Schematy blokowe algorytmów

Do tej pory do opisu algorytmów używaliśmy języka potocznego. Były to jednak algorytmy proste, które ma wykonywać człowiek. W przypadku algorytmów skomplikowanych ten zapis będzie nieczytelny, nie sprawdzi się.

Dlatego teraz poznamy nowy, bardziej przejrzysty sposób - schematy blokowe.

Schemat blokowy to graficzny zapis sposobu rozwiązania zadania, przedstawiający opis i kolejność wykonywania czynności realizujących dany algorytm.

W schemacie blokowym poszczególne operacje przedstawione są za pomocą odpowiednio połączonych skrzynek (klocków, bloków). Połączenia określają kolejność i sposób wykonywania operacji realizujących dany algorytm. W literaturze informatycznej przyjęto pewne standardowe oznaczenia poszczególnych działań (są to figury geometryczne), ale można również używać innych oznaczeń (muszą one jednak być takie same dla określonego typu operacji).

Przykłady skrzynek (bloków) do prezentacji algorytmu w postaci graficznej:

Elementy schematu blokowego


Elementy schematu blokowego
Symbol graficzny Nazwa skrzynki (bloku) Funkcja Opis
Skrzynki graniczne Skrzynka graniczna Początek algorytmu lub koniec mają kształt owalu. Ze skrzynki START wychodzi tylko jedno połączenie, skrzynka STOP nie ma połączenia wychodzącego
Skrzynka graniczna
Skrzynka operacyjna Skrzynka operacyjna Wykonywanie różnych działań, np. sumowania ma kształt prostokąta
Skrzynka wejścia / wyjścia Skrzynka wejścia / wyjścia Wprowadzanie (czytanie) danych lub wyprowadzanie (drukowanie, pisanie) wyników jest równoległobokiem, wchodzi i wychodzi z niej jedno połączenie
Skrzynka graniczna
Skrzynka warunkowa
Skrzynka warunkowa
Skrzynka warunkowa Sprawdzanie warunku, np. czy N > 0 mają kształt rombu. Ze skrzynki wychodzą tylko dwa połączenia: jedno oznaczone TAK, a drugie NIE

ZASADY BUDOWANIA SCHEMATU BLOKOWEGO

Każda operacja powinna być umieszczona w skrzynce (bloku).

Schemat powinien posiadać tylko jedną skrzynkę "Start" i przynajmniej jedną skrzynkę "Stop".

Skrzynki powinny być ze sobą połączone.

Ze skrzynki powinno wychodzić jedno połączenie; wyjątek stanowią skrzynki "Stop" (z której nie wychodzą już żadne połączenia) oraz "warunkowa" (z której wychodzą dwa połączenia opisane Tak i Nie - w zależności od tego czy warunek jest spełniony czy też nie; można wyjść jedną z dwóch dróg).


ALGORYTMY WARUNKOWE

Przypomnij: co to jest instrukcja warunkowa ?
Z sytuacjami warunkowymi stykamy się w każdej dziedzinie życia codziennego. Na pytanie "Czy pada deszcz ?" odpowiedź może brzmieć "tak" lub "nie". W zależności od tego, czy warunek jest spełniony, czy nie, wybieramy inne rozwiązanie.

Przykład sytuacji warunkowej:




Algorytm warunkowy

Przykład 1. Schemat algorytmu warunkowego
Podaj przykłady sytuacji warunkowych. Przedstaw je graficznie.

Wiesz już, że z sytuacją warunkową mamy do czynienia wówczas, gdy wynik lub dalsze działanie zależy od spełnienia warunku. Na schemacie blokowym sytuacje warunkowe realizujemy przez skrzynkę (blok) warunkową. Jak dotąd rozważane przez nas algorytmy przedstawiały problemy z życia. Teraz zajmiemy się rozwiązywaniem prostych zadań obliczeniowych, przy czym algorytm opracowany dla każdego z nich będzie miał postać schematu blokowego.
W skrzynce wpisujemy warunek logiczny, stosując znaki "=" równy,"<>" różny, "<" mniejszy, ">" większy,"<=" mniejszy lub równy, ">=" większy lub równy, np: (a > 5) lub (a <= 20), (a < 5)OR (a <= 20)
Z systemami warunkowymi spotykamy się m.in. w matematyce i fizyce, wtedy gdy wykonywanie działań jest uzależnione od warunku, jakie muszą spełniać liczby, np. mają być nieujemne albo parzyste.

Przykład 2. Schemat algorytmu warunkowego
Przestaw schemat blokowy algorytmu obliczania wartości bezwzględnej.

Najpierw oczywiście musimy wiedzieć co to jest wartość bezwzględna. Bez tej informacji nie jesteśmy w stanie napisać żadnego algorytmu (narysować schematu blokowego, czy też napisać programu).

Wartością bezwzględną liczby nieujemnej jest ta sama liczba, a wartością bezwzględną liczby ujemnej jest liczba do niej przeciwna.

