Как рисовать блок схемы параллельных алгоритмов. Составление блок-схем

При описании алгоритмов давно и успешно используются блок-схемы (Basic Flowchart). Построение блок-схем алгоритмов регламентируется ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) "Единая система программной документации. Схемы алгоритмов программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения" . Данный государственный стандарт составлен на основе международного стандарта "ISO 5807-85. Information processing – Documentation symbols and conventions for data, program and system flowcharts, program network charts and system resources charts".

Согласно ГОСТ 19.701-90 под схемой понимается графическое представление определения, анализа или метода решения задачи. С помощью схем можно отобразить как статические, так и динамические аспекты системы. Символы, приведенные в государственном стандарте, могут использоваться в следующих типах схем :

Схемы данных – определяют последовательность обработки данных и их носители;

Схемы программ – отображают последовательность операций в программе (по сути, это и есть блок-схемы алгоритмов в традиционном понимании);

Схемы работы системы – отображают управление операциями и потоки данных в системе;

Схемы взаимодействия программ – отображают путь активации программ (модулей) и их взаимодействие с соответствующими данными;

Схемы ресурсов системы – отображают конфигурацию блоков данных и обрабатывающих блоков.

Как видно из приведенных выше типов схем, они могут использоваться не только для моделирования поведенческого аспекта, но и для задач функционального, информационного и компонентного проектирования.

При построении поведенческой модели системы используются основные принципы структурного подхода – принципы декомпозиции и иерархического упорядочения. Поведенческая модель представляет собой набор взаимосвязанных схем (диаграмм) с разным уровнем детализации, причем с каждым новым уровнем детализации система приобретает все более законченные очертания.

На схемах могут присутствовать следующие элементы графической нотации :

Символы данных – указывают на наличие данных, вид носителя или способ ввода-вывода данных;

Символы процесса – указывают операции, которые следует выполнить над данными;

Символы линий – указывают потоки данных между процессами и/или носителями данных, а также потоки управления между процессами;

Специальные символы – используются для облегчения написания и чтения схем.

Кроме деления по смысловому содержанию, каждую категорию символов (кроме специальных) делят на основные и специфические символы. Основной символ используется в тех случаях, когда точный вид процесса или носителя данных неизвестен или отсутствует необходимость в описании фактического носителя данных (процесса). Специфический символ используется в тех случаях, когда известен точный вид процесса или носителя данных и это необходимо отобразить на схеме. В следующей таблице приводятся элементы графической нотации блок-схем.

Таблица 8.1. Условные обозначения на блок-схемах

Исключительно важно использовать язык блок-схем при разработке алгоритма решения задачи. Решение одной и той же задачи может быть реализовано с помощью различных алгоритмов, отличающихся друг от друга как по времени счета и объему вычислений, так и по своей сложности. Запись этих алгоритмов с помощью блок-схем позволяет сравнивать их, выбирать наилучший алгоритм, упрощать, находить и устранять ошибки.

Отказ от языка блок-схем при разработке алгоритма и разработка алгоритма сразу на языке программирования приводит к значительным потерям времени, к выбору неоптимального алгоритма. Поэтому необходимо изначально разработать алгоритм решения задачи на языке блок-схем, после чего алгоритм перевести на язык программирования.

При разработке алгоритма сложной задачи используется метод пошаговой детализации. На первом шаге продумывается общая структура алгоритма без детальной проработки отдельных его частей. Блоки, требующие детализации, обводятся пунктирной линией и на последующих шагах разработки алгоритма продумываются и детализируются.

В процессе разработки алгоритма решения задачи можно выделить следующие этапы:

• Этап 1 . Математическое описание решения задачи.
• Этап 2 . Определение входных и выходных данных.
• Этап 3 . Разработка алгоритма решения задачи.

Базовые алгоритмические конструкции

В теории программирования доказано, что для записи любого, сколь угодно сложного алгоритма достаточно трех базовых структур :

• следование (линейный алгоритм);
• ветвление (разветвляющийся алгоритм);
• цикл-пока (циклический алгоритм).

Линейные алгоритмы

Линейный алгоритм образуется из последовательности действий, следующих одно за другим. Например, для определения площади прямоугольника необходимо сначала задать длину первой стороны, затем задать длину второй стороны, а уже затем по формуле вычислить его площадь.

Пример

ЗАДАЧА. Разработать алгоритм вычисления гипотенузы прямоугольного треугольника по известным значениям длин его катетов a и b.

На примере данной задачи рассмотрим все три этапа разработки алгоритма решения задачи:

Математическим решением задачи является известная формула:

,

где с-длина гипотенузы, a, b – длины катетов.

Входными данными являются значения катетов a и b. Выходными данными является длина гипотенузы – c.

Разветвляющиеся алгоритмы

содержит условие, в зависимости от которого выполняется та или иная последовательность действий.

Пример

ЗАДАЧА. Разработать алгоритм вычисления наибольшего числа из двух чисел x и y.

Этап 1. Математическое описание решения задачи.

Из курса математики известно, если x > y, то наибольшее число x, если x < y, то наибольшее число y, если x = y, то число x равно числу y.

Этап 2. Определение входных и выходных данных.

Входными данными являются значения чисел x и y. Выходным данными являются:

• наибольшее число
• любое из чисел, если числа равны

Для решения задачи нам необходимо знать значения x и y.

Этап 3. Разработка алгоритма решения задачи.

В схеме алгоритма решения задачи цифрами указаны номера элементов алгоритма, которые соответствуют номерам шагов словесного описания алгоритма

В рассматриваемом алгоритме (рис.3) имеются три ветви решения задачи:

• первая: это элементы 1, 2, 3, 4, 8.
• вторая: это элементы 1, 2, 3, 5, 6, 8
• третья: это элементы 1, 2, 3, 5, 7, 8.

Выбор ветви определяется значениями x и y в элементах 3 и 5, которые являются условиями, определяющими порядок выполнения элементов алгоритма. Если условие (равенство), записанное внутри символа «решение», выполняется при введенных значениях x и y, то следующими выполняется элементы 4 и 8. Это следует из того, что они соединены линией с надписью «да» и направление (последовательность) вычислений обозначена стрелочкой.

Если условие в элементе 3 не выполняется, то следующим выполняется элемент 5. Он соединен с элементом 3 линией с надписью «нет». Если условие, записанное в элементе 5, выполняется, то выполняется элементы 6 и 8, в противном случае выполняются элементы 7 и 8.

Циклические алгоритмы

– определяет повторение некоторой части действий (операций), пока не будет нарушено условие, выполнение которого проверяется в начале цикла. Совокупность операций, выполняемых многократно, называется телом цикла.

Алгоритмы, отдельные действия в которых многократно повторяются, называются циклическими алгоритмами, Совокупность действий, связанную с повторениями, называют циклом .

При разработке алгоритма циклической структуры выделяют следующие понятия:

• параметр цикла – величина, с изменением значения которой связано многократное выполнение цикла;
• начальное и конечное значения параметров цикла;
• шаг цикла – значение, на которое изменяется параметр цикла при каждом повторении.

Цикл организован по определенным правилам. Циклический алгоритм состоит из подготовки цикла, тела цикла и условия продолжения цикла.

В подготовку цикла входят действия, связанные с заданием исходных значений для параметров цикла:

• начальные значения цикла;
• конечные значения цикла;
• шаг цикла.

В тело цикла входят:

• многократно повторяющиеся действия для вычисления искомых величин;
• подготовка следующего значения параметра цикла;
• подготовка других значений, необходимых для повторного выполнения действий в теле цикла.

В условии продолжения цикла определяется допустимость выполнения повторяющихся действий. Если параметр цикла равен или превысил конечное значение цикла, то выполнение цикла должно быть прекращено.

Пример

ЗАДАЧА . Разработать алгоритм вычисления суммы натуральных чисел от 1 до 100.

Этап 1. Математическое описание решения задачи .

Обозначим сумму натуральных чисел через S. Тогда формула вычисления суммы натуральных чисел от 1 до 100 может быть записана так:

где Xi – натуральное число X c номером i, который изменяется от 1 до n, n=100 – количество натуральных чисел.

Этап 2. Определение входных и выходных данных.

Входными данными являются натуральные числа: 1, 2, 3, 4, 5, …, 98, 99, 100.

Выходные данные – значение суммы членов последовательности натуральных чисел.

Параметр цикла – величина, определяющая количество повторений цикла. В нашем случае i – номер натурального числа.

Подготовка цикла заключается в задании начального и конечного значений параметра цикла.

• начальное значение параметра цикла равно 1,
• конечное значение параметра цикла равно n,
• шаг цикла равен 1.

Для корректного суммирования необходимо предварительно задать начальное значение суммы, равное 0.

