МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕСИИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

"КРАСНОГОРСКИЙ КОЛЛЕДЖ"

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

учебной дисциплины

ОП.05 ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

в рамках основной профессиональной образовательной программы (ОПОП)

для специальности СПО

 09.02.03 (230115) Программирование в компьютерных системах

Красногорск

2014

Методические указания для выполнения самостоятельной работы студентов учебной дисциплины ОП.05 «Основы программирования» разработаны на основе программы учебной дисциплины, положения о самостоятельной работе студентов в ГБОУ СПО МО Красногорский колледж.

Организация-разработчик: Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Московской области «Красногорский колледж».

Разработчики:

Трегубова Елена Сергеевна – к.п.н., преподаватель высшей категории ГБОУ СПО МО «Красногорский колледж».

Рецензент:

Простяков Сергей Иванович – инженер программист НТЦ ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

В соответствии с ФГОС СПО по специальности 09.02.03 Программирование в компьютерных системах и учебного плана специальности, каждый студент обязан выполнить по каждой учебной дисциплине определенный внеурочный объем самостоятельной работы.

Целью самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины ОП.05 «Основы программирования» является  научить студентов составлять алгоритмы и программы достаточно сложных задач.

По дисциплине «Основы программирования» под самостоятельной работой подразумевается выполнение комплекса индивидуальных заданий.

Требования к оформлению самостоятельных работ

1. Каждая самостоятельная работа оформляется отдельно.
2. Отчет выполняется на листах формата А4 (210х297), которые подшиваются в папку в мультифорах.
3. Отчет обязательно содержит тему, цель и номер варианта самостоятельной работы.
4. Дальнейшее содержание отчета корректируется в каждом задании отдельно.
5. Каждый студент выполняет индивидуальные задания по варианту в соответствии со списком в журнале учебных занятий.

Организационные требования по изучению дисциплины

1. Иметь собственный конспект.
2. Помнить, что отсутствие на занятиях или невыполнение практических и лабораторных работ приравнивается к неудовлетворительной оценке, которая должна быть исправлена устным ответом (если это была лекция) или выполнением практической или лабораторной работы.
3. Иметь положительные ответы при опросах.
4. Выполнить все самостоятельные работы.

Самостоятельная работа по заданной теме выполняется в течение недели после проработки данной темы на занятиях. При сдаче работы на неделю позже оценка снижается на балл. При более поздней сдаче работы оценка не может быть выше «3» .

При оценке самостоятельной работы учитывается правильность выполнения задания, грамотность и аккуратность.

Методические указания к выполнению

самостоятельной работы

Наиболее распространенными являются две формы описания алгоритма: словесное на естественном языке и в виде структурных схем или блок-схем. При втором способе записи алгоритм представляется в виде последовательности специальных символов-блоков, каждому из которых соответствует определенный этап решения задачи. В таблице даны обозначения некоторых блоков в соответствии с ГОСТом 19002-80, 19003-80.

Блоки соединяются линиями потока информации. Внутри блоков записываются выполняемые действия. Линия определяют направление вычислений, причем сверху вниз и слева направо. Если необходимо отразить другое направление (снизу вверх и справа налево), то необходимо на линиях ставить стрелки. Блоки на схеме нумеруются цифрами, которые ставятся в разрыве верхней линии слева.

Практически любой сложный алгоритм представляет собой комбинацию трех типов структур: линейного, разветвляющегося и циклического.

Линейный алгоритм состоит из последовательности операций, выполняющихся только один раз в порядке их следования.

Примером линейного алгоритма может служить алгоритм вычисления значения функции y=sin((ax3+b)2+ln(ax3+b)

Процесс решения задачи можно разбить на этапы и записать алгоритм на:

1) естественном языке        2)в виде блок-схемы

1. Вычислить z=ax3 b

2. Вычислить s=z2

3. Вычислить t=ln z

4. Вычислить r=s+t

5. Вычислить y=sin г

Разветвляющийся алгоритм содержит блок или блоки проверки некоторого условия, и в зависимости от результата проверки выполняются та или иная последовательность операций, называемая ветвью. При этом форма разветвления: может быть как, полная так и сокращенная

Рассмотрим в качестве примера алгоритма нахождения квадрата наибольшего из трех заданных чисел: а, b, с. Вначале сравниваются два числа: а и b. Большее из них принимается за максимальное. Затем производится сравнение полученного результата с третьим числом c. Если значение с оказывается больше, то оно принимается за максимальное и возводится в квадрат. В противном случае наибольшим считается результат сравнения чисел а и b.

