Программирование циклических вычислительных процессов. Циклические вычислительные процессы Программирование циклических вычислительных процессов

1. Способы построения циклических вычислительных процессов в программах.

2. В компьютер вводится N вещественных чисел. Составить программу, выдающую на экран среднее арифметическое значение этого набора.

Введение

Циклические программы используются практически в любом программном обеспечении. При этом циклы могут быть явными и неявными. В частности неявный цикл присутствует в обработчиках прерываний, которые фактически работают в бесконечном цикле, чье тело инициируется прерыванием. Циклическими являются и подпрограммы - оконные функции приложений Windows. Далее рассматриваются программы с циклом, тело которого содержит функциональные модули.

Циклический процесс - это вычислительный процесс, в котором многократно выполняются вычисления по одним и тем же формулам при различных значениях аргумента.

Программы , реализующие циклический процесс называются циклическими программами.

В организации цикла можно выделить следующие этапы:

подготовка (инициализация) цикла (И);

выполнение вычислений цикла (тело цикла) (Т);

модификация параметров (М);

проверка условия окончания цикла (У).

Порядок выполнения этих этапов, например, Т и М, может изменяться. В зависимости от расположения проверки условия окончания цикла различают циклы с нижним и верхним окончаниями. Для цикла с нижним окончанием тело цикла выполняется как минимум один раз, так как сначала производятся вычисления, а затем проверяется условие выхода из цикла.

В случае цикла с верхним окончанием тело цикла может не выполниться ни разу в случае, если сразу соблюдается условие выхода.

Цикл называется детерминированным, если число повторений тела цикла заранее известно или определено. Цикл называется итерационным, если число повторений тела цикла заранее неизвестно, а зависит от значений параметров (некоторых переменных), участвующих в вычислениях.

Тело цикла - это многократно повторяющийся участок программы.

Параметр цикла - это переменная, которая принимает новые значения при каждом повторении цикла (циклы бывают простые и сложные).

Общий вид цикла n раз

В общем виде цикл n раз записывается так:

нц число повторений раз

Служебное слово 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).

Число повторений – произвольное целое число.

При выполнении алгоритма последовательность команд в теле цикла повторяется указанное число раз. Правила алгоритмического языка допускают задание любого целого числа повторений. Оно может быть нулевым и даже отрицательным. Эти случаи не считаются ошибочными, просто тело цикла не будет выполнено ни разу, а компьютер сразу перейдет к выполнению команд, записанных после кц

Общий вид цикла пока

В общем виде цикл пока записывается так:

нц пока условие

| тело цикла (последовательность команд)

При выполнении цикла компьютер повторяет следующие действия:

а) проверяет записанное после служебного слова пока условие;

б) если условие не соблюдается, то выполнение цикла завершается и компьютер начинает выполнять команды, записанные после кц. Если же условие соблюдается, то компьютер выполняет тело цикла, снова проверяет условие и т.д.

Общий вид цикла для

нц для i от i1 до i2

| тело цикла (последовательность команд)

Здесь i – имя величины целого типа, i1, i2 – произвольные целые числа или выражения с целыми значениями. Тело цикла последовательно выполняется для i = i1, i = i1 + 1, i1 + 2, …i = i2.

Правила алгоритмического языка допускают задание любых целых i1, i2. в частности, i2 может быть меньше i1. этот случай не считается ошибочным – просто тело цикла не будет выполнено ни разу, а компьютер сразу перейдет к выполнению команд, записанных после кц.

Цикл n раз и цикл пока

Циклы n раз и пока оформляются в алгоритмическом языке почти одинаково. Это не удивительно, ведь обе эти команды задают цикл – повторяющуюся последовательность команд. Служебные слова нц и кц указывают, что исполняется цикл, а заголовок цикла задает конкретный механизм его выполнения.

