Языки программирования и их классификация. Алгоритмы (виды, свойства, способы представления)

Язык – это средство общения между людьми, человеком и машиной и между машинами. Языки могут быть естественные и искусственные, или формальные. Естественным языкам присуща неопределенность и неточность. Искусственные языки, предназначенные для записи программ, называют алгоритмическими или языками программирования.
Язык программирования - это формализованный язык описания алгоритмов, используемых для решения различных задач на компьютере.

В процессе становления и развития вычислительной техники возникали и развивались также языки программирования. Некоторые из них затем изменялись, трансформировались, интегрировались с другими, некоторые умирали вовсе. Сейчас у программистов имеется богатый арсенал языков программирования на все случаи программистской жизни: Assembler, Basic, C++, Delphi, Fortran, Java, Pascal, и др. Каждый из перечисленных языков программирования имеет целый ряд модификаций (например, Basic, Q-Basic, Visual Basic и др.), которые по возможностям и свойствам существенно отличаются друг от друга.Языки программирования можно разделить на машинно-зависимые (низкого уровня) и машинно-независимые (высокого уровня).

К языкам низкого уровня относятся: машинные языки, написанные в двоичных кодах в виде нулей и единиц, машинно-ориентированные языки (ассемблеры), написанные в так называемых мнемокодах, заложенных в систему команд конкретного процессора (например, мнемокод сложить записан как ADD, мнемокод очистить как DEL и т.д.).

К языкам высокого уровня относятся: алгоритмические языки - переводят алгоритмы с языка математики на язык программных кодов, процедурно - ориентированные языки позволяют записать программу в виде набора процедур, проблемно-ориентированные языки предназначены для решения определённого класса задач.Программа, написанная на языке высокого уровня, не может непосредственно использоваться на компьютере. Она должна пройти этап трансляции исходного кода, записанного на языке высокого уровня, в объектный код, который затем с помощью редактора связей формирует загрузочный модуль, пригодный для запуска на компьютере. Такой процесс осуществляется, н-р, при написании программы на языке Фортран и называется компилированием.

В других языках высокого уровня (н-р,на Бейсике) трансляция исходного кода в исполняемый происходит последовательно с каждой командой (оператором). Такая трансляция осуществляется программой- интерпретатором. Созданная программа должна пройти проверку на пригодность к использованию с помощью отладчика программ. Он позволяет отслеживать последовательное исполнение программы, выявлять места и виды ошибок в программе, давать комментарии.

Язык Ассемблера - предназначен для представления в удобочитаемой символической форме программ, написанных на машинном языке.
Язык программирования C - разработан в начале 70-х. Сочетает достоинства современных высокоуровневых языков (в части структур данных и управляющих структур) и возможность доступа к аппаратным средствам машины на уровне языка Ассемблера. Однако синтаксис языка таков, что затрудняет программирование и понимание составленных программ.
Язык Basic (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code-многоцелевой язык символических инструкций для начинающих). Разработан в 1964 г. для использования новичками. Первоначально работа велась только в режиме интерактивной (диалоговой) интерпретации. В смысле строгости и стройности является антиподом языкаPascal. Несмотря на это, Basic очень популярен, в особенности на ПК. Существует множество его диалектов, несовместимых между собой. Современные диалекты Basic’а весьма развиты и мало чем напоминают своего предка.
Язык Fortran (Formula Translator) разработан в 1956 г. Считается “рабочей лошадью” научных работников за счет своей “приспособленности” к ведению сложных вычислений и широко используется до настоящего времени, несмотря на свою ограниченность и ”корявость”.
Язык Pascal разработан в 1970 г. Норбертом Винером, назван в честь французского математика Блеза Паскаля. В Паскале полностью реализована концепция структурного программирования не только путем упорядочения связей между фрагментами программы, но и за счет структуризации данных. Один из наиболее популярных языков программирования.
Сейчас уже невозможно представить себе жизнь в мире ПК без Интернета. Язык гипертекстовой разметки- HTML (Hyper Text MarkurLanguage) позволяет создавать программы, с помощью которых можно блуждать по Сети.

Понятие алгоритма – одно из основных понятий математики и вычислитель­ной техники.
Алгоритм – это точное предписание по выполнению некоторого процесса обработки данных, который через разумное конечное число шагов приводит к решению задачи данного типа для любых допустимых вариантов исходных данных. Данные – это информация (числа, факты, характеристики явлений и пр.), представленная в формализованном виде.
Слово «алгоритм» произошло от имени средневекового узбекского математика IX в. Абу Джафара Мохамеда ибн Мусы аль-Хорезми. Он разработал правила выполнения четырех арифметических действий в десятичной системе счисления.
Примерами нечисловых алгоритмов могут быть правила перехода улиц, поиска книг в каталоге библиотеки и пр.

Свойства алгоритма:

Дискретность - процесс решения задачи как последовательное выполнение некоторых простых шагов. Массовость (универсальность). Алгоритм должен быть применим к разным наборам исходных данных. Компактностью алгоритма - его краткость, свойство минимальности инструкций. Детерминированность (определенность) алгоритма – это строгая, конкретность, чтобы в его записи не оставалось место двусмысленности и произвольному толкованию.

Результативность — завершение алгоритма определёнными результатами.

Понятность — алгоритм должен включать только те команды, которые доступны исполнителю и входят в его систему команд.
Каждый алгоритм имеет вход и выход. Вход алгоритма – это совокупность его исходных данных. Множество допустимых значений переменных на входе алгоритма называют областью определения алгоритма. Выход алгоритма – это совокупность результатов его работы.
Алгоритм может быть представлен словесным описанием, графически (в виде схем) и на алгоритмическом языке, в том числе на машинном, аналитически (формулой), табличное (в виде таблице)Словесные описания, даже при наличии формул, могут не дать точной последовательности этапов процесса обработки данных. Словесная форма обычно используется для алгоритмов, ориентированных на исполнителя – человека. По словесному описанию не всегда возможна формализация процесса решения задачи. Наиболее универсальное средство представления алгоритма, пригодное для использования при программировании на любых алгоритмических языках, – это схемы алгоритмов и программ. Схема алгоритма –графическое представление его структуры. Она представляет собою направленный граф, в котором этапы процесса обработки данных изображены в виде определенных геометрических фигур соединенных линиями со стрелками. Схемы пригодны и необходимы для разработки алгоритмов и программ любой сложности.

Сегодня в качестве исполнителей алгоритмов человеку служат многие автоматические устройства и, прежде всего, конечно, компьютер. При этом составление алгоритма должно быть особенно ответственным и тщательным, так как машина не может домысливать и исправлять ошибки. В этом смысле она - идеальный исполнитель. При реализации алгоритма для ЭВМ его шаги становятся операторами, а вся их последовательность - программой. Для исполнителя всегда нужно определить те команды, которые он должен и может выполнять, чтобы совершать действия, предусмотренные алгоритмом. Набор таких команд называется системой команд исполнителя. Таких команд ограниченное число и их не может быть много. Чем меньше команд, тем легче построить техническое устройство в роли их исполнителя. И если исполнителем получена команда, не входящая в его систему команд или неправильно заданная, он должен сообщить об отказе. Т.к. необходимо, чтобы исполнитель получил алгоритм в понятной ему форме, становится важным, каким способом представлен алгоритм.

В любом алгоритмическом языке (языке программирования) можно выделить четыре основные конструкции (виды алгоритмов):линейный алгоритм (образование последовательности из нескольких команд);алгоритм ветвления (выбор одной или нескольких команд);циклический алгоритм (повторение одной или нескольких команд с заданным количеством повторов или в зависимости от некоторого условия);вспомогательный алгоритм (самостоятельный алгоритм, облегчающий реализацию модульного принципа составления программы).

Типы алгоритмов:

Вычислительные (задающие процессы вычислений на ПК);

Диалоговые (алгоритмы ведения диалога с ПК);

Графические (алгоритмы построения графических изображений на дисплеях ПК);

Обработки данных;

Управления роботами, станками и т.д.

Использование комбинаций таких структур позволяет реализовать практически любой алгоритм.

Поиск по сайту: