Алгоритм циклической структуры – это алгоритм, в котором предусмотрено неоднократное выполнение одной и той же последовательности действий. На практике часто встречаются задачи, в которых одно или несколько действий бывает необходимо повторить несколько раз.
Многократное повторение последовательности действий называется циклом, а многократно повторяющиеся действия – телом цикла.
Изучение циклов демонстрирует учащимся главное преимущество компьютера перед человеком – выполнение большого числа действий за короткое время. Ведь даже весьма короткий циклический алгоритм, составить который не так уж долго, при исполнении может потребовать выполнения нескольких сотен действий, с которыми компьютер справится намного быстрее, чем человек.
Учащиеся должны уметь организовать цикл и верно определить тело цикла. Более того, при конструировании алгоритмов важно использовать такую конструкцию цикла, которая окажется оптимальной для решения поставленной задачи.
Существует три формы циклов: цикл с параметром, цикл с предусловием, цикл с постусловием. Каждая форма имеет стандартное описание на языке схем, а также соответствующий оператор алгоритмического языка.
а), б) – циклическая структура “Для каждого”
в) – циклическая структура “Пока”
г) – циклическая структура “До”
I – счетчик числа повторов, C – приращение счетчика, A – начальное значение счетчика, B – конечное значение счетчика, P – тело цикла.
1. Цикл “Для каждого” можно записать в следующем виде:
Для каждого I от A до B с шагом С:
I – счетчик числа повторов, C – приращение счетчика, A – начальное значение счетчика, B – конечное значение счетчика, P – тело цикла.
Турбо-Паскаль
2. Цикл “Пока” можно записать так:
Q – условие. ЭВМ будет выполнять P до тех пор, пока условие Q истинно.
Турбо-Паскаль
3. Цикл “До” записывается следующим образом:
Турбо-Паскаль
Тело цикла P выполняется до тех пор, пока условие Q ложно.
Одним из самых распространенных в практике вычислений алгоритмом циклической структуры является алгоритм вычислений некоторой функции y=f(x) для значений x, которые меняются от начального значения x0 до конечного xk с шагом h.
Исходными данными алгоритма являются значения: x0, xk, h. Необходимо вычисления по формуле y=f(x) повторять (xk-x0)/h+1 раз, т. е. при построении алгоритма организовать цикл. Параметром цикла выберем переменную x.
Схема алгоритма решения этой задачи на рис. 2. В схеме блок 3 присваивает начальное значение параметру цикла x, блок 6 осуществляет изменение на h параметра x при каждом выполнении цикла, блок 7 управляет циклом, для чего проверяется условие повторения цикла x 3.02.2005
Источник
Блок-схема циклического алгоритма
Часто при решении задач приходится повторять выполнение операций по одним и тем же зависимостям при различных значениях входящих в них переменных и производить многократный проход по одним и тем же участкам алгоритма. Такие участки называются циклами. Алгоритмы, содержащие циклы, называется циклическими. Использование циклов существенно сокращает объем алгоритма.
Различают циклы с наперед известным и наперед неизвестным количеством проходов.
Пример 1. Рассмотрим пример алгоритма с циклом, имеющим наперед неизвестное количество проходов. Для этого решим следующую задачу. Указать наименьшее количество членов ряда натуральных чисел 1, 2, 3, …, сумма которых больше числа К.
Блок-схема алгоритма решения этой задачи приведена на рисунке 1. Она состоит из восьми блоков.
После начала работы в блоке 2 вводится значение числа К. Далее в блоке 3 переменная i получает значение 1, т. е. значение, с которого начнется отсчет натуральных чисел. Переменная S, предназначенная для накопления сумма этих чисел, перед началом суммирования получает значение 0. После этого управление передается блоку 5.
В нем при выполнении команды S = S + i производится сложение содержимого ячеек S и i, а результат записывается в ячейку S. Поскольку до операции сложения было S = 0, i = 1, то после операции будет S = 1. При записи нового значения старое содержимое ячейки S (нуль) стирается, а на его место записывается число 1.
Нужно обратить внимание на то, что если бы до этой операции в блоке 3 не была выполнена команда S = 0 (записать нуль в ячейку S ), то при нахождении суммы S + 1 возникла бы ошибка, поскольку из ячейки S была бы извлечена константа, которая оказалась там после распределения памяти.
После суммирования первого члена последовательности в блоке 6 выполняется проверка условия о превышении суммы S заданного числа К.
