Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)"

Кафедра "Автоматизированные системы управления"

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЁТОВ В УСЛОВИЯХ ВЫБОРА ПРИ РЕШЕНИИ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ

Шувалова Ирина Сергеевна

Исмоилов Мухамаджон Идибоевич

Гогиберидзе Олег Эристович

Аннотация

Статья посвящена применению в рамках учебной дисциплины "Информатика" комплексной методики решения задач в условиях выбора. Предлагаемая методика призвана организовать у обучающихся процесс осмысления задачи в целом и составления продуманного алгоритма её решения с учетом области допустимых значений (ОДЗ) исходных данных, а также минимизировать вероятность возникновения проблем в вычислительном процессе с помощью контроля исходных данных и ввода ограничений на область их существования. На примере демонстрационного варианта заданий, посвящённых вычислениям с проверкой условий и/или принятию решения в условиях выбора, а также путём демонстрации фрагментов отчёта по результатам их выполнения обосновывается необходимость комплексного изучения всех особенностей алгоритмов с ветвлением с целью проведения всесторонне продуманного расчёта и невыполнения напрасных и заведомо ошибочных вычислений.

Ключевые слова: эффективность вычислений, разветвляющийся алгоритм, контроль исходных данных, проверка свойств и значений, область допустимых значений

Shuvalova I.S., Ismoilov M.I., Gogiberidze O.E. The methodology of the calculations in terms of choice in the solution of applied problems

The article is devoted to application in the framework of the discipline "Informatics" the complex methods of solving problems in terms of choice. The proposed methodology is designed to organize the students ' process of understanding the task of drawing up elaborate solution algorithm given the region of allowable values of the original data, as well as to minimize the likelihood of problems in the computational process using the data quality control and restrict the area of their existence. Sample version of the tasks devoted to calculations with conditions and/or adoption decisions under conditions of choice, and by the demonstration of fragments of the report on results of their performance substantiates the need for a comprehensive study of all features of the algorithms with branching with the aim of comprehensively deliberate calculation, and the failure of vain and false calculations.

Keywords. efficiency calculations, branching algorithm, to control the source data, checking properties and values, range of permissible values

План

• Введение
• 1. Модели и методы решения поставленной задачи
• Заключение
• Список информационных источников (references)


Введение

Следование, ветвление и цикл - эти базовые структуры используются при реализации отдельных участков общего алгоритма решения любой прикладной задачи. На практике редко удаётся представить решение задачи в виде последовательной, или так называемой, линейной структуры. Часто в зависимости от выполнения некоторого логического условия вычислительный процесс осуществляется по одной или другой ветви. Поэтому участки разветвляющейся структуры всегда присутствует в схеме алгоритма решения практически каждой прикладной задачи.

Качество и эффективность предстоящего вычислительного процесса зависят в немалой степени от того, являются ли корректными исходные данные, или, говоря языком математики, принадлежат ли они области допустимых значений (ОДЗ), удовлетворяют ли заданным ограничениям, либо вообще имеют ли смысл. Алгоритм ветвления успешно используется при реализации входного контроля исходных данных.

Данная работа посвящена применению в рамках учебной дисциплины "Информатика" комплексной методики решения задач в условиях выбора. В рамках предлагаемой методики последовательно изучаются различные виды алгоритма с ветвлением, развивается умение составлять сложные логические выражения, продумывать и вводить ограничения на область существования исходных данных

Предлагаемая методика решения задач в условиях выбора призвана:

· повысить эффективность вычислений;

· организовать у обучающихся процесс осмысления задачи в целом и составления продуманного алгоритма решения задачи

· с учетом ОДЗ;

· минимизировать вероятность возникновения проблем

· в вычислительном процессе с помощью контроля

· исходных данных.

1. Модели и методы решения поставленной задачи

Среди обычных пользователей, как правило, не являющихся программистами, вопрос проверки только что введённых ими исходных данных перед началом проведения расчётов часто не принимается во внимание, поскольку они не привыкли просчитывать и анализировать заранее все возможные ситуации, по которым может пойти алгоритм (ход решения) задачи и очень надеются на то, что компьютер сам "разберётся" с возникающей проблемой в процессе вычислений. Задаваемые ими формулы часто не содержат никакой "защиты" от семантически или синтаксически неверных исходных данных, на основе которых производятся вычисления, что снижает эффективность проведения последних.

Повысить эффективность вычислений можно, если максимально проанализировать, при каких значениях исходных данных или при каких их сочетаниях, вычисления вообще не стоит и начинать. Пользователь должен в таких ситуациях получать соответствующее сообщение как предупреждение о невозможности получить какой-либо приемлемый результат расчёта в связи с некорректностью введённых им исходных данных.

Обычно начало изучения основ алгоритмизации и программирования для студентов непрофильных специальностей содержит следующую последовательность тем лабораторных работ:

Лабораторная работа №1. Программирование линейных алгоритмов. Вычисления по формулам (задание 1)

Лабораторная работа №2. Программирование разветвляющихся алгоритмов. Вычисления с проверкой условий (задание 2)

Лабораторная работа №3. Программирование циклических алгоритмов

и т.д.

Практически все задания, выполняемые студентами, предусматривают какие-либо вычисления и/или принятие решения в условиях выбора. Поэтому всегда в общей структуре алгоритма должен присутствовать хотя бы один разветвляющийся участок. Алгоритм ветвления, как известно, используется при выборе исполнителем алгоритма следующего шага в зависимости от выполнения (или невыполнения) того или иного условия.

Чтобы научить студента использовать в зависимости от задачи ту или иную форму организации разветвляющегося вычислительного процесса, надо познакомить его со всем комплексом алгоритмов с ветвлением, выполняя в ходе лабораторных работ по этой тематике разные виды заданий.

В связи с этим предлагается следующая тематика лабораторных работ при вычислениях в условиях выбора:

Лабораторная работа №1. Вычисления по формулам

Лабораторная работа №2. Вычисления с проверкой условий:

Часть 1. Вычисления с выбором формул.

Часть 2. Анализ данных и принятие решения.

Часть 3. Проверка попадания точки в заданную область на плоскости.

Традиционно цель первой лабораторной работы - овладение практическими навыками разработки и программирования вычислительного процесса линейной структуры и навыками по отладке и тестированию программ на каком-либо алгоритмическом языке. Однако вычисления по формулам, выполняемые в этой лабораторной работе, должны производиться только после надёжного входного контроля и анализа исходных данных, чтобы повысить тем самым эффективность расчётов.

Входной контроль исходных данных перед началом проведения каких-либо вычислительных операций с этими данными позволяет не проводить так называемых "напрасных" расчётов, заведомо завершающихся неудачно, либо приводящих к бесконечному циклу вычислений и бесполезному растрачиванию вычислительных ресурсов. Для реализации такого контроля успешно применяется структура алгоритма с ветвлением.

Пример задания для лабораторной работы №1 и фрагмент отчёта по результатам её выполнения представлен на рис 1.

3. Схема алгоритма решения задачи

Рис.1 Фрагмент отчёта по лабораторной работе №1

Из приведенной на рис. 1 схемы алгоритма решения задачи следует, что блок проверки исходных данных на принадлежность к ОДЗ видоизменил линейную структуру алгоритма на разветвляющуюся. Разветвляющаяся структура имеет две ветви: основную ветвь, сохраняющую линейную последовательность блоков, и ветвь с единственным блоком вывода сообщения об ошибке в исходных данных и невозможности проведения каких-либо вычислительных операций с ними.

Целью второй лабораторной работы является овладение практическими навыками разработки и программирования вычислительного процесса разветвляющейся структуры. Как правило, в ходе выполнения лабораторной работы №2 студенты составляют более сложные разветвляющиеся структуры алгоритма, что можно видеть из приведенных ниже примеров. Для комплексного изучения всех особенностей и видов алгоритмов с ветвлением, вместо одного задания студент должен выполнить блок из трёх заданий, каждое из которых посвящено определённому аспекту общей темы

Общая тема лабораторной работы №2: вычисления с проверкой условий. Предлагаемая тематика составляющих частей и соответствующих им заданий имеет следующее содержание:

Часть 1. Вычисления с выбором формул (задание 2.1)

Часть 2. Анализ данных и принятие решения (задание 2.2)

Часть 3. Проверка попадания точки в заданную область на плоскости (задание 2.3).

Примеры заданий для первой и второй частей лабораторной работы №2 и фрагменты отчётов по результатам их выполнения представлены на рис. 2-3.

Рис.2. Фрагмент отчёта по лабораторной работе №2. Часть 1

Окончание рис.2.

Рис.3. Фрагмент отчёта по лабораторной работе №2. Часть 2

Окончание рис.3.

Для создания более удобного интерфейса работы с программами, реализующими алгоритмы решения каждого из вышеприведенных примеров заданий, следует предложить студентам дополнительно наряду с обычной, или традиционной версией создать условно-циклическую версию программы. Выход или продолжение работы программы в такой версии должны происходить по желанию пользователя продолжать или заканчивать обработку данных. Это будет способствовать приобретению навыков по организации программ циклической структуры и позволит более осознанно перейти к следующей теме лабораторных работ.

Общий вид задания 2.3 к части 3 лабораторной работы №2 представлен на рис. 4. Для успешного выполнения задания такого типа требуется уметь аналитически описывать графически заданные области на плоскости. Из курса математики потребуется знание уравнений геометрических объектов: прямой, окружности, эллипса и умение задавать области их пересечения. Один из примеров задания 2.3 представлен на рис. 5, а фрагмент отчёта по его выполнению вместе со схемой алгоритма, изобилующей разветвлениями - на рис. 6.

Рис.4. Общий вид задания 2.3

Для приобретения практических навыков работы с одномерными массивами, а именно формирования новых массивов на основе анализа и обработки исходных данных и последующего их вывода, следует предложить более сложный вариант задания 2.3, дополненный пунктом записи полученных результатов в новые массивы. Этот вариант задания 2.3 представлен на рис. 7, а полученные результаты на рис. 8.

Рис.5. Пример варианта задания 2.3

Рис.6. Фрагмент отчёта по лабораторной работе №2. Часть 3

Окончание рис.6.

Рис.7. Дополненный вариант задания 2.3

Рис.8. Результаты выполнения дополненного варианта задания 2.3

Заключение

учебный информатика алгоритм вычисление

Подводя итоги практики проведения расчётов в условиях выбора, можно сделать следующие выводы:

1. Необходимо применять в рамках учебной дисциплины "Информатика" комплексную методику решения задач в условиях выбора, которая призвана организовать у обучающихся процесс осмысления задачи в целом и составления продуманного алгоритма её решения с учетом ОДЗ (области допустимых значений исходных данных), а также минимизировать вероятность возникновения проблем в вычислительном процессе с помощью контроля исходных данных и ввода ограничений на область их существования.

2. Для комплексного изучения и овладения практическими навыками разработки и программирования вычислительного процесса разветвляющейся структуры студент должен выполнить блок из трёх заданий, каждое из которых посвящено определённому аспекту общей темы. Задания могут быть сгруппированы по следующим типам:

Тип 1. Вычисления с выбором формул

Тип 2. Анализ данных и принятие решения

Тип 3. Проверка попадания точки в заданную область на плоскости

3. Качественный входной контроль исходных данных перед началом проведения каких-либо вычислительных операций с помощью учитывающих все возможные случаи возникновения ошибок логических выражений повышает, тем самым эффективность всех последующих расчётов, что и было продемонстрировано на вышеприведенных примерах.

Список информационных источников (references)

1. Баринов К.А. Применение языка C++ в электротехнических расчётах: методические указания. / К.А. Баринов, Н.Е. Суркова, И.С. Шувалова; под ред. А.Б. Николаева. - М.: МАДИ, 2015. - 140 с.

2. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.

3. Вычислительная техника и программирование. Практикум по программированию. / Под ред. А.В. Петрова. - М. : Высшая школа, 1991. - 400 с.

4. Заборов В. Visual Basic 2010 на примерах (+ CD-ROM) / В. Зиборов. - СПб. : БХВ-Петербург, 2010.

5. Каримова Н.В. Технология обработки табличной информации: методические указания / Н.В. Каримова, И.С. Шувалова. - М. : МАДИ(ГТУ), 2008.

6. Культин Н.Б. C / VBA в задачах и примерах / Н.Б. Культин. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005. - 288 с.

7. Макарова Н.В. Информатика: учебник для вузов / Н.В. Макарова. - М. : Финансы и статистика, 2009.

8. Мачула В.Г. Excel 2007. Расчеты и анализ / В.Г. Мачула. - М. : Феникс, 2010.

9. Муравьёва Л.И. Технология обработки текстовой информации: методические указания / Л.И. Муравьева, И.С. Шувалова. - М. : МАДИ(ГТУ), 2005.

10. Сборник заданий по программированию / Л.А. Акатнова [и др.]. - М. : МАДИ(ГТУ), 2003.

11. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс: учебник для вузов / С.В. Симонович. - СПб. : Питер, 2010.

12. ГОСТ 7.32 - 2001. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

Размещено на Allbest.ru