Понятие о структурном подходе к разработке алгоритмов

Основные структуры алгоритмов — это ограниченный набор стандартных способов соединения отдельных блоков или структур для выполнения типичных последовательностей действий.

Приводимые ниже структуры рекомендуются при использовании так называемого структурного подхода к разработке алгоритмов и программ. Структурный подход предполагает использование только нескольких основных структур, комбинация которых дает все многообразие алгоритмов и программ.

К основным структурам относятся (см. рис. 6.2.): следование а, две разновидности цикла б, в, три разновидности разветвления г, д, е. Отметим вначале особенности трех основных типов структур.

Следование —это последовательное размещение блоков и групп блоков, такая структура называется также линейной.

Если некоторая часть программы (на схеме группа блоков) выполняется многократно и после проверки некоторого условия в какой-то момент осуществляется выход из нее, то такую часть называют циклом.

Если после проверки некоторого условия выбирается один из двух (или более) путей вычислительного процесса и после выполнения любого из них вычислительный процесс опять сводится в одно русло, то возникает разветвление.

Теперь рассмотрим особенности каждого вида цикла и разветвления.

Цикл До применяется при необходимости выполнить какие-либо вычисления нескольких раз до выполнения некоторого условия (блок 3). Особенность этого цикла в том, что он всегда выполняется хотя бы один раз, так как первая проверка условия выхода из цикла происходит после того, как тело цикла выполнено. Тело цикла (блок 2)—та последовательность действий, которая выполняется многократно (в цикле). Начальные присвоения (блок 1) задание начальных значений тем переменным, которые используются в теле цикла. Цикл такого типа называют также итеративным циклом в том случае, когда количество повторений неизвестно до начала выполнения цикла.

Цикл Пока отличается от цикла До тем, что проверка условия (блок 3) производится до выполнения тела цикла (блок 2), и, если при первой проверке условие выхода из цикла выполняется, то тело цикла не выполняется ни разу. Цикл такого типа называется также циклом по условию.

Замечание. В некоторых случаях проверка условия осуществляется внутри тела цикла, т.е. тело цикла разбивается на две последовательности операторов: одна выполняется до проверки условия, вторая - после.

Существует еще одна важная разновидность цикла: цикл по счетчику. Для него существует специальное обозначение и специальный оператор в различных алгоритмических языках программирования (оператор цикла). Для организации цикла по счетчику используется управляющая переменная цикла, изменяющаяся в заданных пределах с постоянным шагом. Разветвление применяется, когда в зависимости от условия нужно выполнить либо одно, либо другое действие. Действие 1 (блок 1) или действие 2 (блок 2) могут, в свою очередь, представлять собой одну из типовых структур.

Обход — частный случай разветвления, когда одна ветвь не содержит никаких действий. Множественный выбор является обобщением разветвления, когда в зависимости от значения переменной (i) выполняется одно из нескольких действий. При i = 1 выполняется действие S1, при i = 2 - действие S2 и т. д.

Особенностью всех приведенных структур является то, что они имеют один вход и один выход и их можно соединить друг с другом в любой последовательности. Каждая структура может также содержать в качестве одного из блоков любую другую структуру.

Обычно при составлении схемы блоки размещаются друг под другом в порядке их выполнения. Возврат назад осуществляется только на циклах. Это дает простую и наглядную структуру алгоритма, по которой далее легко составлять программу.

Если для разработки алгоритма используется метод пошаговой детализации, то первоначально продумывается и фиксируется общая структура алгоритма без детальной проработки отдельных его частей, но при этом используются, лишь основные структуры алгоритмов. Блоки, требующие дальнейшей детализации, обозначаются пунктирной линией. Далее прорабатываются (детализируются) отдельные блоки, не детализированные на предыдущем шаге, т.е. на каждом шаге разработки уточняется реализация фрагмента алгоритма (или программы), и, таким образом, на каждом шаге мы имеем дело с более простой задачей. Полностью закончив детализацию всех блоков, мы получим решение всей задачи в целом. Описанный метод пошаговой детализации называется также программированием сверку вниз.

В некоторых случаях, стремление, во что бы то ни стало, остаться в рамках структурного подхода приводит к необоснованному усложнению программы и потере ее наглядности и естественности. Если учесть, что структурное программирование имеет целью не подчинить программы каким-то правилам, а сделать их более удобными для восприятия, то в ряде случаев оказывается целесообразным отдать предпочтение ясности и естественности программы.

Если разработка алгоритма выполнена хорошо, то программирование принципиальных трудностей не вызывает.