Основные понятия теории алгоритмов

Во всех сферах своей деятельности, и частности в сфере обработки информации, человек сталкивается с различными способами, или методиками, решения задач. Они определяют порядок выполнения действий для получения желаемого результата – это можно трактовать как первоначальное или интуитивное определение алгоритма. Некоторые дополнительные требования приводят к неформальному определению алгоритма:

1. Алгоритм - это заданное на некотором языке конечное предписание, задающее конечную последовательность выполнимых элементарных операций для решения задачи, общее для класса возможных исходных данных.

2. Алгоритм – это всякая система вычислений, выполняемых по строго определенным правилам, которая после какого-либо числа шагов заведомо приводит к решению поставленной задачи.

3. Алгоритм – это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, идущий от варьируемых исходных данных к искомому результату.

Отметим, что различные определения алгоритма, в явной или неявной форме, постулируют следующий ряд требований:

· алгоритм должен содержать конечное количество элементарно выполнимых предписаний, т.е. удовлетворять требованию конечности записи;

· алгоритм должен выполнять конечное количество шагов при решении задачи, т.е. удовлетворять требованию конечности действий;

· алгоритм должен быть единым для всех допустимых исходных данных, т.е. удовлетворять требованию универсальности;

· алгоритм должен приводить к правильному по отношению к поставленной задаче решению, т.е. удовлетворять требованию правильности.

Алгоритмический объект (АО) - данные, для преобразования которых используется алгоритм. Для формального определения АО фиксируют конечный алфавит символов (цифр, букв и т.п.) и определяют правила построения АО (синтаксические правила).

Процесс преобразования алгоритмических объектов в ходе выполнения алгоритма осуществляется дискретно, т.е. пошагово. Последовательность шагов детерминирована, т.е. после каждого шага указывается точно, что и как следует выполнять на следующем шаге.

Процесс преобразования АО, включающий в себя заданную последовательность шагов, называют алгоритмическим процессом (АП).

Механизм реализации АП прослеживается на алгоритмических моделях, использующих конечные наборы простейших АО и конечные наборы элементарных действий.

Выделяют три основных типа алгоритмических моделей:

1) рекурсивные функции — связывает понятие алгоритма с элементарными вычислительными операциями на множестве целых положительных чисел;

2) машина Тьюринга — связывает понятие алгоритма с механическим устройством, способным выполнять строго фиксированное множество элементарных действий над простейшими символами;

3) нормальный алгоритм Маркова — связывает понятие алгоритма с элементарными преобразованиями слов произвольного алфавита, замещая части или всего слова другим словом.

В теории вычислительных алгоритмов доказана сводимость одного типа модели к другой: всякий алгоритм, описанный средствами одной модели, может быть описан также средствами другой.

Рассмотрим подробнее реализацию алгоритмических процессов для вычисления числовых функций на трех типах моделей алгоритмов.




double arrow
Сейчас читают про: