Разбиение задачи на подзадачи. Составление алгоритмов и программ с использованием ветвлений, циклов и вспомогательных алгоритмов

Научиться понимать, как декомпозиция (разбиение на подзадачи) помогает строить понятные и работающие алгоритмы и программы.

В жизни и в программировании мы постоянно сталкиваемся со сложными задачами. Умение разбить их на части помогает не запутаться, находить ошибки и решать задачи быстрее. Это основа инженерного мышления и разработки любого программного обеспечения.

• Сложную задачу всегда можно разбить на несколько более простых подзадач, решая которые по отдельности, мы в итоге решаем исходную задачу.
• Ветвление (условный оператор) позволяет алгоритму выбирать один из нескольких вариантов действий в зависимости от условия.
• Цикл позволяет многократно повторять одни и те же действия, пока выполняется некоторое условие или для каждого элемента из набора.
• Вспомогательный алгоритм (подпрограмма) — это самостоятельная часть алгоритма, которая решает отдельную подзадачу и может вызываться из основной программы или из других подпрограмм.
• Использование подпрограмм позволяет избежать дублирования кода и делает программу более структурированной и понятной.
• При разбиении задачи на подзадачи важно, чтобы каждая подзадача имела четкий вход (что нужно) и выход (что получаем).
• Правильная декомпозиция упрощает отладку и тестирование программы, так как каждую подзадачу можно проверять отдельно.

Подзадача

Это часть большой задачи, которую можно решить отдельно, а затем использовать результат для решения всей задачи.

Декомпозиция

Это разбиение сложной задачи на более простые и понятные части (подзадачи).

Ветвление

Это конструкция алгоритма, которая позволяет выполнять разные действия в зависимости от того, истинно или ложно некоторое условие.

Цикл

Это конструкция алгоритма, которая позволяет многократно выполнять одну и ту же последовательность действий (тело цикла) до тех пор, пока выполняется условие продолжения цикла.

Вспомогательный алгоритм

Это алгоритм, который решает отдельную подзадачу и может быть вызван из другого алгоритма (основного) для выполнения нужных действий.

Подпрограмма

Это поименованный блок кода в программе, который выполняет определенное действие и может быть вызван из разных мест программы.

• Ветвление в языках программирования обычно реализуется с помощью условного оператора if...else (если...иначе).
• Циклы бывают с предусловием (while), с постусловием (repeat...until) и с параметром (for).
• Вспомогательные алгоритмы в языках программирования оформляются как процедуры (не возвращают значение) и функции (возвращают результат).
• При вызове подпрограммы управление передается ей, выполняются ее команды, после чего управление возвращается в точку вызова.
• Декомпозиция позволяет использовать принцип «разделяй и властвуй»: решаем каждую подзадачу отдельно, а затем объединяем решения.
• Хороший алгоритм должен быть понятным, однозначным и результативным, а разбиение на подзадачи помогает этого достичь.

1. Пример 1случай

   Задача «Приготовить утро школьника»

   Пояснение

   • разбиваем на подзадачи — проснуться, умыться, одеться, позавтракать, собрать портфель
   • Каждая подзадача решается отдельно, а вместе они образуют готовность к школе
2. Пример 2случай

   Алгоритм «Перейти дорогу»

   Пояснение

   • если горит зеленый свет — идем, иначе — ждем
   • Это пример ветвления
3. Пример 3случай

   Алгоритм «Помыть все окна в доме»

   Пояснение

   • пока есть немытые окна, мыть текущее окно
   • Это пример цикла
4. Пример 4случай
   • В программе для рисования квадрата можно создать вспомогательный алгоритм «Нарисовать линию», который вызывается четыре раза для каждой стороны квадрата
5. Пример 5случай
   • При вычислении площади сложной фигуры можно разбить ее на простые фигуры (прямоугольники, треугольники), вычислить площадь каждой подзадачи и сложить результаты

• Метод декомпозиции используется не только в программировании, но и в математике, физике и даже в повседневной жизни: например, при планировании путешествия мы разбиваем его на этапы: купить билеты, собрать вещи, добраться до вокзала и т.д.
• В программировании есть принцип DRY (Don't Repeat Yourself) — «не повторяйся». Он напрямую связан с использованием вспомогательных алгоритмов: если один и тот же код нужен в нескольких местах, его выносят в подпрограмму.
• Первые программисты писали программы без подпрограмм, и это приводило к огромным и запутанным текстам. Изобретение подпрограмм стало революцией, позволившей создавать сложные программные системы.

• Алгоритмы и исполнители
• Основные алгоритмические конструкции: следование, ветвление, цикл
• Запись алгоритмов на языке программирования
• Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы