Алгоритмы в нашей жизни

Департамент образования города Москвы

Государственное бюджетное образовательное учреждение города Москвы

"Школа № 777 имени Героя Советского Союза Е.В. Михайлова"

Школьный конкурс проектно-исследовательских работ

 «День науки-2017»

Алгоритмы в нашей жизни

Выполнили:

учащиеся  6 «Д» класса

Власов Илья,

Козеева Дарья

Руководитель:

Стулина Г.А., учитель информатики

высшей категории

Москва, 2017 г.

Оглавление

1. Введение ………………………………………………………………………… 3
2. Что такое алгоритм ………………………………………………………………4
3. Алгоритмы в нашей жизни ……………………………………………………...5

1. Алгоритмы в художественных произведениях ………………………...8
2. Алгоритмы в кулинарных рецептах …………………………………….9
3. Алгоритмы  школьной жизни ……………………………………………9
4. Алгоритмы окружающего нас мира…………………………………….10
5. Алгоритмы в пословицах и поговорках ………………………………..10
6. Алгоритмы в песнях ……………………………………………………..11

4. Заключение ……………………………………………………………………….12
5. Список литературы……………………………………………………………….13

1. Введение

Мы живем в большом потоке информации. Информация – постоянный спутник человека. Люди всегда стремились облегчить свой труд с помощью механизмов и машин. И такой машиной для работы с информацией стал компьютер. На уроках информатики мы узнали многое об информации, устройствах компьютера, технологиях работы с информацией (редактор текстов, электронная таблица, графический редактор), но больше всего нам понравилось изучение темы «Алгоритмы». Нас заинтересовало то, что в нашей повседневной жизни нас окружают алгоритмы, любой человек выполняет свои действия по порядку,  не раздумывая, правильно ли он поступает.

Цель исследования:

1. Составить  классификацию алгоритмов в окружающем информационном пространстве для развития логического и алгоритмического мышления.
2. Проанализировать понятие алгоритма, определить встречаются ли алгоритмы в повседневной жизни, сделать выводы о том, можно ли свою жизнь представить в виде последовательности определенных действий.

 Задачи исследования:

1. Познакомиться с понятием «Алгоритм».
2. Составить классификацию алгоритмов.
3. Выделить алгоритмы из окружающего информационного пространства.
4. Применять классификацию алгоритмов при изучении информатики.

Предмет исследования:

Алгоритмизация в  информатике - как способ  классификации алгоритмов  окружающего мира.

Объект исследования: 

Алгоритмизация - как способ развития логического мышления.

2. Что такое алгоритм

 Термин «алгоритм» произошёл от имени великого математика Мухаммеда аль-Хорезми  по-латыни algorithmus). Мухаммед аль-Хорезми ещё  в IX веке разработал правила выполнения четырёх действий арифметики.

        Алгоритм — набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения некоторого результата. Алгоритмы имеют свойства, форму представления, а так же структуру.

Разработчиком алгоритмов является человек. Исполняют алгоритмы люди и всевозможные технические устройства.

Исполнитель – это некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определенный набор команд. Команды, которые может выполнить конкретный исполнитель, образуют систему команд исполнителя (СКИ).

Исполнители делятся на формальные и неформальные.

        В роли неформального исполнителя чаще всего выступает человек. Неформальный исполнитель сам отвечает за свои действия.

        В роли формального исполнителя чаще всего выступает техническое устройство.

Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Для каждого формального исполнителя можно указать:

• круг решаемых задач;
• среду;
• систему команд;
• систему отказов;
• режимы работы.

Формы записи алгоритмов – словесная и графическая.

Алгоритмы, исполнителем которых является человек, удобно записывать в словесной форме, в табличной форме, в виде блок-схем.

Для обозначения шагов в блок-схеме используются фигуры (овал, параллелограмм, ромб, прямоугольник и другие).

Алгоритм, записанный на языке, понятном исполнителю, называется программой.

Алгоритмы делятся на 3 типа:

• линейные;
• ветвление;
• циклические.

Линейным называется алгоритм, в котором команды выполняются в порядке их записи.

Ветвлением называется алгоритм, при котором в зависимости от выполнения некоторого условия совершается одна или другая последовательность команд.

Циклическим  называется алгоритм, в котором повторяется выполнение одной и той же последовательности команд.

Свойства алгоритма:

• Дискретность — алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение некоторых простых шагов.
• Детерминированность. В каждый момент времени следующий шаг работы однозначно определяется состоянием системы. Таким образом, алгоритм выдаёт один и тот же результат  для одних и тех же исходных данных.
• Понятность — алгоритм должен включать только те команды, которые доступны исполнителю и входят в его систему команд.
• Массовость. Алгоритм должен быть применим к разным наборам исходных данных.
• Результативность — завершение алгоритма определёнными результатами

3. Алгоритмы в нашей жизни

Любой человек ежедневно встречается с множеством задач: от самых простых и хорошо известных до очень сложных. Для многих задач существуют определенные правила (инструкции, предписания), объясняющие исполнителю, как решать данную задачу. Эти правила человек может изучить заранее или сформулировать сам в процессе решения задачи. Чем точнее и понятнее будут описаны правила решения задач, тем быстрее человек овладеет ими и будет эффективнее их применять.

Решение многих задач человек может передавать техническим устройствам - автоматам, роботам, компьютерам. Применение таких технических устройств предъявляет очень строгие требования к точности описания правил и последовательности выполнения действий. Поэтому разрабатываются специальные языки для четкого и строгого описания различных правил. Это одна из задач информатики.

Каждый из нас ежедневно использует различные алгоритмы: инструкции, правила, рецепты и т. п. Обычно мы это делаем не задумываясь. Например, открывая дверь ключом, никто не размышляет над тем, в какой последовательности выполнять действия. Однако, чтобы кого – нибудь (скажем, младшего брата) научить открывать дверь, придется четко указать и сами действия, и порядок их  выполнения. Например, так:

• Достать ключ.
• Вставить ключ в замочную скважину.
• Повернуть ключ 2 раза против часовой стрелки.
• Вынуть ключ.

А теперь представьте себе, что вас пригласили в гости. Наверняка вы попросите подробно и точно объяснить, как добраться. Вот как может выглядеть объяснение:

• Выйти из дома.
• Повернуть направо.
• Пройти 2 квартала до автобусной остановки..
• Сесть в автобус № 25, идущий к центру города.
• Проехать 3 остановки.
• Выйти из автобуса.

Посмотрим на эти алгоритмы. На первый взгляд, между ними нет ничего общего. Одно дело – открывать дверь, другое – ехать в гости. Однако если приглядеться внимательно, можно заметить существенное сходство между ними. Прежде всего, это строгий порядок выполнения действий. Давайте переставим в первом   алгоритме второе и третье действия:

• Достать ключ.
• Повернуть ключ 2 раза против часовой стрелки.
• Вставить ключ в замочную скважину. 
• Вынуть ключ.                                                                                                    

Вы, конечно, сможете выполнить и этот алгоритм. Но дверь вряд ли откроется. А что произойдет, если поменять местами четвертое и пятое действия во втором алгоритме? Он станет невыполнимым! Итак, мы убедились, что для алгоритма важен не только набор действий, но и то, как  они организованы, т. е. в каком порядке выполняются.

Мы можем теперь сказать, что  алгоритмы - это строго определенная  последовательность действий. Существует очень много определений понятия алгоритм. И надо подчеркнуть, что в  информатике это понятие является основным. Таким же, какими являются понятия точки, прямой и плоскости в геометрии, пространства и времени в физике, вещества в химии. Поэтому мы не сможем дать полное определение алгоритма, а будем уточнять смысл этого понятия на примерах.

