.

Вложенное ветвление

Рассмотрим решение задачи с вложенными ветвлениями и циклами:

Задача 1 Робот находится на стене, в которой есть отверстия, двигаясь вдоль стены вправо, робот должен закрашивать все клеточки, где есть отверстия.

использовать Робот алг нач
. нц пока справа с вободно
нц пока снизу свободно
.закрасить; вправо
. . кц
. . вправо
. кц кон С
оставим алгоритм решения задачи с вне6шим циклом пока и вложенным циклом пока.

Р ешим эту же задачу, используя внешний цикл пока и вложенное ветвление.

Решим эту же задачу с помощью внешнего цикла при и вложенного цикла пока.

Хирьянов Тимофей Федорович

Основные алгоритмические конструкции, кроме элементарных операций, изображаемых одним элементом схемы – это альтернативное исполнение и циклы. Существует два варианта программирования альтернативного исполнения и существует три основных вида цикла.

Условно исполняемый код

Некоторые операции могут быть поставлены под условный оператор. Тогда они будут выполнены только в случае истинности этого условия.

если <условие>
то
<действия>
все

Альтернатива

В блок-схеме проверка условия может служить принципом выбора альтернативных операций. То есть, если условие истинно, исполнение пойдет по одной траектории, а если ложно, то по другой. На языке КуМир цикл с предусловием имеет следующий вид:

если <условие>
то
<действия>
иначе
<альтернативные действия>
все

Условия для робота:

слева стена
справа стена
снизу стена
сверху стена
клетка закрашена

слева свободно
справа свободно
снизу свободно
сверху свободно
клетка чистая

Цикл с предусловием

Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while , отсюда его второе название — while-цикл. На языке КуМир цикл с предусловием имеет следующий вид:

нц пока <условие>
<тело цикла>
кц

Цикл с постусловием

Цикл с постусловием — цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until , в Си — do…while .
На языке КуМир цикл с постусловием имеет следующий вид:

нц
<тело цикла>
кц_при <условие>

Цикл со счётчиком

Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором for , в котором указывается счётчик (так называемая «переменная цикла»), требуемое количество проходов (или граничное значение счётчика) и, возможно, шаг, с которым изменяется счётчик. На языке КуМир цикл со счетчиком имеет следующий вид:

цел а
нц для а от 0 до 9
… тело цикла
кц

В различных языках программирования по-разному решается вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик.

Хирьянов Тимофей Федорович

если-то-иначе-все

Общий вид команды:

если условие
то серия 1
иначе серия 2
все

Серия 2 вместе со служебным словом иначе может отсутствовать. В этом случае команда имеет вид:

если условие
то серия 1
все

При выполнении команды если КуМир сначала проверяет условие , записанное между если и то . При соблюдении этого условия выполняется серия 1 , в противном случае — серия 2 (если она есть), после чего КуМир переходит к выполнению команд, записанных после слова все .
Если условие не соблюдается, а серия 2 вместе с иначе отсутствует, то КуМир сразу переходит к выполнению команд, записанных после слова все.

Пример 1

если a то
b:=b-a
p:=p+q
иначе
a:=a-b
q:=q+p
все

Пример 2

если x > m
то
m:= x
n:= n+1
все

Пример 3 (исполнитель Робот)

если справа свободно
то
вправо
все

выбор-при-иначе-все

Общий вид команды:

выбор
при условие 1: серия 1
при условие 2: серия 2
…
при условие n: серия n
иначе серия n+1
все

Ключевое слово иначе вместе с соответствующей серией команд может отсутствовать:

выбор
при условие 1: серия 1
при условие 2: серия 2
…
при условие n: серия n
все

КуМир сначала проверяет условие 1 . Если оно соблюдается, то КуМир выполняет команды из серии 1 , после чего переходит к выполнению команд, записанных после слова все . В противном случае КуМир делает то же самое с условием 2 и командами из серии 2 и т.д.
Команды, записанные после слова иначе , выполняются в том случае, когда не соблюдено ни одно из условий.
В команде выбор всегда выполняется не более одной серии команд, даже если несколько условий окажутся истинными. Выполнение команды выбор заканчивается после того, как найдено первое (по порядку следования) условие со значением да (и выполнена соответствующая серия команд).

Пример 1

выбор
при a > 1: i:= i + 1
при a < 0: j:= j - 1
иначе t:= i; i:= j; j:= t
все