Тело цикла. В теле цикла будет выполняться накопление значения суммы чисел, а также вычисляться следующее значение параметра цикла по формулам:

Условие продолжения цикла: цикл должен повторяться до тех пор, пока не будет добавлен последний член последовательности натуральных чисел, т.е. пока параметр цикла будет меньше или равен конечному значению параметра цикла.

Этап 3. Разработка алгоритма решения задачи.

Введем обозначения: S – сумма последовательности, i – значение натурального числа.

Начальное значение цикла i=1, конечное значение цикла i =100, шаг цикла 1.

Если не очень хочется неаккуратно чиркать в тетрадке, а рисовать заставляют. Конечно, мы рассматриваем только бесплатные варианты:)

• draw.io . Отличный бесплатный сервис для онлайн-рисования бизнес-схем и блок-схем. Сохраняет файл в формате.xml, но можно и заскриншотить, отключив показ сетки (Grid). Интегрируется с Google Drive.
• Google Drawing . Авторизуйтесь в своём гугль-профиле, скажите в меню страницы Файл - Создать - Рисунок и получите удобную рисовалку, после которой можно скачать в pdf или популярных графических форматах.

Пожалуй, эти сервисы - лучшие, хотя есть и немало альтернатив:

• lucidchart . После секундной регистрации и выбора Start Free Account получаем удобные и легко масштабируемые схемы, которые затем можно опубликовать и скачать в нужном формате.
• creatly . "Try creatly now" - и можно рисовать сразу же. Правда, нужно разрешить загрузку флешки и экспорт файлов доступен только для зарегистрированных пользователей. Но ведь скриншоты никто не отменял:)
• iyopro.com . Бесплатный проект, правда, он на Silverlight и запустится не у всех (например, будет работать в Internet Explorer).
• gliffy . После короткой регистрации, не требующей подтверждения, можно сразу начать рисовать схемы.
• cacoo . Позиционирует себя как "Cloud-based diagrams, the easy way".
• Violet . Оффлайн-редактор UML-диаграмм, для продвинутых:)
• Блок-схема от paslab . Уникальный отечественный сервис для преобразования программок на Паскале в блок-схемы:)

В жизни нам часто приходится встречаться с различными ситуациями, в которых мы совершаем одни и те же определенные действия. Для того, чтобы вовремя проснуться, нам нужно не забыть включить будильник. Для того, чтобы утолить свой голод, нам необходимо выполнить одни и те же действия по приготовлению вкусной пищи. Для того, чтобы выполнить знакомую нам работу, мы тоже часто делаем одно и то же.

Такое поведение можно называть по-разному, смотря в каком контексте оно рассматривается. Если рассмотреть с позиции эффективности деятельности, то эти действия можно назвать привычками или навыками. Если рассматривать с точки зрения отображения процесса, то описание последовательности действий, строгое исполнение которых приводит к решению поставленных задач за определенное количество шагов, называют алгоритмом действий.

Как создаются алгоритмы действий?

Мы постоянно сталкиваемся с этим в обычной жизни. Какие действия мы совершаем, чтобы пополнить счет своего мобильного телефона? Каждый из нас — разные. Так как способов пополнения счета несколько, следовательно мы все по-разному это делаем. Результат, правда всегда один получается — появление средств на телефоне.

Или еще пример: чтобы скопировать картинку или текст, нажимаем правой кнопкой мыши на картинку, затем выбираем «Копировать», помещаем в нужное место, нажимаем правой кнопкой » Вставить», и результат достигнут.

Все это — определенная последовательность действий, в результате которых различными средствами решается поставленная задача. Но пока это только наши знания, которые перерастают в навыки и умения, а если этот процесс описать, то мы сможем наглядно увидеть алгоритм наших действий, и передать его другим людям. На словах не все и не всегда понятно бывает.

Опишите последовательность действий — это запоминается

Создать алгоритм действий можно, описав или изобразив его последовательность. Знают ли все, что надо сделать, чтобы посадить дерево? Возможно, основные шаги понятны всем, но вот когда деревце поливать, перед посадкой или после, помнит не каждый. Созданный алгоритм позволит все действия выполнить в правильной последовательности.

Чтобы описать последовательность действий посложнее, придется постараться и подробно их все записать. Пример можно взять с всевозможных правил и инструкций — там очень четко прописываются по шагам действия, которые нам надо сделать. Но бывают ситуации, в которых за определенным действие следует не один шаг, а несколько, в зависимости от предыдущего результата. В таком случае, предположительные действия тоже записывают, чтобы человек мог легко сориентироваться в разных ситуациях, и знал, что нужно предпринять.