Опишем алгоритм на естественном языке и в виде блок-схемы.

1)1. Сравним а и b. Если а>b, то у=а.        2)      

В противном случае у=b.                                                           нет                           да

2. Сравним с и у. Если c>y, то y=c.

В противном случае у оставить

без изменения.

3. Вычислить z=y2.

                                                                                                          нет                            да

Циклический алгоритм содержит некоторую последовательность операций, выполняемую многократно. Любой циклический алгоритм содержит несколько типовых блоков. Основной блок, называемый телом цикла, производит требуемые вычисления. Остальные блоки имеют вспомогательное значение, они организуют циклический процесс; устанавливают начальные и новые значения данных, проверяют условия окончания или продолжения циклического процесса. Различают три типа структур цикла: цикл с предусловием (а), цикл с постусловием (б) и цикл с параметром (в).

а)                                                       б)                                                     в)      

                выход из цикла                выход из цикла                     выход из цикла

Циклический алгоритм позволяет компактно описать большое число одинаковых вычислений над разными данными для получения необходимого результата.

Для примера рассмотрим алгоритм Евклида, формулируемый следующим образом: для двух любых положительных чисел найти их наибольший общий делитель.

Для решения задачи необходимо получить убывающую последовательность чисел. Если первое число больше второго, то оно уменьшается на величину второго, в противном случае второе число уменьшается на величину первого. И так до тех пор, пока разность между этими числами не станет равной нулю. Тогда одно из этих и будет наибольшим делителем.

Опишем алгоритм: даны два числа х>0, у>0. Требуется найти наименьший общий делитель d.

1 )на естественном языке        2) в виде блок-схемы

1. Принять а=х, в=у.         1

2. Сравнить а и в. Если а=в, то принять

за наибольший общий делитель d=a и

закончить вычисления. В противном          2

случае перейти к пункту 3.

3. Принять d=a-в.         3

4. Если d>0, то а=в противном случае

принять в=-d. Выполнить шаг два

                                                                                               4

        5

                                                                                     да     6                              нет

                                                             7                                                    8                  

                                                                                          9

                                                                                            10

                                                                                       11

Алгоритм Евклида содержит два линейных участка, одно разветвление и один цикл, который включает блоки 4 и 5-8.

При составлении алгоритма решения задачи следует руководствоваться следующими правилами построения схемы алгоритма задачи (основные принципы алгоритмизации):

1. Выявить исходные данные, результаты, назначить им имена.
2. Выбрать метод (порядок) решения задачи.
3. Разбить метод решения задачи на этапы (с учетом возможностей ЭВМ).
4. Изобразить каждый этап в виде соответствующего блока схемы алгоритма и указать стрелками порядок их выполнения.
5. В полученной схеме при любом варианте вычислений:

• предусмотреть выдачу результатов или сообщений об их отсутствии;
• обеспечить возможность после выполнения любой операции так или иначе перейти блоку Прерывание (к выходу схемы).

Отладкой алгоритма называется процесс выявления и исправления ошибок в нем. Суть отладки алгоритма в том, что выбирается некоторый набор исходных данных, называемый тестовым набором (тестом), и задача с этим набором решается дважды: один раз – исполнением алгоритма, второй раз – каким-либо иным способом, исходя из условия задачи (вручную). При совпадении результатов алгоритм считается верным. В качестве тестового набора можно выбрать любые данные, которые позволяют:

• обеспечить проверку выполнения всех операций алгоритма;
• свести объем вычислений к минимуму.

Рекомендации по решению задач обработки массивов (матриц)

1. При решении задач, оперирующих с матрицами большого или переменного размера рекомендуется процесс решения задачи прослеживать вначале на небольших матрицах конкретного размера и составлять алгоритм именно для таких матриц с последующим обобщением его на случай матриц заданного размера.
2. Специфика рассматриваемых задач: в них в качестве подзадач выступают обычно операции по обработке всей матрицы в целом, части матрицы, столбца, строки и т.д., т.е. набор их невелик. Из этого набора и следует выбирать наиболее крупные операции на каждом шаге решения задачи.
3. Для решения матричной задачи часто главное – определить последовательность вложенных подзадач убывающей сложности. В этом случае полезно бывает начинать с выбора не самой крупной операции, а, наоборот, с самой мелкой и искать операции возрастающей сложности.

Задание № 1 (2часа)

Тема  Линейные и разветвляющиеся алгоритмы.

