Понятие и типы алгоритмов

Слово «алгоритм» впервые было придумано в 9 веке. Алгоритмы вокруг нас. Типичные примеры включают в себя: процесс приготовления пищи, процесс стирки, режим дня — все это примеры алгоритма.

 В зависимости от того, как они функционируют, мы можем разделить алгоритмы на несколько типов. Давайте взглянем на некоторые из важных.

Типы алгоритмов

Алгоритм — это план, набор пошаговых инструкций для решения проблемы. Есть три основных типа алгоритмов, которые можно использовать при разработке:

• Линейные алгоритмы — последовательность действий;
• Алгоритм с разветвлением – выбор;
• Циклические алгоритмы – итерация.

Каждый из алгоритмов имеет свои особенности, которые будут рассмотрены далее.

Линейный алгоритм (последовательный)

Например, очень простой алгоритм чистки зубов может состоять из следующих шагов:

1. нанести зубную пасту на зубную щетку
2. использовать зубную щетку для чистки зубов
3. прополоскать зубную щетку

Каждый шаг — это инструкция, которую нужно выполнить. Последовательность – это порядок, в котором выполняются шаги.

Почему важна последовательность? Крайне важно, чтобы шаги алгоритма выполнялись в правильном порядке, иначе алгоритм не будет работать правильно.

Предположим, что шаги алгоритма чистки зубов были в такой последовательности:

1. использовать зубную щетку для чистки зубов
2. нанесите зубную пасту на зубную щетку
3. прополоскать зубную щетку

Зубная щетка по-прежнему будет использоваться для чистки зубов, а зубная паста будет по-прежнему наноситься на щетку. Но из-за того, что шаги 1 и 2 выполняются в неправильной последовательности, зубная паста не очистит зубы, и зубная паста будет потрачена впустую.

Человек поймет, что забыл добавить зубную пасту в начале процесса, но компьютер не узнает, что что-то не так.

Важно. Компьютер может делать только то, на что он запрограммирован. Если шаги запрограммированы в неправильной последовательности, компьютер будет выполнять задачи в этой последовательности, даже если она неверна.

Алгоритм с разветвлением

Почему выбор важен? Выбор позволяет нам включать более одного пути в алгоритм.

Например, можно создать простой алгоритм для определения правильных тарифов на проезд в автобусе. Шаги могут быть:

1. спросить сколько лет пассажиру
2. если меньше 7 лет — платить за проезд не нужно
3. в противном случае оплатить полную стоимость проезда

Решение принимается на шаге 2. Если вам меньше 7 лет, взимается один тариф. В противном случае взимается другой тариф.

ЕСЛИ… ТОГДА… ИНАЧЕ

Выбор позволяет включить в алгоритм несколько путей. В алгоритмах (и в программировании) выбор обычно представлен инструкциями ЕСЛИ, TОГДА и ИНАЧЕ.

• ЕСЛИ представляет вопрос
• ТОГДА указывает, что делать, если ответ на вопрос верен
• ИНАЧЕ указывает, что делать, если ответ на вопрос неверен

Используя этот метод, алгоритм, связанный с платой за проезд, теперь выглядит следующим образом:

1. спросить сколько лет
2. ЕСЛИ меньше 7 лет, ТОГДА не платите за проезд
3. ИНАЧЕ оплатить полную стоимость проезда.

Типы алгоритмов с развертыванием

• полными – действия выполняются в обоих случаях: и при истинности, и при ложности условия;
• неполными – действие отсутствует, если условие не выполняется.

Циклический алгоритм

Иногда алгоритму необходимо повторять определенные шаги, пока не будет сообщено об остановке или пока не будет достигнуто определенное значение.

Например, очень простой алгоритм употребления хлопьев на завтрак может состоять из следующих шагов:

1. положить хлопья в миску
2. добавить молоко в хлопья
3. ложка хлопьев и молока в рот
4. повторяйте шаг 3, пока все хлопья и молоко не будут съедены
5. помыть миску и ложку

Почему важна цикличность? Цикличность позволяет упростить алгоритмы, заявляя, что определенные шаги будут повторяться до тех пор, пока не будет указано обратное. Это делает разработку алгоритмов быстрее и проще, поскольку в них не нужно включать множество ненужных шагов.

Можно создать простой алгоритм чистки зубов. Предположим, у человека десять верхних зубов. Чтобы убедиться, что все верхние зубы очищены, алгоритм будет выглядеть примерно так:

1. нанесите зубную пасту на зубную щетку
2. используйте зубную щетку для чистки зуба 1
3. используйте зубную щетку, чтобы почистить зуб 2
4. используйте зубную щетку для чистки зуба 3
5. используйте зубную щетку для чистки зуба 4
6. используйте зубную щетку для чистки зуба 5
7. используйте зубную щетку для чистки зуба 6
8. используйте зубную щетку для чистки зуба 7
9. используйте зубную щетку для чистки зуба 8
10. используйте зубную щетку для чистки зуба 9
11. используйте зубную щетку для чистки зуба 10
12. прополоскать зубную щетку

Шаги со 2-го по 11-й, по сути, повторяют один и тот же шаг, просто каждый раз чистят другой зуб. Цикличность может быть использована для значительного упрощения алгоритма. Посмотрите на эту альтернативу:

1. нанесите зубную пасту на зубную щетку
2. использовать зубную щетку для чистки зубов
3. перейти к следующему зубу
4. повторяйте шаги 2 и 3, пока все зубы не будут чистыми
5. прополоскать зубную щетку

Этот алгоритм намного проще.

Типы циклических алгоритмов

• Со счетчиком — в которых шаги выполняются определенное число раз;
• С условием —   в которых тело цикла выполняется, в зависимости от условия.

Основные блоки алгоритма в информатике