Np wartość bezwzględna liczby 5, to liczba 5.
Wartość bezględna liczby -5, to liczba 5.
Wartość bezwzględna liczby 0, to 0.
W schemacie więc musimy użyć jakiejś skrzynki, która pozwoli nam na sprawdzenie tego warunku. Potrzebna jest więc nam skrzynka warunkowa. Umieścimy w niej napis "czy liczba >=0?". Oznacza on: "czy liczba jest większa lub równa zero".

Algorytm - schemat blokowy, wartość bezwzględna
Zadanie do samodzielnego wykonania
Wprowadź dwie liczby a i b. Przedstaw w postaci ciągu kroków i graficznie algorytm porównania tych liczb i wyprowadzania na wyjściu większej z nich. W przypadku liczb równych wyprowadź napis "liczby równe".

ALGORYTMY ITERACYJNE

Przypomnij : co to są instrukcje iteracyjne ?
Czasami trzeba wykonać te same operacje na wielu liczbach. W takich przypadkach nie jest konieczne wielokrotne opisywanie działań lub rysowanie takich samych skrzynek. Stosujemy wówczas iterację. Mówimy także, że działania te wykonywane są w pętli. Liczba powtórzeń tych działań może być z góry określona lub zależeć od spełnienia warunku. Iteracja to najczęściej spotykana technika algorytmiczna.


Iteracja to technika algorytmiczna polegająca na wykonaniu tej samej instrukcji dla n zmiennych.
Iteracja oszczędza czas programisty, który ten musiałby spędzić wpisując instrukcję n razy, zależnie od liczby zmiennych. Liczba powtórzeń w iteracji jest zwykle z góry określona lub zależy od spełnienia określonego warunku.

Przykład Analiza schematu algorytmu.
Przeanalizuj poniższy schemat blokowy i odpowiedz na pytania:

Jakie są dane wejściowe do zadania i jakich użyto zmiennych pomocniczych?
Jaki cel chcesz osiągnąć (wynik)?
Jaki algorytm zastosowano w operacji dodawania liczb ?
W którym miejscu wykonywane są dzivałania w pętli ?
Które operacje powtarzają się wielokrotnie ?
Co określa liczbę powtórzeń ?
Kiedy kończy się działanie w pętli ?
Iteracja




W analizowanym algorytmie występuje przypisanie typu S:=S + L. Oznacza ono przypisanie zmiennej "s" (sumie) poprzedniej wartości pamiętanej w zmiennej "s" (poprzedniej sumie) zwiększonej o wartość pamiętaną w zmiennej "l" (kolejną liczbę) - w ten sposób powtarzanie operacji przypisania, realizowane jest dodawanie kolejnych liczb naturalnych. Przypisania l:=l-1 ma tu bardzo istotne znaczenie. Jest to tzw. licznik, w którym następuje obliczanie, ile zostało jeszcze powtórzeń do wykonania. W tym algorytmie liczba powtórzeń została określona na początku instrukcją l:=n.

Gdyby nie umieszczono tego działania nastąpiło by tzw. zapętlenie algorytmu, czyli po sprawdzeniu warunku l>0 działanie w schemacie przebiegałoby zawsze drogą TAK. W realizacji algorytmów iteracyjnych ważne jest prawidłowe określenie sposobu zakończenia działań. Można to zrobić za pomocą licznika, który odlicza kolejne kroki iteracji (liczbę powtórzeń).

Przykład Schemat blokowy, algorytm z życia codziennego
Narysuj schemat blokowy algorytmu telefonicznego zaproszenia koleżanki w wersji pierwszej

Aplet Java. Schemat blokowy algorytmu z życia codziennego. Algorytm liniowy
Przykład Schemat blokowy, algorytm z życia codziennego
Narysuj schemat blokowy algorytmu telefonicznego zaproszenia koleżanki w wersji drugiej

Aplet Java. Schemat blokowy algorytmu z życia codziennego. Algorytm warunkowy
Przykład Schemat blokowy, algorytm z życia codziennego
Narysuj schemat blokowy algorytmu telefonicznego zaproszenia koleżanki w wersji piątej


Schemat blokowy, algorytm warunkowy iteracyjny (technika algorytmiczna. z życia codziennego).




Podsumujmy:
Sposób rozwiązania zadania, czyli algorytm, można podać w kilku punktach. Mówimy wówczas, że algorytm jest opisany za pomocą listy kroków (ciągu kroków). Zapis taki polega na podaniu kolejnych wykonywanych operacji, składających się na całe rozwiązanie.

Algorytm można przedstawić również w postaci graficznej, za pomocą schematu blokowego. Schemat blokowy to graficzne przedstawienie ciągu kroków algorytmu, często stosowane jako ideowy rysunek poprzedzający tworzenie programu. Sposób i kolejność działań programu określane są przez wzajemny układ i sposób łączenia bloków (skrzynek) ze sobą. Każde działanie (krok) ma w schemacie blokowym swoje standardowe oznaczenie (patrz tabela wyżej).