Однако у этих двух циклов есть одно существенное отличие. Начиная выполнять цикл n раз, компьютер знает, сколько раз придется повторить тело цикла. При исполнении цикла пока это не так: компьютер каждый раз проверяет условие цикла и не может заранее определить, когда выполнение закончится. Узнать количество повторений цикла пока можно только после того, как цикл завершен.

Отсюда ясно, в каких случаях какой цикл следует использовать. Если к моменту начала цикла количество повторений известно, удобно воспользоваться циклом n раз. Если же количество повторений заранее определить нельзя, необходим цикл пока.

Например, программа автоматического управления имеет структуру, изображенную на рис. 1. Модули, входящие в цикл (а также модули обработки прерываний), с одним входом и одним выходом каждый, как правило, имеют характерную особенность: модули содержат статические переменные, которым присваивается значение в текущем цикле, а анализ этих переменных выполняется в следующем цикле. Таким образом, упомянутые переменные характеризуют состояние модуля на конец текущего или начало следующего цикла программы. В дальнейшем будем рассматривать только такие модули циклических программ и обозначать их кратко МЦП.

Рис.1. Типовая структура управляющей программы с бесконечным циклом.

МЦП имеют разнообразную структуру, сложность которой необходимо оценивать по специальным критериям. В.В.Липаевым предложен удобный и объективный критерий сложности программных модулей, а именно: число и суммарная длина путей в управляющем графе модуля . При этом учитываются только условные операторы и операторы выбора. Однако этого критерия явно недостаточно для МЦП со статической памятью, ибо при анализе МЦП необходимо помнить значения всех статических переменных, установленные в предшествующем цикле. Помимо этого, никаких рекомендаций по стандартизации алгоритмов и программ, кроме давно известного структурного программирования на общеупотребительных языках программирования типа Си и Паскаль - нет. В данной статье предлагается восполнить эти пробелы применительно к МЦП.

2. Фрагменты модулей циклических программ

Двухполюсным фрагментом, или просто фрагментом, будем считать участок программы с одним входом и одним выходом (включая операторы циклов) в предположении, что рассматриваемые МЦП структурированы. Простейший фрагмент включает единственный оператор. Последовательность фрагментов также является фрагментом. МЦП в свою очередь является фрагментом и состоит из последовательности фрагментов.

В предложен метод независимых фрагментов для синтеза структуры модулей, реализующих таблицы решений. При этом независимым считается такой фрагмент, который можно вставить в любом месте последовательности фрагментов модуля. Независимость местоположения такого фрагмента обусловлена тем, что анализируемые в нем данные не формируются в указанной последовательности фрагментов, а формируемые в независимом фрагменте данные не анализируются в данной последовательности фрагментов. Поэтому независимые фрагменты могут выполняться параллельно (псевдопараллельно). На рис. 2 показаны возможные варианты реализации модуля с двумя независимыми фрагментами. В вариантах “а” и “б” фрагменты переставлены местами без искажения существа программы; в варианте “в” фрагменты реализуются параллельно.

Рис.2. Варианты реализации модуля с независимыми фрагментами:

а) и б) - последовательная реализация,

в) - параллельная реализация: двойная горизонтальная линия обозначает распараллеливание программы, жирная горизонтальная черта обозначает завершение параллельных процессов.

Фиксированным будем называть зависимый фрагмент, местоположение которого в модуле строго определено. Например, в модуле распознавания символа, введенного с клавиатуры, первым должен быть снизу зависимый фрагмент непосредственно ввода символа. Операторы “начало” и “конец” модуля есть фиксированные фрагменты.

Абсолютно независимых фрагментов не существует хотя бы потому, что в любом модуле есть упомянутые фиксированные фрагменты начала и конца. Поэтому независимый фрагмент, в общем случае, имеет ограниченную двумя взаимно зависимыми фрагментами область возможного местоположения. То есть более строгое определение независимого фрагмента звучит следующим образом: независимым относительно двух фиксированных фрагментов будем называть такой фрагмент, который может быть размещен в любом месте последовательности фрагментов, ограниченной сверху и снизу указанными фиксированными фрагментами.

