Sposoby opisu algorytmów

Znamy już ogólną definicję algorytmu. Zanim jednak przejdziemy dalej, omówmy różne sposoby zapisu algorytmów. Istnieje wiele metod, ale skoncentrujemy się na trzech z nich: pseudokodzie, schemacie blokowym i implementacji. Niemniej jednak, warto również poznać pozostałe.

Info

Algorytm omówiony na tej stronie ma charakter czysto ilustracyjny i ma na celu ukazanie różnic pomiędzy różnymi sposobami zapisu algorytmu. Jeśli coś wydaje się niejasne, nie przejmuj się - wszystko zostanie wyjaśnione w kolejnych tematach.

Kluczowym elementem każdego algorytmu, jak wcześniej zaznaczyliśmy, jest specyfikacja. Skorzystamy z przykładowej specyfikacji, dla której pokażemy, jak ten sam algorytm wygląda w różnych formach zapisu.

Specyfikacja

Dane

• \(n\) - liczba naturalna

Wynik

• Liczba wszystkich dzielników \(n\)

Opis słowny

Najmniej formalny ze wszystkich przedstawionych tutaj sposobów opisu algorytmów. Jak nazwa wskazuje, opisujemy algorytm za pomocą naszych własnych słów, nie trzymając się żadnego konkretnego formalizmu. Ze względu na to, ten typ opisu może być pomocny przy burzy mózgów i wspólnego rozwiązywania problemu, ale nie będzie wystarczający, jeżeli chcemy przejść do implementacji. Wadą tego podejścia może być również brak jednoznaczności.

Przykład

Przejdź po kolejnych liczbach od \(1\) do \(n\) (\(1,2,3,4,...\)). W trakcie przechodzenia przez kolejne liczby, zliczaj, przez ile z nich \(n\) jest podzielne. To będzie wynik algorytmu.

Lista kroków

To bardziej uporządkowany sposób zapisu w porównaniu do opisu słownego, ale wciąż brak mu formalności, która zazwyczaj jest potrzebna. Możemy to postrzegać jako podzielenie opisu słownego na poszczególne kroki. W zależności od podejścia, lista kroków może być bardzo podobna do pseudokodu.

Przykład

1. Zapamiętaj wynik równy 0.
2. Dla kolejnych liczb od 1 do n, wykonuj:
    3. Jeżeli n jest podzielne przez sprawdzaną liczbę, to:
        4. Zwiększ wynik o 1.
5. Wypisz wynik.

Pseudokod

Pseudokod jest czymś pomiędzy listą kroków a kodem w wybranym języku programowania. Jak nazwa wskazuje, jest to pseudo kod. Mamy więc tutaj do czynienia z zapisem bardziej formalnym, niż lista kroków, ale nadal podlegającym pewnym umownym zapisom i regułom. Brakuje jednak jednego uzgodnionego formalizmu, można więc spotkać się z wieloma różnymi podejściami do zapisu pseudokodu.

Przykład

1. wynik := 0
2. Od i := 1 do n, wykonuj:
    3. Jeżeli n mod i = 0, to:
        4. wynik := wynik + 1
5. Wypisz wynik

Schemat blokowy

Schemat blokowy to jeden z najbardziej formalnych i jednoznacznych sposobów zapisu algorytmów. Jak nazwa wskazuje, mamy tutaj do czynienia z blokami, które łączymy ze sobą za pomocą strzałek, oznaczających kolejność wykonywania operacji. Każdy blok ma swój własny typ i przeznaczenie, które są zdefiniowane przez jego kształt. W podstawowym zapisie wyróżniamy następujące bloki:

Blok startowy

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    K1([START])

Od niego wszystko się zaczyna. Jego rolą jest określenie początku programu.

Blok końcowy - terminator

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    K1([STOP])

Określa zakończenie obliczeń.

Blok wejścia

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    K1[/Cztaj n/]

Tutaj wczytujemy dane wejściowe. Ponieważ blok wejścia i wyjścia mają taki sam kształt, dla czytelności dodajemy informację o tym, że wczytujemy dane, zazwyczaj w formie skrótu, np.: wej, czyt, in.

Blok wyjścia

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    K1[/Wypisz wynik/]

Tutaj wypisujemy komunikaty i wartości, albo też zwracamy wynik obliczeń. Podobnie jak w przypadku bloku wejściowego dodajemy skrót określający rodzaj operacji, np.: wyj, wyp, out.

Blok obliczeń

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    K1[i := i + 1]

W tym bloku dokonujemy wszelkich obliczeń, a także inicjalizacji i przypisania wartości do zmiennych.

Blok instrukcji warunkowej

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    K1{i < n}

Jedyny blok, z którego wychodzą dwie strzałki, zazwyczaj na lewo i prawo. Do tych strzałek dodajemy zazwyczaj napisy typu "Tak"/"Nie", "Prawda"/"Fałsz", albo "True"/"False" określające, w którym kierunku obliczenia programu powinny dalej podążać w zależności od tego, czy warunek jest spełniony czy też nie.

Przykład

%%{init: {"flowchart": {"curve": "linear"}, "theme": "neutral"} }%%
flowchart TD
    START(["START"]) --> K0["wynik := 0
    i := 1"]
    K0 --> K1{i <= n}
    K1 -- PRAWDA --> K2{n mod i = 0}
    K2 -- PRAWDA --> K3[wynik := wynik + 1]
    K3 --> K1i[i := i + 1]
    K2 -- FAŁSZ --> K1i
    K1i --> K1
    K1 -- FAŁSZ ---> K5[/Wypisz wynik/]
    K5 --> STOP([STOP])

Kod w języku programowania

Najbardziej formalnym i dokładnym opisem algorytmu jest jego implementacja w wybranym języku programowania.

Przykład

C++

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int n, wynik;

    cin >> n;

    wynik = 0;

    for(int i = 1; i <= n; i++) {
        if (n % i == 0) {
            wynik += 1;
        }
    }

    cout << wynik << endl;

    return 0;
}

Przykład - C++

Python

n = int(input())

wynik = 0

for i in range(1, n + 1):
    if n % i == 0:
        wynik += 1

print(wynik)

Przykład - Python

Pascal

program dzielniki;
var n, wynik, i: integer;
begin
    read(n);

    wynik := 0;

    for i:=1 to n do begin
        if n mod i = 0 then begin
            wynik := wynik + 1;
        end;
    end;

    writeln(wynik);
end.

Przykład - Pascal