Kodowanie, matematyka, logika i programowanie
(0 - user rating)

Kodowanie, matematyka, logika i programowanie

Od czego zaczyna się kodowanie? Od tego, że coś zaczyna w określonych okolicznościach oznaczać coś innego. Najprostszy i najbardziej znany kod to alfabet, który symbolizuje poszczególne dźwięki mowy w danym języku. System 0-1-kowy wykorzystywany w programach komputerowych, to kolejny znany przykład kodowania. Przy pisaniu programów jest także potrzebny, poza kodowaniem, sposób zachowania się programu. Algorytm jest pojęciem, które opisuje właśnie ten sposób zachowania i reagowania kodu na różne okoliczności. A czym jest algorytm?

 

 

Algorytm jest to skończony ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego rodzaju zadań. Słowo „algorytm” pochodzi od staroangielskiego słowa algorism, oznaczającego wykonywanie działań przy pomocy liczb arabskich (w odróżnieniu od abacism – przy pomocy abakusa), które z kolei wzięło się od nazwy "Algoritmi" - zlatynizowanej wersji nazwiska "al-Chwarizmi" Abu Abdullaha Muhammada ibn Musy al-Chuwarizmiego, matematyka perskiego z IX wieku.
Zadaniem algorytmu jest przeprowadzenie systemu z pewnego stanu początkowego do pożądanego stanu końcowego. Badaniem algorytmów zajmuje się algorytmika. Algorytm może zostać zaimplementowany w postaci programu komputerowego.

Jako przykład stosowanego w życiu codziennym algorytmu podaje się często przepis kulinarny. Dla przykładu, aby ugotować bigos należy w określonej kolejności oraz odstępach czasowych (imperatyw czasowy) dodawać właściwe rodzaje kapusty i innych składników. Może istnieć kilka różnych przepisów dających na końcu bardzo podobną potrawę. Przykład ten ma wyłącznie charakter poglądowy, ponieważ język przepisów kulinarnych nie został jasno zdefiniowany. Algorytmy zwykle formułowane są w sposób ścisły w oparciu o język matematyki.

W niektórych krajach, jak USA, algorytmy mogą zostać opatentowane, jeżeli zostaną zaimplementowane w jakimś praktycznym celu. Przeciwnicy tego podejścia twierdzą, że patentowanie algorytmów spowalnia rozwój informatyki, bo jeden producent może uzyskać monopol, np. na pisanie oprogramowania tworzącego pewne typy plików (patrz.GIF). Wiele koncernów komputerowych prowadzi między sobą spory prawne dotyczące praw własności do niektórych patentów. Kontrargumentem zwolenników patentów na oprogramowanie jest tzw. prawo własności intelektualnej (jaką objęty jest np. utwór muzyczny, będący wytworem intelektu i pracy muzyka) zakładające, że program jest intelektualną własnością twórcy.

Jednym ze starszych i bardziej znanych jest Algorytm Euklidesowy na otrzymanie Największego Wspólnego Dzielnika (NWD).

Schematy blokowe są tzw. metajęzykiem. Oznacza to, że jest to język bardzo ogólny, służy do opisywania algorytmów w taki sposób, by na jego podstawie można było je zaimplementować w każdym języku.
Częściami składowymi schematów blokowych są proste figury geometryczne, np. prostokąt, romb, koło, równoległobok itd... W tych figurach umieszczamy warunki oraz proste instrukcje, przy czym mogą być one związane z jakimś konkretnym językiem (np. symbolem instrukcji przypisania może być ":=" tak, jak w Pascalu lub "=" tak, jak w C) Jeśli tworząc schemat nie jesteśmy jeszcze zdecydowani w jakim języku będziemy pisali nasz program lub tworzymy schemat dla kogoś, to lepiej jest stosować notację bardziej symboliczną, np. instrukcję przypisania zapisywać jako strzałkę skierowaną od wartości przypisywanej do zmiennej.
Za chwilę przedstawię elementy składowe schematów blokowych, przedtem jednak powiem coś o narzędziach do ich konstruowania.
Zasadniczo najszybciej schematy pisze się na zwykłej kartce, pojawia się jednak problem, gdy schemat trzeba umieścić w jakimś dokumencie (np. dokumentacji projektu). Można wtedy skorzystać z popularnych edytorów tekstu (np. Word pod Windows lub KWord pod Linux). Mają one wbudowane opcje do tworzenia figur schematu, ale nie są one zbyt wygodne w użyciu.
Alternatywą dla nich są programy specjalnie przeznaczone do opisywania algorytmów. Jednym z nich są Magiczne Bloczki (281 KB). Jest to program autorstwa Rafała Barana, studenta informatyki na Politechnice Krakowskiej. Kontakt z autorem: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć. , jego strona www to: http://erisoftware.pl. Program ten posiada bardzo przydatną opcję testowania działania algorytmu (podobnie jak w Debuggerze). Ta opcja może znacznie ułatwić życie, zwłaszcza początkującym programistom, którzy mają problemy z wyszukiwaniem błędów w programach.
Teraz przejdźmy do opisu schematów.

Poszczególne elementy schematu łączy się za pomocą strzałek. W większości przypadków blok ma jedną strzałkę wchodzącą i jedną wychodzącą, lecz są także wyjątki (omówię je poniżej).
Ta figura oznacza początek lub koniec algorytmu. W każdym algorytmie musi się znaleźć dokładnie jedna taka figura z napisem "Start" oznaczająca początek algorytmu oraz dokładnie jedna figura z napisem "Stop" oznaczająca koniec algorytmu. Najczęściej popełnianym błędem w schematach blokowych jest umieszczanie kilku stanów końcowych, zależnych od sposobu zakończenia programu. Jest to niedopuszczalne, w programie mamy przecież dokładnie jedną instrukcję "end." Blok symbolizujący początek algorytmu ma dokładnie jedną strzałkę wychodzącą a blok symbolizujący koniec ma co najmniej jedną strzałkę wchodzącą.
Jest to figura oznaczająca proces. W jej obrębie umieszczamy wszelkie obliczenia lub podstawienia. Proces ma dokładnie jedną strzałkę wchodzącą i dokładnie jedną strzałkę wychodzącą.

Romb symbolizuje blok decyzyjny. Umieszcza się w nim jakiś warunek (np. "x>2"). Z dwóch wybranych wierzchołków rombu wyprowadzamy dwie możliwe drogi: gdy warunek jest spełniony (strzałkę wychodzącą z tego wierzchołka należy opatrzyć etykietą "Tak") oraz gdy warunek nie jest spełniony. Każdy romb ma dokładnie jedną strzałkę wchodzącą oraz dokładnie dwie strzałki wychodzące.
Równoległobok jest stosowany do odczytu lub zapisu danych. W jego obrębie należy umieścić stosowną instrukcję np. Read(x) lub Write(x) (można też stosować opis słowny np. "Drukuj x na ekran"). Figura ta ma dokładnie jedną strzałkę wchodzącą i jedną wychodzącą.
Ta figura symbolizuje proces, który został już kiedyś zdefiniowany. Można ją porównać do procedury, którą definiuje się raz w programie, by następnie móc ją wielokrotnie wywoływać. Warunkiem użycia jest więc wcześniejsze zdefiniowanie procesu. Podobnie jak w przypadku zwykłego procesu i tu mamy jedno wejście i jedno wyjście.

Koło symbolizuje tzw. łącznik stronicowy. Może się zdarzyć, że chcemy "przeskoczyć" z jednego miejsca na kartce na inne (np. by nie krzyżować strzałek). Możemy w takim wypadku posłużyć się łącznikiem. Umieszczamy w jednym miejscu łącznik z określonym symbolem w środku (np. cyfrą, literą) i doprowadzamy do nie go strzałkę. Następnie w innym miejscu kartki umieszczamy drugi łącznik z takim samym symbolem w środku i wyprowadzamy z niego strzałkę. Łącznik jest często porównywany do teleportacji (z jednego miejsca na kartce do drugiego). Łączniki występują więc w parach, jeden ma tylko wejście a drugi wyjście.
Ten symbol to łącznik międzystronicowy. Działa analogicznie jak pierwszy, lecz nie w obrębie strony. Przydatne w złożonych algorytmach, które nie mieszczą się na jednej kartce. Uwaga: jeśli stosujemy oba typy łączników w schemacie, to najlepiej jest stosować liczby do identyfikowania jednych i litery do drugich. Dzięki temu nie dojdzie do pomyłki.