Цель занятия

1. Освоение основных принципов алгоритмизации.
2. Получение навыков составления алгоритмов указанных видов.

Постановка задачи  По заданию варианта составить блок-схему алгоритма.

Содержание отчета

1. Постановка задачи.
2. Блок-схема алгоритма.
3. Тестовый набор и результаты отладки алгоритма.
4. Выводы.

Методические указания 

Задан массив В(1:4). Каждому элементу массива присвоить значение соседнего с ним справа. Последнему элементу присвоить значение первого.

Исходные данные: массив В(1:4)={b1, b2, b3, b4}.

1. Необходимо ввести в рассмотрение дополнительную переменную D и первая операция будет такая: D:= b1.
2. Значения элементов b2 – b4 переносим на место элементов b1 – b3 соответственно.
3. Последняя операция – присвоим значение b1  в b4 , т.е. b4:=D.

Все сказанное можно изобразить следующей схемой. Это - укрупненная схема алгоритма задачи.

Далее для каждой подзадачи отдельно составляется схема алгоритма ее решения. В нашей задаче в этом нуждается лишь задача блока 4. Процесс решения указанной задачи можно изобразить в виде схемы:

Последний блок (4-3) такой схемы оставляем незаполненным, так как здесь он обозначает не прекращение вычислений, а завершение некоторого участка схемы алгоритма.

Далее объединяем схему алгоритма решения всей задачи со схемой блока 4.

В результате получим подробную схему алгоритма всей задачи. Рядом со схемой алгоритма приведено исполнение алгоритма, приняв при этом в качестве тестового набора следующие значения элементов массива: В(1:4) = {b1, b2, b3, b4} = {1, 2, 3, 4}.

Анализ результатов работы алгоритма говорит о том, что алгоритм правильно решает задачу.

Исполнение алгоритма:

1. В = {1, 2, 3, 4}

2. D = 1

3. b1:= 2
4. b2:= 3
5. b3:= 4

6. b4:= 1

7. Вывод: В = {2, 3, 4, 1}

8. Останов

Составление разветвляющихся алгоритмов выполняется в соответствии с основными принципами алгоритмизации. Здесь работает та же схема:

• формулировка задачи
• метод
• алгоритм.

Варианты задания (линейные алгоритмы)