Алгоритм действий в графике — это блок-схема

Если изобразить алгоритмы действий в графическом варианте, с помощью геометрических фигур с линиями-связями, показывающими порядок выполнения действия, то мы получим блок-схему. Блок-схема намного превосходит правила, инструкции, и записанные по порядку алгоритмы действий, по своей наглядности и читаемости.

Представьте, что вам нужно чему-то научить другого человека. Вы отлично знаете все действия в определенной последовательности. Ваша задача — показать, как это нужно делать и передать свои знания так, чтобы другой человек их запомнил и знал так же, как и вы. Устная передача знаний допускает импровизации и некоторый произвол. Самым лучшим способом будет блок-схема, в которой объясняется последовательность и возможные варианты действий. В качестве примера — веселое руководство по изучению блог-схем:

Лучшим условием для получения результата будет повторяемость действий. Это однозначно влияет на скорость достижения результата в будущем. Чем чаще вам придется повторять одни и те же действия, тем быстрее вы научитесь выполнять последовательность действий, а значит в каждый последующий раз, вам потребуется меньше времени на выполнение.

Блок-схемы применяются в продажах

В продажах такое обучение с помощью разработки алгоритмов и изображения их в виде блок-схем имеет большое распространение. Чаще всего их используют в телефонных сценариях разговоров в call-центрах и для «холодных» звонков. Корпоративная культура набирает обороты, поэтому многие компании уже не позволяют сотрудникам нести «отсебятину», даже талантливую, а предлагают действовать им по заранее разработанному сценарию, представляя «лицо фирмы» на различных этапах. Эффект появляется буквально после нескольких дней действий «по бумажке». Со временем, многое из описанных алгоритмов запоминается сотрудником, и в дальнейшем он свободно может общаться, не опасаясь того, в какую сторону может уйти разговор.

Алгоритмы действий и блог-схемы разрабатываются не только в продажах. Большое распространение они имеют в обучении и практике врачей, программистов, «компьютерщиков», у многих технических специальностей.

Стоит попробовать научиться действовать по подобным блок-схемам. Ведь впервые встречаясь с непонятным поначалу обилием действий и задач, думаешь о том, как тебе не хватает разработанной блок-схемы. После долгих мучений не выдерживаешь, и начинаешь разрабатывать и создавать самостоятельно. Эффективные люди не любят простоев в делах. А блок-схемы значительно упрощают жизнь и позволяют разобраться в решении сложных задач.

Сервисы для разработки блок-схем

В интернете есть сервисы, которые могут помочь вам создавать такие блок-схемы. Один из них — Сacoo . С его помощью вам легко удастся превращать ваши алгоритмы в различные диаграммы, блок-схемы и графики. Вы увидите, что это очень приятное и радостное занятие — преобразовывать то, что вам известно, в науку для других людей.

— хорошее настроение вам обеспечено. На первоначальном этапе можно воспользоваться возможностями бесплатной учетной записи, а в будущем за доступ нужно будет платить. Естественно, что бесплатный доступ имеет ограничения по сравнению с платными. Но для изучения и первых шагов, функционала вполне достаточно.

Разработав алгоритмы действий и преобразовав их в блок-схемы с помощью Cacoo, вы сможете надолго создать хорошее настроение не только себе, но и другим людям, постигающим азы.

Создавайте игровые блок-схемы для своих детей

Подводя итог вышесказанному отмечу, что теперь вы сможете использовать алгоритмы действий и блок-схемы в различных жизненных ситуациях. Даже ваши дети с огромным удовольствием станут выполнять не самые интересные обязанности, следуя понятным подсказкам. Если будут идеи, где и как можно применять алгоритм действий , поделитесь в комментариях, уважаемые читатели. Очень хотелось бы узнать про ваши алгоритмы.

Моя блок-схема

Вот какая блок-схема у меня получилась в первый раз. Для того, чтобы увеличить изображение, нажмите на него. После перехода на Cacoo, под записью «просмотр фигуры», нажимайте на картинку. Она откроется в большом окне. Удачи!

Вам понадобится

• - трафарет для черчения блок-схем;
• - механический карандаш;
• - ластик;
• - бумага;
• - компьютер с доступом в интернет.

Инструкция

Начало и конец алгоритма обозначаются овалами. Внутри них помещают, соответственно, слова «Начало» и «Конец». От овала, символизирующего начало алгоритма, исходит одна стрелка вниз, к , символизирующему конец алгоритма, приходит стрелка сверху.