Если условие 6 не выполнится, то производится переход к блоку 4, где при выполнении операции значение переменной увеличивается на 1 и становится равным 2. Теперь алгоритм вновь вернется к блоку 5 и к старому значении суммы добавит новый член 2. После этого сумма станет равной 3. В блоке б вновь проверяется условие получения требуемой суммы и т. д. Цепочка блоков 5-4 будет обрабатываться вновь и вновь до того момента, когда однажды при определенном значении переменной i, наконец, выполнится условие S > К, т. е. когда накапливаемая в таком цикле сумма впервые превысит заданное значение К. Переменная i, значение которой при очередном проходе цепочки этих блоков увеличивается на 1, играет роль счетчика этого цикла.
Далее производится переход к блоку 7, где отпечатается значение количества членов ряда (извлечено и отпечатано число из ячейки i, которое там хранится в момент выполнения условия), суммы S и в блоке 8 алгоритм закончит работу.
Пример 2. Теперь приведем пример алгоритма, содержащего цикл с наперед известным количеством проходов (повторений). Алгоритм решает задачу накопления суммы положительных элементов одномерного массива Z длины N ( под длиной массива понимается количество его элементов ). Блок-схема алгоритма дана на рисунке 2.
Вначале в блоке 2 производится ввод двух переменных N и Z. Первая из них представляет одну ячейку. В нее записывается одна константа – число, равное количеству элементов массива Z. Именно такое количество ячеек объединяет другая переменная – Z.
Следует подчеркнуть, что если бы ввод этих переменных в блоке 2 производился в противоположном порядке, то это привело бы к ошибке. Действительно, невозможно заполнить N ячеек массива Z, когда самое N еще не известно (оно будет введено позже Z). Далее в блоке 3 переменной S присвоено начальное значение 0. Это сделано для того, чтобы приготовить ячейку к дальнейшему накоплению необходимой суммы.
Блоки 4-6 представляет собой сам цикл, в котором накапливается сумма.
Для того чтобы понять, как функционирует не только этот, а и любой другой цикл, обратимся к рисункам 3 и 4. На них показана общая структура цикла и его важнейшие параметры.
Как видно из рисунка 3, цикл состоит из заголовка и тела. Всякий цикл обязательно имеет свой счетчик.
На рисунке 4, где показана структура и параметры заголовка цикла, роль такого счетчика выполняет переменная i.
Внутри заголовка после счетчика и символа «=» через запятую указывает начальное и конечное значения счетчика и шаг его изменения (на рисунке 4 их роль выполняют переменные j, k, l соответственно). Если значение шага l = l, то его можно не указывать.
Сначала производится вход в цикл. После этого начинается его выполнение.
Внутри заголовка счетчику первоначально присваивается значение i = j. Затем выполняется блоки, образующие тело цикла. Обработка блоков внутри цикла производится по часовой стрелке. В результате после первого выполнения тела цикла управление вновь передается заголовку. Здесь к текущему значению счетчика добавится шаг. Теперь, если новое значение счетчика не вышло за свои пределы (т. е. не стало больше своего конечного значения при положительном шаге или меньше конечного значения – при отрицательном шаге), то снова выполняется тело цикла, вновь после возврата к заголовку к счетчику добавляется шаг. Так цикл будет выполняться до тех пор, пока значение счетчика однажды не выйдет за предписанный предел. Как только такой предел будет преодолен, произойдет выход из цикла и управление будет передано блоку, который следует сразу за циклом.
Вернемся к блок-схеме рис. 2. Заголовок ее цикла представлен блоком 4. Роль счетчика цикла играет переменная i, которая должна в цикле изменяться от 1 до N. Поскольку шаг явно не указан, то по умолчанию он подразумевается равным 1. Тело цикла образуют блоки 5 и 6.
Сразу после входа в цикл переменная i примет начальное значение i = 1. Далее в блоке 5 выполняется проверка положительности первого элемента массива Z (т. к. i = 1). Если этот элемент действительно положителен, то в блоке б он будет добавлен к переменной S, после чего выполняется возврат к заголовку цикла. Если этот элемент не положителен (т. е. нуль или отрицательный), то будет выполнен переход сразу к заголовку цикла, минуя блок суммирования 6.