“Программирование циклических вычислительных процессов”

Цель работы: освоение методов составления алгоритмов циклических вычислительных процессов и организации циклических программ сложной структуры.

Теоретическая часть

4.1.1. Циклические алгоритмы.

Цикл – это последовательность действий, которая может выполняться более одного раза.

Циклический алгоритм – это алгоритм, содержащий один или несколько циклов.

Имеется 3 вида циклов:

Цикл с предусловием;

Цикл с постусловием;

Цикл со счетчиком (счетный цикл).

Если выполнение цикла связано с каким-либо логическим условием, то используются циклы с предусловием или с постусловием.

Циклы со счетчиком представляют такой класс, в котором выполнение тела цикла должно повторяться заранее определенное число раз.

Блок-схемы циклических алгоритмов выглядят следующим образом:

1. Цикл со счетчиком.

2. Цикл с предусловием. 3. Цикл с постусловием.

4.1.2 Операторы цикла в языке программирования C++.

В C++ для каждого вида цикла имеется соответствующий оператор:

Цикл типа while (с предусловием);

Цикл типа do…while (с постусловием);

Цикл типа for (счетный).

1.Оператор цикла типа while

Форма записи:

while (условие) оператор;

где: (условие) – логическое выражение;

оператор – выполняемый в цикле оператор или тело цикла.

Если тело цикла представляет собой составной оператор, то его нужно заключить в операторные скобки{...}:

while (условие)

группа операторов

Схема работы такого цикла: пока условие является истинным (true), выполняется тело цикла и снова проверяется условие и т.д. Когда условие станет ложным (false) цикл завершает работу.

2. Оператор цикла типа do…while

Форма записи:

оператор;

while (условие);

Схема работы такого цикла: сначала выполняется оператор, потом проверяется условие, если условие является истинным, выполняется оператор и снова проверяется условие и т.д. Когда условие станет ложным, цикл завершает работу.

Если тело цикла представляет собой составной оператор, то, как и для цикла с предусловием, его нужно заключить в операторные скобки{...}:

группа операторов

while (условие);

3. Оператор цикла типа for

Форма записи:

оператор;

A – начальное выражение, которое задает начальные значения параметру цикла и при необходимости начальные значения другим параметрам. Например:

i=0, x=0.5, p=1, s=0

B – условное выражение, которое проверяет условие продолжения работы цикла. Например:

C – выражение приращения, которое задает приращение параметру цикла и при необходимости другим параметров, тогда они записываются списком. Например: x+=0.1, i++

4.1.3 Пример составления алгоритма и программы на языке C++ для циклического вычислительного процесса.

Вычислить значение выражения:

b – исходная величина, ее значение вводятся с клавиатуры и не изменяется;

a – изменяется в диапазоне с шагом 1;

y – результат, его значения выводятся на экран.

Исходя из условия задания переменная a является целочисленной, поэтому может быть использована в качестве счетчика в счетном цикле.

Блок-схема алгоритма решения данной задачи с использованием счетного цикла выглядит следующим образом:

#include

#include

#include

printf(“Введите b: “);

scanf(“%f”,&b);

printf(“ a y\n”);

for (a=0;a<=10;a++)

printf(“%3d”,a);

printf(“%8.2f\n”,y);

y=(a-b)/sqrt(a);

printf(“%8.2f\n”,y);

Блок-схема алгоритма решения данной задачи с использованием цикла с предусловием выглядит следующим образом:

Текст программы на языке C++, соответствующей данному алгоритму, выглядит следующим образом:

#include

#include

#include

printf(“Введите b: “);

scanf(“%f”,&b);

printf(“ a y\n”);

printf(“%3d”,a);

printf(“%8.2f\n”,y);

y=(a-b)/sqrt(a);

printf(“%8.2f\n”,y);

else printf(“ y не существует\n”);

Блок-схема алгоритма решения данной задачи с использованием цикла с постусловием выглядит следующим образом:

Текст программы на языке C++, соответствующей данному алгоритму, выглядит следующим образом:

#include

#include

#include

printf(“Введите b: “);

scanf(“%f”,&b);

printf(“ a y\n”);

printf(“%3d”,a);

printf(“%8.2f\n”,y);

y=(a-b)/sqrt(a);

printf(“%8.2f\n”,y);

else printf(“ y не существует\n”);

while(a<=10);

Практическая часть

4.2.1 Требования к выполнению работы:

Выполнить задание из лабораторной работы № 3 для диапазона значений одной из переменных. Изменяемая переменная, диапазон ее изменения и шаг указаны в таблице 4. Составить блок-схемы алгоритмов и программы для двух типов циклов, указанных в индивидуальном задании (таблица 4).

Оформить вывод результатов таким образом, чтобы четко выделялись значения изменяемого параметра и при каждом его конкретном значении выводились значения результата (трех переменных из столбца 2 таблицы 3) в виде таблицы.

Порядок выполнения работы.

1. Выполнить анализ задания, сформулировать постановку задачи.

2. Составить блок-схемы алгоритмов.

3. Составить программу на языке C++. Предусмотреть ввод исходных данных с клавиатуры и вывод результатов на экран.

4. Выполнить проверку работоспособности программы на различных исходных данных.

5. Выполнить анализ полученных результатов.

Варианты индивидуальных заданий.

Варианты индивидуальных заданий выбираются из таблицы 4 в соответствии с номером студента в списке группы в журнале преподавателя.

Таблица 4. Варианты индивидуальных заданий

4.3 Контрольные вопросы и практические задания:

1. Как работает оператор while?

2. Как работает оператор do ... while?

3. Как работает оператор for?

4. Подчеркнуть в программе операторы, образующие цикл.

5. В чем заключается отличие операторов while и do ... while?

6. Заменить в программе один оператор цикла другим.

Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"

Подобные документы

Составление отчетной ведомости "Магазины" в Excel 2013. Работа с таблицами семейства Microsoft Office. Построение круговой диаграммы и гистограммы, графиков. Разработка процедур для табулирования функций. Программирование функций пользователя на VBA.

курсовая работа , добавлен 03.04.2014


Пакет Microsoft Office. Электронная таблица MS Excel. Создание экранной формы и ввод данных. Формулы и функции. Пояснение пользовательских функций MS Excel. Физическая постановка задач. Задание граничных условий для допустимых значений переменных.

курсовая работа , добавлен 07.06.2015


Особенности использования встроенных функций Microsoft Excel. Создание таблиц, их заполнение данными, построение графиков. Применение математических формул для выполнения запросов с помощью пакетов прикладных программ. Технические требования к компьютеру.

курсовая работа , добавлен 25.04.2013


Организация файлов и доступ к ним. Файловые операции. Программирование с использованием встроенных функций ввода-вывода; линейных, разветвляющихся и циклических вычислительных процессов с использованием If-else, оператора выбора Case; массивов и матриц.

курсовая работа , добавлен 24.05.2014


Процессор электронных таблиц Microsoft Excel - прикладная программа, предназначенная для автоматизации процесса обработки экономической информации, представленной в виде таблиц; применение формул и функций для производства расчетов; построение графиков.

реферат , добавлен 03.02.2013


Программирование вычислительных процессов на языке FORTRAN для обеспечения взаимодействия системы "Человек-Производство-Природа". Использование массивов для составления циклов подсчета уровня экологического загрязнения, затрат на переработку отходов.

курсовая работа , добавлен 30.05.2014


Создание приложения, которое будет производить построение графиков функций по заданному математическому выражению. Разработка программы "Генератор математических функций". Создание мастера функций для ввода математического выражения, тестирование.

дипломная работа , добавлен 16.02.2016