Основные элементы блок-схемы. Типы блок-схем.

Описание алгоритма с помощью блок схем осуществляется рисованием последовательности геометрических фигур, каждая из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками. Написание алгоритмов с помощью блок-схем регламентируется ГОСТом. Внешний вид основных блоков, применяемых при написании блок схем, приведен на рисунке.

Представление алгоритма программы в виде блок-схемы имеет два недостатка:

· предполагает слишком низкий уровень детализации, что часто скрыва­ет суть сложных алгоритмов

· и позволяет использовать неструктурные способы передачи управления (goto), причем часто на схеме алгоритма они выглядят проще, чем эквивалентные структурные.

Кроме схем, для описания алгоритмов можно использовать псевдокоды , Flow-формы и диаграммы Насси-Шнейдермана . Все перечисленные способы с одной стороны базируются на тех же основных структурах, а с другой стороны, допускают разные уровни детализации.

Каждый символ Flow-формы соответствует управляющей структу­ре и изображается в виде прямоугольника. Для демонстрации вложенности структур символ Flow-формы вписывается в соответствующую область прямоугольника любого другого символа. Символы Flow-форм, соответствую­щие основным и дополнительным управляющим конструкциям, приведены на рисунке А1.

<Действие>

а)

б)

в)

г)

д)

Рисунок А2 - Условные обозначения диаграмм Насси-Шнейдермана для основных конструкций:

а - следование; б - ветвление; в - выбор; г - цикл-пока; д - цикл-до

Основное отличие диаграмм Насси-Шнейдермана от Flow-форм заключается в том, что область обозначения условий и вариантов ветвления изображают в виде треугольников (рисунок А2). Такое обозначение обеспечивает большую наглядность представления алгоритма.

Общим недостатком Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана являет­ся сложность построения изображений символов, что усложняет практическое применение этих нотаций для описания больших алгоритмов.

В отличие от блок-схем псевдокоды не ограничивают степень детализации операций, но, не являясь графическими, хуже отображают их вложенность.

Описать неструктурный алгоритм с помощью псевдокодов, Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана невозможно, т. к. для неструктурной передачи управления в них отсут­ствуют условные обозначения. Их использование изначально ориентирует проектировщика толь­ко на структурные способы передачи управления, а потому требует тщательного анализа алгоритма.

В зависимости от последовательности выполнения действий в алгоритме выделяют алгоритмы:

· линейной,

· разветвленной

· и циклической структуры.

В алгоритмах линейной структуры действия выполняются последовательно одно за другим.

В алгоритмах разветвленной структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия производятся различные последовательности действий. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

В алгоритмах циклической структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цикла. Вложенным называется цикл, находящийся внутри тела другого цикла. Различают циклы с предусловием и постусловием:

Итерационным называется цикл, число повторений которого не задается, а определяется в ходе выполнения цикла. В этом случае одно повторение цикла называется итерацией.

Итак: При всем многообразии алгоритмов решения задач в них можно выделить три основных вида вычислительных процессов:

· линейный ,

· разветвленный

· и циклический ,

для реализации которых в программах используют соответствующие базовые управляющие конструкции:

· следование ,

· ветвление ,

· цикл-пока.

Помимо базовых, процедурные языки программирования высокого уровня используют еще три конструкции (структуры), которые легко реализуются через базовые:

· выбор ,

· цикл-до ,

· цикл с заданным числом повторений .

Перечисленные шесть конструкций были положены в основу структур­ного программирования . Слово «структурное» в названии подчеркивает тот факт, что при программировании использованы только перечисленные конструкции. Отсюда и понятие «программирование без go to». Программы, написанные с использованием только структурных операторов передачи управления, называют структурными, чтобы подчеркнуть их отличие от программ, при реализации которых исполь­зовались низкоуровневые способы передачи управления.

Разработанный алгоритм реализуется в виде программных кодов (программы ) на одном из языков программирования.

Зачастую, чтобы лучше понять задачу и быстрее ее реализовать, используют различные схемы, таблицы и диаграммы. В нашей подборке 6 сервисов для работы с ними.

Чтобы упростить процесс объяснения и разработки очень удобно использовать блок-схемы. Блок-схема – один из типов схем, который позволяет описать алгоритмы или процессы. Они часто используются для работы со сложными задачами, состоящими из множества пунктов. Мы сделали подборку из 6 инструментов, которые помогут вам создать такие схемы. Для работы с большинством из них оплата не потребуется.

