Название: Методика создания программ
Вид работы: реферат
Рубрика: Информатика и программирование
Размер файла: 22.54 Kb
Скачать файл: referat.me-140538.docx
Краткое описание работы: Разработка большой программы отличается от разработки малой в двух основных аспектах. Текст программы для решения большой проблемы занимает много больше места, чем одна страница.
Методика создания программ
.
Здесь мы рассмотрим один из наиболее важных вопросов: как создавать программу?
До сих пор мы имели дело с относительно небольшими программами для решения несложных алгоритмических проблем. Мы познакомились с важностью и ролью спецификации программы, ясностью формулировки основных шагов алгоритма при обработке данных, трансляцией этих шагов в эффективные последовательности операторов программы на языке Pascal, комментировании программы, проверки ее правильности. Мы убедились, что проверять правильность программы надо, даже тогда, когда корректность использованного алгоритма была доказана. Причем, заметим, что внутренняя организация всех программ, которые мы написали до сих пор, может быть представлена в a’lePascal форме как на рис. 13.1.
Разработка большой программы отличается от разработки малой в двух основных аспектах.
Текст программы для решения большой проблемы занимает много больше места, чем одна страница.
Создание таких программ путем написания Pascal программы “с листа”практически невозможно.
Как правило, эта разработка предполагает систематический подход:
описание проблемы;
разработка алгоритма;
написание программы.
Созданная программа должна быть читабельной, эффективной и корректной.
Program Exmpl.
{{Q} Exmpl {R}}
{Описание используемых пременных в пред и пост условиях}
begin
{Ввод исходных данных}
{Проверка выполнения предусловия,
т.е. корректности исходных данных}
if {Данные корректны} then
{Q}
begin {Обработка данных}
{R}
{Вывод}
end
else {Сообщение об ошибке ввода}
end
Рис. 13.1. Типичная внутренняя организация программы.
Создание программы - это систематический процесс, состоящий из определённых этапов. В результате этого процесса мы получаем программу. Поскольку мы хотим получать программу
ясную для понимания, т.е. читабельную;
эффективную, т.е. экономно расходующую ресурсы исполнителя и выполняемую им быстро;
правильную, т.е. не содержащую ошибок;
то не любой процесс создания программы нам подходит.
Нам нужна методика создания ясных, правильных, эффективных программ.
Ясность означает, что любой, кто знаком с языком Pascal и прикладной областью, поймет алгоритм, читая текст программы, комментарии и спецификацию проблемы.
Эффективность предполагает, что алгоритм и программа составлены так, чтобы минимизировать по возможности ресурсы вычислительной системы, необходимые для ее решения.
Корректность означает, что любое исполнение программы с допустимыми исходными данными дает правильный результат.
Под методикой создания какого-либо продукта мы будем понимать чётко определённую последовательность этапов, выполнив которую, мы получим желаемый продукт с нужными характеристиками.
Давайте напишем небольшую программу, сосредоточив теперь наше внимание именно на процессе её создания. Пусть к нам обратились с просьбой написать программу на Pascal, которая размещает компоненты вектора в возрастающем порядке. Пусть после общения с заказчиком нам удалось выяснить, что:
компонентами вектора могут быть только натуральные числа;
компонентов всегда 100;
все компоненты попарно различны.
Мы уже специфицировали исходные данные для этой задачи в лекции 7. Там исходные данные мы специфицировали так:
Q1 = "i : 1 £i £ 100 :vi ÎN Ù vi >0.
Теперь надо выразить тот факт, что все компоненты различны:
Q2 = "i : 1 £i £ 100 : Ø$j : 1 £ j £ 100 : vi = vj Ù i¹j.
Отсюда спецификация исходных данных выглядит так:
Q=Q1 ÙQ2 ="i : 1 £i £ 100 : (vi ÎN Ù vi >0)ÙØ$j : 1 £ j £ 100 : vi = vj Ù i¹j .
Спецификация множества возможных результатов там была записана в следующей форме:
"i : 1 £i < 100 :(oi ÎN Ù oi >0 Ù o100 ÎN Ù o100 >0 Ù oi <oi+1 )Ù
"i : 1 £i £ 100 : $k : 1 £ k £ 100 : vi =ok .
Основные шаги нашего алгоритма представлены на рис. 13.1. Нам надо лишь детализировать шаг “Обработка данных”. Для упорядочения компонентов вектора по возрастанию мы воспользуемся известным алгоритмом сортировки, называемым линейный выбор.
Суть этого алгоритма состоит в том, что в цикле по числу компонентов вектора
выбираем наименьший;
размещаем его в первом свободном компоненте результирующего вектора;
наименьший компонент в исходном векторе заменён на предопределённую величину, не встречающуюся в исходном векторе.