Алгоритмы принято записывать с помощью служебных слов, т.е. имеется алгоритмический язык, алфавит:

алг (алгоритм) название

    арг (аргументы)

    рез (результаты)

нач (начало)

                     команды

кон (конец)

Легко и просто было бы жить (даже неинтересно), если бы удалось раз и навсегда расписать, какие поступки и в какой последовательности совершать. На самом деле нам приходится принимать решения в зависимости от создавшейся ситуации. Если идет дождь, то мы надеваем плащ. Если жарко, то идем купаться. Иногда встречаются и более сложные положения, когда надо сделать выбор. В таких случаях говорят, что алгоритм содержит составную команду или ветвление. Команда ветвления записывается следующим образом:

если условие

        то   серия 1

              иначе серия 2

все

В своей практической деятельности мы постоянно встречаемся с задачами, для решения которых требуется многократно повторять одни и те же действия. Именно для этого применяется составная команда повторения (цикл). Команда повторения записывается так:

пока  условие

        нц

             серия

        кц

На уроках информатики мы составляли очень много алгоритмов из жизни, учебных предметов, сказок и т.д. Но нас заинтересовало то, а можно ли алгоритмы каким - то образом классифицировать, т. е. составить модель классификации алгоритмов. Мы пришли к следующей классификации:

3.1 Алгоритмы в художественных произведениях

Сказка «Гуси-лебеди»

если съешь ржаного пирожка

          то спрячу

                иначе не спрячу  

все

«Горячий камень», А.П. Гайдар:

если   кто снесет этот камень на гору и там разобьет на части

           то  тот вернет свою молодость и начнет жить сначала

все

Если внимательно прочитать любую сказку, то можно сделать вывод, что все сказки строятся по тому, или иному типу алгоритма. Чаще всего алгоритмы можно применить в эпизодам сказок. В результате в одной сказке мы встретим различные типы алгоритмов.

Например, в сказке «Теремок» пока приходят сказочные персонажи – циклический алгоритм.  Затем пришел медведь, и теремок развалился, - разветвляющийся алгоритм.

В сказке «Гуси – лебеди» эпизоды с яблоней, печкой, рекой очень похожи друг на друга и реализованы по разветвляющемуся алгоритму: выполнит девочка просьбу или нет. Эпизоды сказки повторяются. Можно смело утверждать, что это в целом циклический алгоритм. Финал сказки вновь ветвление. Если все просьбы выполнены – благополучный исход,  если не выполнены – печальный.

Мы анализировали следующие сказки:

• Колобок.
• Курочка Ряба.
• Конек Горбунок.
• Сказка о рыбаке и рыбке.
• Иван Меньшой – разум большой.

И этот перечень может быть продолжен.

3.2 Алгоритмы в кулинарных рецептах

Любой кулинарный рецепт – это алгоритм. Как приготовить определенное блюдо (что) из определенных продуктов (из чего)? Аналогия полная. Имя алгоритма – это название производимого продукта. Мы изучили, как мама варит варенье, и составили алгоритм:

алг  мармелад из черной смородины

нач

      ягоды черной смородины размять

      разварить в кастрюле

      горячую массу протереть через сито

      уварить до готовности

кон

У наших  мам и бабушек  много кулинарных рецептов по выпечке, по консервированию и приготовлению различных блюд:

• пирог из свежей капусты,
• фаршированная рыба с жареным луком,
• салат фруктовый с грецкими орехами,
• говядина тушеная с грибами,
• торт «Муравейник» и т.д.

3.3 Алгоритмы  школьной жизни

Всю нашу школьную жизнь тоже можно представить в виде алгоритмов, в которых определены цели и указаны последовательности, приводящие к достижению цели. Например: задача «Как написать сочинение, изложение, диктант». Алгоритм решения такой задачи может быть следующим:

1. Повтори правила.
2. Внимательно слушай объяснения (пояснения) учителя.
3. Аккуратно и внимательно работай над заданием.
4. Не отвлекайся.
5. После выполнения проверь  свою работ.
6. Если все пункты предложенного алгоритма выполнены, оценка за работу будет «5», или «4». Если предложенный алгоритм будет нарушен, оценка за работу будет «2», или «3».

К алгоритмам школьной жизни можно отнести:

• Расписание уроков.
• График подачи звонков.
• Расписание кружков.
• График экзаменов, консультаций и т.д.

• Как писать сочинение, изложение, диктант.
• Как решать задачи по химии, математике, физике.
• Как сделать перевод по английскому языку.
• Как выучить стихотворение и т.д.