Шаги, соответствующие действиям, не связанным с вводом-выводом, обозначаются при помощи прямоугольников. Пример такого действия - вычисление и присвоение результата той или иной переменной. Стрелка от предыдущего шага приходит к прямоугольнику сверху, а снизу от него исходит стрелка к следующему шагу.

Для обозначения шагов, соответствующих операциям ввода-вывода, используются параллелограммы. Такие операции бывают двух видов: присвоение поступивших откуда-либо данных переменной и вывод данных из переменной в файл, порт, на , принтер и т.п.

Ветвления обозначаются ромбами. В верхний угол ромба приходит стрелка от предыдущего шага, а из его боковых углов исходят стрелки, как «Нет» и «Да». Они приходят, соответственно, к шагам, выполняемым при несоблюдении и соблюдении условия. Нижний угол ромба оставляется свободным. Само (например, равенство, строгое или нестрогое) внутри ромба.

Прямоугольник, боковые стенки которого двойные, олицетворяет переход к подпрограмме. После того как в подпрограмме встретился оператор возврата, продолжается выполнение основной программы. Внутри указывается название подпрограммы. Блок-схемы всех подпрограмм помещаются под блок-схемой основной программы либо на отдельных страницах.

Если вы желаете составлять блок-схемы в электронном виде, воспользуйтесь -приложением под названием Flowchart. При желании можно также освоить особые языки программирования, в которых сам процесс программирования заключается в составлении блок-схемы. Таких языков два: Дракон и HiAsm.

Источники:

• как начертить блок схему

Блок-схема является вариантом формализованной записи алгоритма или процесса. Каждый шаг алгоритма в данном представлении изображается в виде блоков различной формы, которые соединены между собой линиями. В блок-схеме можно отобразить все этапы решения любой задачи, начиная с ввода исходных данных, обработки операторами, выполнения цикличных и условных функций, и заканчивая операциями вывода результирующих значений.

Инструкция

Как правило, вначале алгоритма производится ввод исходных данных для решения поставленной задачи. Нарисуйте параллелограмм ниже линии так, чтобы он непрерывным продолжением схемы. В параллелограмме напишите производимое действие, обычно это операции данных с экрана (Read nInp) или других устройств. Важно, что введенные вами переменных в данном шаге будут использоваться в дальнейшем во всем теле блок-схемы.

Выполнение одной или группы операций, любая обработка данных (изменение значения или формы представления) обозначается в виде прямоугольника. Нарисуйте данную фигуру в нужном месте алгоритма при составлении блок-схемы. Внутри прямоугольника запишите производимые действия , например, операция присваивания записывается следующим образом: mOut = 10*nInp b + 5. Далее также для продолжения блок-схемы нарисуйте линию вниз.

Важной составляющей любого алгоритма и соответственно блок-схемы являются условные и цикличные операторы. У данных операторов один вход и два и или более альтернативных выхода. После вычисления условия, заданного оператором, дальнейший переход осуществляется лишь по одному пути. Нарисуйте вход в элемент в виде линии входящей в верхнюю вершину элемента.

Для задания оператора условия нарисуйте от данной линии ромб. Внутри фигуры укажите само условие и проведите линии, указывающие дальнейший переход в зависимости от его выполнения. Условие задается в общем случае операциями сравнения (>, <, =). Переход по линии вниз осуществляется при истинном условии, назад – при ложном. Укажите около выходных линий фигуры результаты условия (true, false). Невыполнение условия (false) возвращает к определенному шагу выше по телу алгоритма. Проведите линии под прямым углом от выхода с условия и до нужного оператора.

Цикличный оператор обозначается прямоугольниками со скошенными углами. Причем для рисования данного оператора используются две пограничные фигуры. Начало цикла задается фигурой со скошенными верхними углами, конец цикла – фигурой со скошенными нижними углами. В фигуре начала цикла укажите условие работы цикла и между пограничных фигур нарисуйте операторы цикла.

В завершении блок-схемы должен быть указан вывод результирующих данных на носители или на экран. Оператор вывода рисуется аналогично оператору ввода. Изобразите параллелограмм и внутри него операции вывода с использованием выходных переменных.

Блок-схема является универсальной формой выражения алгоритма, которая затем может быть переведена на любой язык программирования. Она создается в виде, пригодном для чтения человеком. Это позволяет проверить правильность составления алгоритма вручную.

Инструкция

На конце каждой из линий, соединяющих элементы блок-схемы друг с другом, наносите . Это позволит точнее определить очередность выполнения действий, особенно, если алгоритм является разветвленным.