Разработка несложных алгоритмов с использованием циклов для управления формальными исполнителями

Научиться составлять и понимать алгоритмы с циклами для формальных исполнителей, правильно определять условие продолжения и число повторений.

Циклы — основа автоматизации: они позволяют компьютеру или роботу выполнять однотипные действия без участия человека. Понимание циклов помогает в программировании, робототехнике и даже в повседневной жизни, когда нужно организовать повторяющиеся процессы.

• Формальный исполнитель — это объект, который выполняет строго определённый набор команд, не задумываясь об их смысле.
• Цикл — это конструкция алгоритма, которая позволяет повторить группу команд несколько раз.
• Тело цикла — это команды, которые повторяются; оно должно быть ограничено и понятно исполнителю.
• Условие продолжения цикла определяет, сколько раз будут выполняться команды; оно проверяется перед каждой итерацией.
• Цикл с известным числом повторений (цикл «N раз») используется, когда заранее известно, сколько раз нужно выполнить действия.
• Цикл с условием (цикл «пока») используется, когда число повторений зависит от ситуации, которую проверяет исполнитель.
• Зацикливание — это ошибка, когда условие никогда не становится ложным, и программа работает бесконечно.
• Грамотное использование циклов делает алгоритм короче, понятнее и менее подверженным ошибкам.

Формальный исполнитель

Это объект (например, Робот или Чертёжник), который умеет выполнять только определённый набор команд, и делает это буквально, не проявляя инициативы.

Алгоритм

Последовательность команд, которые нужно выполнить, чтобы достичь цели; для формального исполнителя она должна быть точной и конечной.

Цикл

Конструкция в алгоритме, которая заставляет исполнителя повторять одну и ту же группу команд несколько раз.

Тело цикла

Команды, которые повторяются в цикле; они записываются внутри цикла и выполняются каждый раз.

Условие продолжения цикла

Логическое выражение, которое проверяется перед каждой итерацией; если оно истинно, цикл продолжается, если ложно — заканчивается.

Счётчик повторений

Переменная, которая хранит, сколько раз уже выполнился цикл; используется в циклах с известным числом повторений.

Зацикливание

Ситуация, когда условие цикла никогда не становится ложным, и исполнитель выполняет команды бесконечно.

• В школьных алгоритмических языках цикл с известным числом повторений записывается как: «нц N раз ... кц», где N — число повторений.
• Цикл с условием записывается как: «нц пока <условие> ... кц»; условие проверяется перед каждым выполнением тела цикла.
• Тело цикла должно содержать команды, которые изменяют ситуацию, чтобы условие когда-нибудь стало ложным; иначе произойдёт зацикливание.
• Число повторений в цикле «N раз» должно быть целым неотрицательным числом; если N = 0, цикл не выполнится ни разу.
• Для формального исполнителя Робот команды могут быть: «вверх», «вниз», «влево», «вправо», «закрасить»; циклы позволяют, например, закрасить ряд клеток.
• Циклы можно вкладывать друг в друга (вложенные циклы), чтобы обрабатывать двумерные области, например, закрасить прямоугольник.

1. Пример 1случай
   • Исполнитель Робот стоит в начале ряда клеток. Чтобы закрасить 5 клеток подряд, можно использовать цикл «нц 5 раз: закрасить
   • вправо
   • кц»
2. Пример 2случай

   Исполнитель Чертёжник рисует квадрат

   Пояснение

   • команды «опусти перо», затем цикл «нц 4 раза: вперёд 50
   • вправо 90
   • кц» — так получается квадрат без повторения четырёх одинаковых блоков
3. Пример 3случай
   • В жизни цикл — это, например, алгоритм мытья посуды: пока есть грязная тарелка, мыть её
   • условие — «есть грязная тарелка», тело — «помыть тарелку»
4. Пример 4случай
   • Кузнечик может прыгать по числовой прямой
   • чтобы переместиться на 10 шагов вправо, можно использовать цикл «нц 10 раз: вправо 1
   • кц»

• Понятие цикла в программировании появилось ещё в 1950-х годах, когда компьютеры стали использовать для автоматизации вычислений; до этого программы были линейными и очень длинными.
• Робот-пылесос — это реальный формальный исполнитель: он выполняет команды датчиков и циклы, чтобы убирать комнату, и если условие неверное, он может «зациклиться» в углу.
• В древних механизмах, например, в часах с кукушкой, использовались механические циклы: шестерёнки повторяли одно и то же движение, чтобы кукушка появлялась каждый час.

• При работе с компьютером не запускайте программу с заведомо бесконечным циклом — это может привести к зависанию системы; всегда проверяйте условие.
• Если используете среду исполнителя (например, Кумир), сохраняйте файл перед запуском, чтобы не потерять работу при ошибке.

• Алгоритмы и исполнители (урок 18)
• Вспомогательные алгоритмы (урок 20)
• Ветвления в алгоритмах (урок 17)
• Программирование циклов на языке Паскаль (урок 21)