Methods_AP_PZ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Електронне видання

Програмування – 1. Алгоритмічне програмування

Методичні вказівки до виконання практичних занять Для студентів напряму підготовки

6.050201 «Системна інженерія» кафедри автоматики та управління в технічних системах

денної форми навчання

Рекомендовано Вченою радою факультету

інформатики та обчислювальної техніки НТУУ «КПІ» Протокол №__ від «__»___20__ р.

Київ НТУУ «КПІ»

2012

Програмування – 1. Алгоритмічне програмування. Методичні вказівки до виконання практичних занять. [Електронне видання] / Уклад.: Я.Ю.

Дорогий, О.М. Борцова. – К.: НТУУ «КПІ», 2012. – 76 с.

Методичні вказівки призначені для студентів напряму підготовки

6.050201 «Системна інженерія» кафедри автоматики та управління в технічних системах денної форми навчання. В посібнику наведена тематика практичних робіт, теоретичні відомості, завдання для виконання робіт,

список літератури.

За редакцією укладачів

2

4

ВСТУП

Методичні вказівки до виконання практичних робіт використовуються при вивченні кредитного модуля «Програмування – 1. Алгоритмічне програмування» студентами всіх форм навчання і включають додаткові практичні завдання, що стосуються саме алгоритмізації, а також вимоги до оформлення цих робіт.

5

1 Мета та завдання дисципліни

Навчальна дисципліна МПН 05 «Програмування» (ПРОГ-1. АП)

відноситься до циклу математичної природничо-наукової підготовки нормативної частини навчальної програми бакалавра напряму підготовки

6.050201 «Системна інженерія».

Основна мета дисципліни – придбання знань, навичок і умінь застосування методів і засобів сучасного програмування для подальшого використання в задачах дослідження і формалізації об'єктів управління в автоматичних та/або автоматизованих системах управління технічними об'єктами, аналізу і синтезу цих систем, а також організації робочого місця інженера (конструювання, проектування, менеджмент і маркетинг систем автоматичного (автоматизованого) управління в технічних системах).

Курс «Програмування – 1. Алгоритмічне програмування» забезпечує засвоєння студентами наступних дисциплін бакалаврату:

–ПП 15 «Математичне програмування та дослідження операцій».

–ПП 20 «Основи теорії інформаційних процесів»;

–ПП 17 «Цифрова обробка сигналів та зображень»;

–ПП 26 «Комп’ютерна криптографія»;

–ПП 04 «Операційні системи»;

–ПП 06 «Архітектура комп’ютерних систем»;

–ПП 07 «Комп’ютерні мережі»;

–ПП 08 «Системи управління базами даних»;

–ПП 09 «Теорія систем та системний аналіз».

Цей курс забезпечує засвоєння студентами наступних дисциплін

спеціальності та спеціалізації:

–«Методи створення інформаційно-телекомунікаційних систем та мереж»;

–«Проектування комп’ютеризованих систем управління»;

–«Управління інформаційно-телекомунікаційними системами»;

–«Інтегровані корпоративні інформаційно-управляючі системи»;

6

– «Технології штучного інтелекту в управлінні».

Цей курс також забезпечує засвоєння студентами таких дисциплін

магістерської підготовки:

–«Методи створення інформаційно-телекомунікаційних систем та мереж»;

–«Проектування комп'ютеризованих систем управління»;

–«Сучасні технології створення програмних систем»;

–«Сучасні технології програмування».

Для засвоєння дисципліни необхідні знання математики на рівні основної школи, основ програмування, алгоритмічних мов в обсязі,

передбаченому програмою випускних класів школи.

В результаті вивчення дисципліни студенти повинні

ЗНАТИ:

–роль та місце ПРОГ1 в задачах управління технічними системами;

–основні етапи розробки програм;

–мови представлення алгоритмів;

–методи проектування програм;

–основні елементи мови;

–структуру програм;

–основи об’єктно-орієнтованого аналізу.

ВМІТИ:

–вибирати та застосовувати адекватні та ефективні алгоритми та програмні продукти;

–розробляти власні програми з використанням процедурної парадигми;

–розробляти власні програми з використанням об’єктної парадигми;

–виконувати об’єктно-орієнтований аналіз;

–виконувати декомпозицію систем;

–супроводжувати свої та куповані програмні продукти.