3.4 Алгоритмы  окружающего мира

Мы смело можем утверждать, что вся жизнь человека протекает по алгоритмам, заданными природой, или самими людьми. Просто выполняя те, или иные действия мы не задумываемся алгоритм, или не алгоритм.  Все наши действия имеют цель и последовательность действий для достижения этой цели.

Каждый шофёр и пешеход должны знать правила дорожного движения

Собираясь сшить одежду, вы сначала постараетесь найти выкройку и описание к ней в журнале или Интернете. Хорошие урожаи будут получаться из года в год, если при обработке земли будут соблюдаться определенные правила.

Приведем примеры жизненный задач, который будут выполняться по алгоритму.

• Как топить баню.
• Режим дня.
• Помощь родителям по хозяйству (пропылесосить квартиру, сходить за хлебом в магазин и т.д.).
• Прополка грядки, огорода и многое другое.

3.5 Алгоритмы в пословицах и поговорках

                Народная мудрость, мудрость тысячелетий дошла до нас в виде пословиц и поговорок. И все они построены, сконструированы по алгоритму. Например:

пока  греет солнышко

           нц

                         готовь сено

                     кц

       если     мало звезд на небе

                  то    к ненастью

       все

Итак, любую пословицу можно оформить в виде алгоритма. Приведем примеры:

• Семь раз отмерь, один раз отрежь (циклический алгоритм).
• Не сиди сложа руки, не будет скуки (разветвляющийся алгоритм).
• Тише едешь – дальше будешь (разветвляющийся алгоритм).
• Поели, попили, пора и честь знать (циклический алгоритм).
• Яблоко от яблони недалеко падает (линейный алгоритм).

3.6 Алгоритмы в песнях

        Песня – это разновидность творчества, соединяющая в себе музыку и поэзию. Песня обычно состоит из куплетов и припева, который повторяется после каждого куплета. Самым старым видом песни является народная песня, которая присутствует в каждой культуре. В каждой песне есть сюжет, повествование.

        Песни, так же как сказки, пословицы, поговорки можно представить в виде алгоритмической конструкции.
        Песня «Если с другом вышел в путь»

если      с другом вышел в путь

          то   веселей дорога

все

Песня из фильма-сказки «Золотой ключик»

пока    живы жадины вокруг

           нц

                       удачи мы не выпустим из рук

           кц

Приведем примеры песен с указанием алгоритмических конструкций:

• Катюша – линейный алгоритм.
• Кабы не было зимы в городах и селах – разветвляющийся алгоритм.
• Голубой вагон – линейный алгоритм
• Антошка – циклический и разветвляющийся алгоритм

4. Заключение

Это  неполный перечень алгоритмов, которые мы смогли увидеть, заметить и провести  некоторую классификацию. В будущем мы хотим продолжить это исследование, обогатив свои знания на уроках информатики и используя информацию из повседневной жизни.

Мы думаем, что алгоритмы еще можно классифицировать по каждому предмету, по каждому классу.

Нам стало интересно: как смотрят на тему «Алгоритмы»  одноклассники и  провели небольшой опрос. На вопросы отвечали 15 учеников.

Итак, нашим одноклассникам тоже нравится тема «Алгоритмы», к сожалению, не все охотно выполняют их, т. е даже режим дня.

5. Литература

1. Дворчик Ш. Мышка Программышка в стране информатике, – М.: Радио и связь, 1990, - 127 с.
2. Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Информатика. – М.: Дрофа, 1998, - 237 с.
3. Симонович С., Евсеев Г. Практическая информатика. – М.: АСТ Пресс, 2000, - 480 с.
4. Симонович С., Евсеев Г. Специальная  информатика. – М.: АСТ Пресс, 2000, - 450 с.
5. Симонович С., Компьютер в вашей школе. – М.: АСТ Пресс, 2001, - 335 с.
6. http://beautiful-all.narod.ru/
7. Босова Л.Л., Босова А.Ю. Информатика. ФГОС. 6 класс. – Москва. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015, 2014 с.