Так мы действуем до тех пор, пока не заполним все компоненты вектора - результата. Это алгоритм правильно упорядочивает компоненты исходного вектора. Доказательство его корректности можно посмотреть в книге Г. Ларина “Сортировка и системы сосртировки” Наука 1984 г.
Мы адаптируем этот алгоритм применительно к нашим условиям, а именно:
числу компонентов в рассматриваемых векторах;
типам компонентов наших векторов;
именам наших переменных;
в качестве предопределённой величины, которая используется в алгоритме для замены наименьшего компонента исходного вектора, возьмём - 1
На рис. 13.2 представлена заготовка для программы, где прописан ввод исходных данных. После цикла единственное, что мы можем утверждать - это то, что все компоненты введённого вектора - целые числа. Поэтому, мы указываем после end спецификацию "i: 1 £i £ 100: vi ÎN .
Теперь, после ввода нам надо убедиться, что все они различны и больше нуля. Эта проверка исходных данных представлена на
рис. 13.3. Там, если условие errngtv=0Ùerreqvl=0 выполнено, мы можем утверждать, что состояние вычислительного процесса удовлетворяет условию Q. При этом вектор из 100 компонентов мы трактуем как 100 разных простых переменных.
Program Exmpl 10.X *) (input, output);
{ Программа Exmpl 10.X
Input:
Q "i: 1 £i £ 100: (vi ÎNÙvi >0)ÙØ$j: 1 £ j £ 100: vi = vj Ù i¹j .
Output:
R "i: 1 £i £ 100: оi ÎN Ùоi >0 Ù$j : 1 £ j £ 100 : оi = vj Ù
"k : 1 £ k £ 100 : îk <îk+1
}
constM=100 ; {M - число компонентов в векторе}
var v : array [1 … M] of integer ;
0 : array [1 … M] of integer ;
t, i, errngtv, erreqvl : integer ; {errngtv, erreqvl - признакиошибоквисходныхданных;
t - вспомогательная переменная;
i - индекс цикла}
begin
{Ввод исходных данных}
for i:=1 to M do
beginwrite (‘Введите‘, i ,’-ую_компоненту =’);
readln (v[i])
end {"i: 1 £i £ 100: vi ÎN }
{Проверка исходных данных}
if {Данные корректны} then {Обработка данных};
end {Program}.
Рис. 13.2.
{Проверка исходных данных}
Q : 1. "i: 1 £ i £ 100 : v [i]ÎNÙ v [i]>0 ;
"i: 1 £ i £ 100 : Ø$j: 1 £ j £ 5: v[i] = v[j] Ù i¹j .
{Проверкаусловия Q1: "i: 1 £ i £ 100 : v[i]ÎNÙ v[i]>0}
errngtv:=0 ; for i:=1 to 100 do if v[i]<=0 then
begin errngtv:=i ;
writeln (i,‘-я компонента не
натуральное число’)
end
{Проверка условия Q2: "i: 1 £i£ 100 : Ø$j: 1 £j£ 100: v[i] = v[j] Ùi¹j}
erreqvl:=0 ; for i:=1 to 4 do
for j:=i+1 to M do if v[i]=v[j]
then begin erreqvl:=1;
writeln(‘Все компоненты исходного
вектора должны быть попарно
различны. В заданных
исходных данных _’, i,‘-я_
и_’, j,‘-я_компонента равны’)
end {for j; for i}
if errngtv =0 Ù erreqvl:=0 then {Q}
{Обработка исходных данных} {R}
Рис. 13.3. Фрагмент программы “Проверка исходных данных”.
{Данные корректны} Обработка исходных данных.
i:=1 ;
whilei <= Mdo {Цикл заполнения вектора-результата}
{P1 : "i: 1 £i £ 100: "k : 1 £ k £ i : о[k]<о[k+1]}
begin
о[i] :=maxint ;
forj:=1 toMdo {Поиск очередного наименьшего
компонента в исходном массиве}
begin {P2 : "j: 1 £ j < i: "k : 1 £ k £100: î[j]< v[k]
Ú v[k]=-1}
if (î[i]>v[j]) and (v[j]< >-1) then
begin î[i]:=v[j];
t:=j
end
end {for};
{î[i]=v[t] Ù P1 [t]¹-1 Ù P2 }
v[t]:=-1; {Заменяем в исходном массиве наименьший
компонент на -1, чтобы больше его не выбирать}
i:=i+1 ; {Переход к очередному свободному компоненту
вектора-результата}
end {while}
Рис. 13.4. Фрагмент программы “Обработка исходных данных”.