На втором круге цикла счетчик i в заголовке увеличится на 1 и станет равным 2. Теперь, при новом выполнении тела цикла, в блоке 5 проверяется на положительность второй элемент массива Z и, если он положителен, то добавляется в сумму и т. д. Последний раз тело цикла выполнится при i = N. При этом значении счетчика проверяется последний элемент массива. Наконец, в заголовке цикла i примет значение N+1. Это значение выходит за предписанный предел, следовательно, произойдет выход из цикла и управление перейдет блоку 7. В этом блоке выводится накопленная сумма и алгоритм закончит работу.
Источник
Циклические алгоритмы
Презентация к уроку
Цель: изучение алгоритмической структуры циклы, создание моделей и алгоритмов для решения практических задач.
Ход урока
I. Актуализация знаний
- Повторить понятие алгоритма, основные конструкции алгоритмического языка.
- Уметь разрабатывать математическую модель, алгоритм и блок схему решения задачи.
- Иметь понятие о языках программирования и их назначении.
- Уметь работать в среде программирования.
- Знать структуры программы.
- Уметь записывать выражения, содержащие числовые и символьные величины.
- Знать структуры операторов и особенности их работы.
- Уметь применять операторы при написании программ с линейными и ветвящимися структурами.
- Уметь на компьютере создавать и запускать программы на отладку.
II. Теоретический материал урока
Большинство практических задач требует многократного повторения одних и тех же действий, т. е. повторного использования одного или нескольких операторов. (Презентация)
Пусть требуется ввести и обработать последовательность чисел. Если чисел всего пять, можно составить линейный алгоритм. Если их тысяча, записать линейный алгоритм можно, но очень утомительно и нерационально. Если количество чисел к моменту разработки алгоритма неизвестно, то линейный алгоритм принципиально невозможен.
Другой пример. Чтобы найти фамилию человека в списке, надо проверить первую фамилию списка, затем вторую, третью и т.д. до тех пор, пока не будет найдена нужная или не будет достигнут конец списка. Преодолеть подобные трудности можно с помощью циклов.
Циклом называется многократно исполняемый участок алгоритма (программы). Соответственно циклический алгоритм — это алгоритм, содержащий циклы.
Различают два типа циклов: с известным числом повторений и с неизвестным числом повторений. При этом в обоих случаях имеется в виду число повторений на стадии разработки алгоритма.
Существует 3 типа циклических структур:
- Цикл с предусловием;
- Цикл с послеусловием;
- Цикл с параметром;
Иначе данные структуры называют циклами типа «Пока», «До», «Для».
Графическая форма записи данных алгоритмических структур:
Цикл с предусловием (иначе цикл пока) имеет вид:
| FOR I=A TO B [ STEP C ] | FOR I:=A B DO |
| P | P; |
| NEXT I | |
| WHILE | WHILE DO |
| P | |
| DO | REPEAT |
| P | P; |
| LOOP UNTIL Q | INTIL ; |
| Форматы записи операторов алгоритма | Блок-схема | Форматы записи операторов на Паскале |
| Пока (условие) нц серия команд кц |
 |
while условие do begin серия команд;
end; |
условие – выражение логического типа.
Цикл может не выполняться ни разу, если значение логического выражения сразу же оказывается ложь.
Серия команд, находящихся между begin и end, выполняются до тех пор, пока условие истинно.
Для того чтобы цикл завершился, необходимо, чтобы последовательность инструкций между BEGIN и END изменяла значение переменных, входящих в условие.
Цикл с постусловием (иначе цикл до) имеет вид:
| Форматы записи операторов алгоритма | Блок-схема | Форматы записи операторов на Паскале |
| В алгоритмическом языке нет команды которая могла бы описать данную структуру, но ее можно выразить с помощью других команд (Например, ветвления). |  |
repeat серия команд until условие |
условие – выражение логического типа.
Последовательность инструкций между repeat и until всегда будет выполнено хотя бы один раз;
Для того чтобы цикл завершился, необходимо, чтобы последовательность операторов между repeat и until изменяла значения переменных, входящих в выражение условие.
Инструкция repeat, как и инструкция while, используется в программе, если надо провести некоторые повторяющиеся вычисления (цикл), однако число повторов заранее не известно и определяется самим ходом вычисления.
Цикл с параметром (иначе цикл для) имеет вид:
| Форматы записи операторов алгоритма | Блок-схема | Форматы записи операторов на Паскале |
| Для i от а до b шаг h делай
Нц Серия команд кц |
 |
h = +1 for i:= a to b do begin серия команд end;
end; |
i – параметр цикла; a – начальное значение цикла; b – конечное значение цикла;
h – шаг изменения параметра.