7

2 Практичні роботи Практична робота № 1

Структурне програмування. Розробка та аналіз алгоритмів

1.1 Теоретичні відомості

Структурне програмування зверху вниз (СПЗВ) – це така методологія проектування програм, яка передбачає вирішення завдання від загального до конкретного з використанням тільки типових (композиції, вибору і циклу)

елементарних структурних елементів алгоритму. Іншими словами, в СПЗВ твердження "зверху вниз" припускає послідовну декомпозицію задачі на все більш дрібні смислові частини модулів, блоків, кроків і т.д. до тих пір, поки досягнутий ступінь деталізації рішення забезпечить для кожного окремого кроку очевидність і однозначність, з одного боку, призначення, структуру та логіку роботи цього кроку і, з іншого боку, способу кодування

(програмування) цього кроку на вибраній або заданій алгоритмічній мові.

Сенс першого твердження "структурне програмування" в СПЗВ відображає правило "один вхід один вихід", що вимагає щоб в будь-якому модулі, блоці або кроці алгоритму і у всьому алгоритмі в цілому зберігався природний порядок виконання команд і операторів.

В рамках СПЗВ розроблено дві схеми підготовки завдання до вирішення на ЕОМ: узагальнена і скорочена.

Узагальнена схема підготовки завдання до рішення:

1.Постановка завдання.

2.Розробка логіко-математичної моделі.

3.Вибір методу обчислення.

4.Розробка алгоритмів.

5.Перевірка правильності та оцінки ефективності алгоритмів.

6.Кодування алгоритмів і перевірка правильності програми.

7.Складання документації.

8.Підготовка вихідних даних.

8

9.Оформлення завдання або підготовка ЕОМ до виконання програми.

10.Супровід програми.

11.Змістовна інтерпретація отриманих результатів.

Структурне програмування - це метод програмування, що передбачає створення зрозумілих, простих та зручних для прочитання програмних модулів та програмних комплексів на мовах програмування.

Для кодування програмних модулів використовуються уніфіковані

(базові) структури. Доведено, что будь-яка программа може бути написана з використанням лише трьох канонічних структур (лінійна, розгалужена,

циклічна).

Технології структурного програмування зверху вниз:

1)структурований алгоритм складається з двох логічних частин:

шапки, тобто керуючого модуля (диспетчера, збирача), що підтримує інтерфейс з користувачем і викликає (включає) в

роботу інші (виконувані) модулі;

виконуваних модулів, що вирішують окремі задачі, підзадачі і т.д. у відповідності з призначенням і логікою роботи даного алгоритму;

2)у структурованому алгоритм модуль будь-якої складності і призначення, в тому числі керуючий має тільки один вхід і тільки один вихід;

3)у структурованому алгоритмі будь-який модуль, в тому числі і керуючий має структуру відповідно 1) і 2) і розробляється зверху вниз,

тобто від загального до приватного шляхом декомпозиції (розбиття)

загальної задачі на приватні задачі, підзадачі і т. д.; 4) у структурованому алгоритм будь-якої його модуль повинен бути

правильним, доступним для огляду і зрозумілим.

Приклад 1.1. Потрібно обчислити A0 + A1 * X + A2 * X2+ A3 * X3.

Рішення.

9

1) рішення "в лоб" – це безпосереднє програмування полінома A0 + A1 * X + A2 * X2 + A3 * X3, яке, однак, ігнорує питання систематичних

(логарифмування і потенціювання при обчисленні степенів) та операційних помилок і помилок округлення, а також трудомісткість алгоритму (по 3

операції додавання і множення і 2 операції піднесення до степеня). Крім того,

це рішення не універсальна і не придатне для обчислення полінома,

наприклад, 2-й або 5-го ступеня;

2) варіант програмування A0 + A1 * X + A2 * X * X + A3 * X * X * X

усуває систематичні, але не мінімізуються операційні помилки і помилки округлення (6 операцій множення та 3 операції додавання). Крім того,

проблема універсальності алгоритму як і раніше не вирішується;

3) рішення по схемі Горнера x (x (ax + b) + c) + d мінімізує помилки і трудомісткість (по 3 операції додавання і множення), виключає операції піднесення до степеня і забезпечує універсальність алгоритму.

1.2 Завдання на практичну роботу

Порахувати та вивести на екран у вигляді таблиці значення функції,

заданої за допомогою ряду Тейлора на інтервалі від хпоч до хкін з кроком dx=0.1 з точністю =0.001 згідно свого варіанту (таблиця 1.1).

Таблиця 1.1 – Варіанти завдань

10