6 инструментов для работы с блок-схемами:

draw.io

Этот сервис позволит создавать не только блок-схемы, но и UML, диаграммы сущность-связь, сетевые диаграммы, электрические схемы, каркасные схемы и модели. Интуитивный интерфейс и большая библиотека элементов позволят работать легко и комфортно. Важно также и то, что над одним проектом могут работать сразу несколько человек. Результат можно сохранить в форматах PNG/JPG/XML/SVG/PDF. Имеется интеграция с Google Drive.

gliffy.com

Gliffy предоставляет схожий набор инструментов и возможностей: большая библиотека элементов, удобный интерфейс, возможность коллективной работы, интеграция с Google Drive, работа с документами Visio, готовые цветовые темы для проектов.

gomockingbird.com

Программа имеет простой и понятный UI, работает в браузере, есть возможность работы в команде. Также, добавив ссылки, можно объединять несколько проектов в один.

lucidchart.com

Онлайн-сервис, который облегчит создание скетчей и диаграмм. Совместим с G Suite и документами Microsoft Visio. После окончания работы можно экспортировать файл в различных форматах, либо отправить на публикацию.

Balsamiq mockups

Программа позволяет создавать мокапы, диаграммы, различные схемы. Имеется обширная библиотека элементов, с помощью которых можно создать любой проект. Приложение требует установки на компьютер, к тому же платное, однако можно воспользоваться пробным периодом web-версии.

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.

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.

Словесное описание алгоритма	Запись алгоритма на языке блок-схем
Начало алгоритма. Подготовка цикла: S:=0; i=1; n= 100; Проверка условия. Если i <=n , то перейти к шагу 4, иначе к шагу 6. Накопление суммы: S:=S+i; Вычисление следующего значения параметра цикла: i:=i+1; Вывод информации: сумма натуральных чисел – S. Конец алгоритма.	В схеме алгоритма решения задачи цифрами указаны номера элементов алгоритма. Номера элементов соответствуют номерам шагов словесного описания алгоритма.

Блок-схема в Word. Студенту или инженеру часто приходится создавать, различны схемы из блоков со стрелками и надписями. У кого–то есть специальная программа для этого, а некоторые умеют создавать такие схемы в Word. Если блоки на диаграмме должны быть соединены стрелками или предполагается «наращивание» диаграммы новыми блоками, то вместо таблиц лучше использовать вариант создания схемы как графического объекта. Встроенные средства рисования программы Word позволяют создать сколь угодно сложную схему. При этом текстовое содержание располагается не в основном документе, а в специальных графических вставках – надписях.

Давайте и мы попробуем сделать такую схему.

Блок-схема в Word 2003

Нажмите на панели Рисование фигуру Прямоугольник . Должна появиться вот такая рамка (без надписей). В ней мы и будем создавать свою блок-схему.

Совет

Панель инструментов Рисование обычно располагается в нижней части окна программы. Если у вас нет внизу панели рисования, то зайдите в меню Вид – Панели инструментов , и установите галочку на Рисование.

Нажмите кнопку Автофигуры на панели Рисование , выберите команду Блок-схема , а затем щелкните нужную фигуру.

Потом щелкните в поле рамки в том месте, где хотите расположить эту фигуру.

Если она встала не там, где вам хотелось, то перетащите её мышкой.

Выберите и расположите таким же образом остальные фигуры вашей будущей схемы.

Вы можете эти фигуры перетаскивать и изменять их размеры.

Теперь добавим надписи к нашим фигурам. Для этого на панели инструментов Рисование и щелкаем по значку Надпись .

Потом щелкаем на той фигуре, в которую хотим вставить эту надпись. Появится маленькая рамочка с мигающим курсором внутри.

Пишем название нашего блока. Надпись внутри этого поля можно форматировать, как простой текст в документе. Поле для надписи также можно перетаскивать и изменять его размер. Блоки с надписями можно копировать и вставлять в другие блоки.

По умолчанию надпись заключается в прямоугольную рамку. Если же нужно наложить надпись на фигуру другого вида, эту рамку следует удалить. Для этого надо щелкнуть на рамке с надписью правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню пункт Формат надписи.

В раскрывшемся диалоговом окне открыть вкладку Цвета и линии . В группе линии Цвет . Выбрать вариант Нет линий .

Совет

Ещё проще вставлять текст другим способом. Щелкните правой кнопкой мыши по блоку, в который необходимо вставить текст, и в выпадающем меню выберите пункт Добавить текст .

Для красоты фигуры можно раскрасить разными цветами. Для этого выделите щелчком мыши необходимую фигуру и щелкните на панели Рисование иконку Цвет заливки и в раскрывшейся палитре выберите понравившийся вам цвет.

Таким же образом можно залить и блоки с надписями, чтобы они были не белыми, а цветными или одного цвета с блоком схемы.

Теперь добавим к нашей схеме стрелки.

Стрелки на диаграмме рисуют с помощью инструмента Стрелка. Их свойства могут быть изменены так же, как и свойства надписи. При этом можно управлять толщиной стрелки, видом линии, формой конца стрелки и т.д.

Щелкаем по кнопке Автофигуры – Фигурные стрелки , и выбираем стрелку. Потом переходим на поле нашей блок-схемы и щелкаем мышкой там, где необходимо вставить стрелку. Можете её залить каким-нибудь цветом.