На рис. 13.4 представлена основная часть нашей программы - обработка данных. Она состоит из двух вложенных циклов. В цикле while мы последовательно заполняем компоненты вектора о. В цикле for мы выбираем наименьший компонент в исходном массиве v, размещаемего в массиве о, а найденный наименьший в массиве v “забиваем” -1, чтобы исключить из рассмотрения при последующих итерациях цикла while.
В качестве комментария к этим циклам мы указали их инварианты. Инвариант цикла for утверждает, что на любой итерации компоненты массива v либо больше уже заполненных компонентов массива о, либо = -1.
Условие
{о[i]=v[t] Ùv[t] ¹ -1ÙP2 } ,
указанное после цикла for гарантирует нам что массив о в итоге будет содержать только компоненты массива v, т.е. будет его перестановкой. Инвариант цикла while утверждает, что на всех итерациях заполненная часть массива о упорядочена по возрастанию. Это гарантирует нам выполнение постусловия программы по окончании цикла while.
Детальное рассмотрение правильности мы пока отложим. Заметим лишь, что мы можем воспользоваться методом “компьютера с кнопкой”, который мы уже использовали в лекции 11-12.
Итак, подведём итог. Только что проделанный процесс можно разбить на следующие этапы:
Формирование и осознание проблемы. Назовём этот этап постановкой задачи.
Спецификация программы.
Разбиение проблемы на подпроблемы, до тех пор пока не подберём существующий алгоритм, либо не сможем “сходу” выписать свой.
Подбор существующего, т.е. попытаться использовать уже существующие программы или их фрагменты. Здесь очень полезны будут их спецификации, чтобы построить их контекст данной программы.
Запись на языке Pascal программы со спецификациями промежуточных состояний.
Проверка правильности.
Оформление программы.
*) Заметим, что Exmpl 10.X не удовлетворяет определению имени в языке Pascal, т.к. здесь используется пробел и точка, которые не являются ни буквой, ни цифрой. Однако, в целях наглядности мы будем использовать такой способ именования примеров.
Похожие работы
-
Статья про лучший поисковик
Как-то раз задался вопросом, какой поисковик самый лучший и не теряю ли я время пользуясь не самым эффективным поисковиком. Очень часто приходиться тратить много времени чтобы найти действительно что-то полезное в Интернете.
-
Оптимизация сайта: ошибки
Очень часто в дизайне сайта используется графический заголовок (шапка), то есть картинка во всю ширину страницы, содержащая, как правило, логотип компании, название и некоторую другую информацию.
-
Клоакинг
Клоакинг – метод достижения высоких позиций в поисковых системах, который заключается в "показе" разных страниц поисковому роботу (пауку) и посетителю. Таким образом, можно добиться хороших позиций не ограничивая себя в красоте дизайна.
-
Задача о Ханойских башнях
Анализ и характеристика рекурсивного алгоритма решения задачи о Ханойских башнях, а также порядок его временной сложности в соответствии с пошаговым алгоритмом. Методика и особенности разработки программы, печатающей последовательность действий, ее текст.
-
Анализ изображений: человек или компьютер?
В статье рассказывается о вариантах анализа изображений, о плюсах и минусах интерактивного (человеческого) и автоматического (компьютерного) анализа. Авторы статьи создали свою, уникальную методику анализа.
-
Реализация искусственной нейронной сети
Задачи выделения хроматографических пиков. Теоретическое обоснование. Метод прогнозирования. Методика обучения нейросети.
-
Считаем время выполнения скрипта
Вы наверняка замечали на некоторых сайтах внизу страницы надпись, что мол скрипт выполнен или страница создана за столько-то секунд. И сейчас мы сделаем это средствами PHP.
-
Создание WEB–узла "Германия. Виртуальное путешествие"
Описание предметной области разработки сайта, тематикой которого является виртуальное путешествие по Германии. Диапазон способов организации узлов Web: иерархическая, линейная и в виде паутины. Общая схема разработанного Web-узла и сведения о ее работе.
-
Расчет многофункционального регистра (МФР)
Проектирование многофункционального регистра, выполняющего заданный набор микроопераций как основного узла синтезируемого операционного автомата. Описание элементной базы. Описание принципиальной схемы на элементах малой и средней степени интеграции.
-
Языки серверных скриптов
В последнее время Web-узлы перестают быть просто набором страниц и картинок. Все чаще создаются узлы, которые взаимодействуют с посетителем, выполняют какие-то действия, собирают данные, ведут подсчеты, самонастраиваются под предпочтения посетителя.