Часть 3.Алгоритмизация и программирование. Языки программирования высокого уровня.Технологии программирования.Определение:Алгоритм - точный набор инструкций или команд, описывающих порядок действий исполнителя для решения поставленной задачи за конечное время.Замечание:Некоторые действия алгоритма должны быть выполнены последовательно, некоторые могут быть и независимыми и выполняться одновременно (параллельно).Комментарий.Слово «алгоритм» образовано от имени персидского учёного аль-Хорезми (al-Khwarazmi).Ранее часто писали «алгорифм», сейчас такое написание используется редко.Часто в качестве исполнителя выступает некоторый механизм (компьютер, токарный станок, швейная машина), но понятие алгоритма необязательно относится к компьютерным программам, так, например, чётко описанный рецепт приготовления блюда также является алгоритмом, в таком случае исполнителем является человек.Свойства алгоритмов, требования к алгоритмам:Дискретность - процесс решения задачи является последовательным выполнением простых шагов за конечный отрезок времени.Детерминированность - в каждый момент времени следующий шаг однозначно определяется состоянием системы. Т.е. алгоритм выдаёт один и тот же результат для одних и тех же исходных данных.Понятность - алгоритм содержит команды, понятные исполнителю (которые входят в его систему команд).Конечность – для корректных исходных данных алгоритм должен успешно завершать работу за конечное число шагов.Массовость - алгоритм должен быть применим к разным наборам исходных данных.Результативность – работа алгоритма должна завершаться определёнными результатами.Определение:Алгоритмизация – процесс построения алгоритма.Определение:Программирование - процесс создания программного обеспечения с помощью языков программирования.Комментарий.Программирование сочетает в себе элементы искусства, фундаментальных наук (это прежде всего информатика и математика), инженерии, спорта и ремесла.Замечание:Программирование следует отличать от ремесла кодирования программыПрограммирование включает в себя:Анализ поставленной задачи.Проектирование/разработку комплекса алгоритмов.Кодирование – реализация алгоритмов - написание исходного текста программы на языке программирования (исходников).Компиляцию - преобразование исходников в исполнимый код с помощью компилятора.Тестирование и отладку - выявление и устранение ошибок в программах.Испытания и сдачу программ.Сопровождение программ.Определение:Язык программирования - система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под ее управлением.Комментарий.На сегодняшний день известно более 8500 языков программирования.Языки программирования делятся на:компилируемыеинтерпретируемыенизкоуровневыевысокоуровневыеОпределение:Компилятор это специальная программа, которая переводит исходный текст программы с языка программирования высокого уровня в двоичные коды инструкций процессора, которые записываются в отдельный исполнимый файл (например exe-файл). Этот файл может быть запущен как отдельная программа.Определение:Интерпретатор выполняет исходный текст программы без предварительной компиляции. При этом программа остаётся на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора.Преимущества:Компилируемые программы работают значительно быстрей интерпретируемых.Интерпретируемые программы обладают большей гибкостью в процессе разработки и допускают запуск на разных компьютерных платформах и операционных системах.Определение:Язык программирования низкого уровня – это язык, близкий к программированию в машинных кодах используемого процессора.Общеизвестный пример языка низкого уровня - язык ассемблера.Определение:Высокоуровневый язык программирования - язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом.Замечание:Основная черта высокоуровневых языков - это абстракция, то есть введение конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на низкоуровневом языке программирования очень длинны и сложны для понимания и реализации.Примеры языков высокого уровня:C, C++, Visual Basic, Java, PHP, Delphi, Pascal, Fortran.Язык программирования строится в соответствии с парадигмой программирования.Определение:Парадигма программирования - это совокупность идей и понятий, определяющих стиль написания программ. Парадигма определяет то, в каких терминах программист описывает логику программы.Основные модели (парадигмы) программирования:Императивное программированиеСтруктурное программированиеФункциональное программированиеЛогическое программированиеОбъектно-ориентированное программированиеИмперативное (процедурное) программирование - это парадигма программирования, которая описывает процесс вычисления в виде последовательности инструкций, которые должен выполнить компьютер.Примеры процедурных языков программирования: Fortran, Basic, Pascal, C.^ Структурное программирование - методология разработки ПО, в основе которой лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков.Каждый блок должен представлять собой одну из трех структур: последовательное выполнение, ветвление и повторение.^ Функциональное программирование - раздел дискретной математики, в которой процесс вычисления трактуется как вычисление значений функций в математическом понимании последних (в отличие от функций как подпрограмм в процедурном программировании).Примеры функциональных языков программирования: LISP, Haskell, ML.^ Логическое программирование – парадигма, основанная на автоматическом доказательстве теорем, а также раздел дискретной математики, изучающий принципы логического вывода информации на основе заданных фактов и правил вывода. Логическое программирование основано на теории и аппарате математической логики с использованием математических принципов резолюций.Самым известным языком логического программирования является Prolog.^ Объектно-ориентированное программирование (ООП) - парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов.Определение:Класс - это описание устройства объектов (как бы теоретическая модель). Определение:Объект - это экземпляр класса (как бы физическая реализация).Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.Замечание:ООП есть по сути императивное программирование, дополненное принципом инкапсуляции данных и методов в объект и наследованием.Внимание!Понятия инкапсуляции и наследования – изучить самостоятельно!!!Определение:Технология программирования - дисциплина, изучающая технологические процессы программирования и порядок их прохождения.Основные технологии программирования:восходящее программированиенисходящее программированиеОпределение:Восходящее программирование (программирование «снизу вверх») - методика разработки программ, при которой крупные блоки собираются из ранее созданных мелких блоков.Восходящее программирование начинается с разработки ключевых процедур и подпрограмм, которые затем постоянно модифицируются.Определение:Нисходящее программирование (программирование «сверху вниз») - методика разработки программ, при которой разработка начинается с определения целей решения проблемы, после чего идет последовательная детализация, заканчивающаяся детальной программой.При нисходящем программировании низкоуровневые блоки первоначально реализуются в виде «заглушек», которые с течением времени обретают свою функциональность.