1. В списке учащихся из 20 человек первую по списку фамилию поставить на последнее место. В результате второй элемент списка станет первым, третий элемент – вторым, и т.д. Здесь список можно рассматривать как одномерный текстовый массив.
2. В матрице В(1:3, 1:3) определить суммы элементов первой строки и последнего столбца.
3. В массиве А(1:3, 1:3) элементы главной диагонали поставить на место соответствующих элементов третьей строки и определить сумму угловых элементов (а11, а13, а31, а33).
4. В массиве F(1:4, 1:3) определить сумму S элементов первой строки и каждый элемент второго столбца умножить на S.
5. Имеется 15 клеток с кроликами, расположенных в ряд. В каждой клетке один кролик. Требуется пересадить каждое животное в соседнюю слева клетку, а из первой клетки пересадить в последнюю. Размеры клетки не позволяют помещать в одну клетку более одного кролика. Здесь ряд клеток можно рассматривать как одномерный массив.
6. В массиве C(1:4, 1:4) элементы первой строки поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить сумму элементов главной диагонали.
7. В матрице В(1:3, 1:3) определить суммы элементов последней строки и первого столбца.
8. Первый столбец в матрице D(1:2, 1:6) – это количество выпускников в какой-либо школе города, второй столбец матрицы – количество медалистов в данной школе. Определить общее число медалистов в городе и процентное отношение числа медалистов к общему числу выпускников в каждой школе города.
9. В массиве F(1:4, 1:6) определить сумму S элементов первого столбца и каждый элемент второй строки умножить на S.
10. В массиве D(1:5, 1:5) элементы второго столбца поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить сумму квадратов элементов главной диагонали.
11. В массиве А(1:3, 1:3) элементы главной диагонали поставить на место соответствующих элементов первой строки и определить сумму угловых элементов (а11, а13, а31, а33).
12. В матрице В(1:3, 1:3) умножить элементы первого столбца на N (образовать массив R(1:3)) и вычислить значение S по формуле S=b12*r1+b22*r2+b32*r3.
13. В массиве F(1:2, 1:3) определить сумму S элементов второй строки и каждый элемент третьего столбца умножить на S.
14. В массиве F(1:5, 1:5) элементы четвертой строки поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить произведение элементов главной диагонали.
15. В массиве С(1:3, 1:3) элементы главной диагонали поставить на место соответствующих элементов первого столбца и определить сумму угловых элементов (с11, с13, с31, с33).
16. В массиве D(1:3, 1:4) определить сумму R элементов первой строки и каждый элемент второго столбца умножить на R.
17. В матрице В(1:5, 1:5) определить суммы элементов второй строки и последнего столбца.
18. В массиве D(1:4, 1:4) элементы первого столбца поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить произведение элементов главной диагонали.
19. В матрице A(1:3, 1:3) умножить элементы второго столбца на N (образовать массив R(1:3)) и вычислить значение S по формуле S=a11*r1+a21*r2+a31*r3.
20. В массиве F(1:4, 1:6) определить сумму S элементов третьей строки и каждый элемент второго столбца умножить на S.
21. В массиве D(1:4, 1:4) элементы третьего столбца поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить сумму квадратов элементов главной диагонали.
22. В массиве С(1:3, 1:3) элементы главной диагонали поставить на место соответствующих элементов третьего столбца и определить сумму угловых элементов (с11, с13, с31, с33).
23. В массиве F(1:4, 1:6) определить сумму S элементов шестого столбца и каждый элемент четвертой строки умножить на S.
24. Первый столбец в матрице А(1:2, 1:4) – это количество выпускников в какой-либо школе города, второй столбец матрицы – количество медалистов в данной школе. Определить общее число медалистов в городе и процентное отношение числа медалистов к общему числу выпускников в городе.
25. В массиве F(1:5, 1:5) элементы четвертого столбца поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить сумму квадратов элементов главной диагонали.
26. В массиве D(1:3, 1:4) определить сумму R элементов третьей строки и каждый элемент четвертого столбца умножить на R
27. В матрице В(1:3, 1:3) умножить элементы третьего столбца на N (образовать массив R(1:3)) и вычислить значение S по формуле S=b12*r1+b22*r2+b32*r3.
28. В массиве А(1:3, 1:3) элементы третьей строки поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить сумму элементов главной диагонали.
29. В массиве D(1:4, 1:4) элементы четвертого столбца поставить на место соответствующих элементов главной диагонали и определить произведение элементов главной диагонали.
30. В массиве F(1:4, 1:6) определить сумму S элементов второй строки и каждый элемент пятого столбца умножить на S.

Варианты задания (разветвляющие алгоритмы)

Приведенные в условиях задач величины с индексами следует рассматривать как элементы массивов (одномерных или двумерных).

1. Вычислить значение функции Z при одном значении X: Z = Y2 + X2, где

2. Вычислить значение функции Z по одной из формул:
3. Определить значение наибольшего элемента главной диагонали матрицы А(1:3, 1:3).
4. Вывести значения x1, x2, x3 в порядке возрастания.
5. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
6. Определить значение наименьшего элемента седьмого столбца  матрицы B(1:3, 1:7).
7. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
8. Определить значение наибольшего элемента второй строки матрицы C(1:3, 1:3).
9. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:

10. Вычислить значения функций w и v:

11. Определить значение наименьшего элемента главной диагонали матрицы B(1:3, 1:3).
12. Массив B(1:3) – целый. Какому элементу массива равна величина D? D = a + a2 + a3 (a – целая величина).
13. Вывести значения x1, x2, x3, x4, x5, x6 в порядке убывания.
14. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
15. Вычислить значение функции Z по одной из формул:
16. Вычислить значение функции Z при одном значении X: Z = Y2 + X2, где

17. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
18. Определить значение наименьшего элемента четвертого столбца  матрицы B(1:3, 1:4).
19. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
20. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
21. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
22. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
23. Определить значение наименьшего элемента третьей строки  матрицы B(1:3, 1:4).

24. Вычислить значения функций w и v:

25. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
26. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
27. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
28. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
29. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:
30. Вычислить значение Y по одной из заданных формул:

Задание № 2 (4часа)

Тема Циклические алгоритмы

Цель занятия

1. Освоение основных принципов алгоритмизации.
2. Получение навыков составления алгоритмов указанных видов.

Постановка задачи  По заданию варианта составить блок-схему алгоритма

Содержание отчета

1. Постановка задачи.
2. Блок-схема алгоритма.
3. Тестовый набор и результаты отладки алгоритма.
4. Выводы.

Методические указания  

Задана последовательность чисел: 3, 5, 6, 8, 9, 11, 15, 16, 20, 21. Вычислить суммы пар чисел: первого и десятого, второго и девятого, …, пятого и шестого.

Исходные данные: X (1:10).

Результат: S (1:5).

1. Суммируем попарно элементы массива X в порядке, указанном в условии задачи: x1 и x10, x2 и x9, и т.д.
2. Запишем операции, выполняемые на первом, втором и третьем этапах решения задачи и исходя из них выявим операцию i-го этапа. Затем запишем операцию последнего этапа.

Этап 1. s1=x1+x10

Этап 2. s2=x2+x9

Этап 3. s3=x3+x8

Этап i. si=xi+x11-i       (*)

Этап 5. s5=x5+x6

3. Формула (*)  и есть рабочая формула. В ней единственная независимая переменная – величина i. Выявим все параметры этой переменной: начальное значение – 1, конечное значение – 5, закон изменения – i:=i+1.
4. Изобразим блок-схему алгоритма:

 Варианты задания

1. Матрицу А(1:n,1:m) умножить на k и найти максимальный элемент 2-го столбца.
2. Найти сумму матриц А(1:n,1:m) и B(1:n,1:m). Умножить каждый элемент 1-й строки матрицы А на соответствующий элемент последней строки матрицы В.
3. Найти сумму элементов каждой строки матрицы А(1:n,1:m) и максимальный элемент 2-й строки.
4. Определить наибольший элемент в каждом столбце матрицы А(1:m, 1:k). Вычислить сумму элементов 2-го столбца.
5. Записать элементы матрицы А(1:n,1:m) в виде массива В(1:n*m). Найти минимальный элемент 2-ой строки.
6. В матрице А(1:n,1:m) сместить каждую строку, начиная со второй на одну вверх. Первую строку поставить на место последней. Найти разность максимального элемента 6-ой строки и минимального элемента 2-ого столбца.
7. Переставить строки матрицы А(1:n,1:m): первую с последней, вторую с предпоследней и т.д. Умножить третью строку на сумму элементов 5-го столбца.
8. Элементы матрицы А(1:n,1:m), большие 5 и меньшие 20 записать в массив В(1:n*m). Вычислить разность соответствующих элементов первой и последней строки.
9. Образовать матрицу А(1:n,1:n), все элементы главной диагонали которой равны единице. Угловые элементы матрицы принять равными m, все остальные элементы – равными 10.
10. Элементы массива В(1:к) расположить в порядке возрастания их значений. Вычислить произведение максимального элемента массива на сумму всех элементов массива.
11. Определить имеются ли равные элементы в массиве В(1:к), и если имеются то заданный массив умножить на А.
12. Определить номера строк матрицы А(1:n,1:m), совпадающих с массивом В(1:к). Последний столбец матрицы умножить на Р.
13. В матрице А(1:n,1:m) определить наибольший элемент и умножить его на сумму элементов главной диагонали.
14. Определить наименьший элемент каждой четной строки матрицы А(1:n,1:m) (n - четное) и сумму этих элементов.
15. Переставить значения каждой пары элементов матрицы А(1:n,1::n), симметричных относительно главной диагонали. Найти максимальный элемент первого столбца.
16. Матрицу А(1:n,1:m) умножить на k и найти максимальный элемент 2-го строки.
17. Найти сумму матриц А(1:n,1:m) и B(1:n,1:m). Умножить каждый элемент 1-го столбца матрицы А на соответствующий элемент последнего столбца  матрицы В.
18. Найти произведение элементов каждой строки матрицы А(1:n,1:m) и максимальный элемент 2-го столбца.
19. Определить наименьший элемент в каждом столбце матрица А(1:m, 1:k). Вычислить сумму элементов 2-ой строки.
20. Записать элементы матрицы А(1:n,1:m) в виде массива В(1:n*m). Найти максимальный элемент 2-ой строки.
21. В матрице А(1:n,1:m) сместить каждую строку, начиная со второй на одну вверх. Первую строку поставить на место последней. Найти разность максимального элемента 1-ой строки и минимального элемента последнего столбца.
22. Переставить строки матрицы А(1:n,1:m): первую с последней, вторую с предпоследней и т.д. Умножить первую строку на сумму элементов последнего столбца.
23. Элементы матрицы А(1:n,1:m), большие 5 и меньшие 20 записать в массив В(1:n*m). Вычислить разность соответствующих элементов первого и последнего столбцов.
24. Образовать матрицу А(1:n,1:n), все элементы главной диагонали которой равны нулю. Угловые элементы матрицы принять равными 5, все остальные элементы – равными 9.
25. Элементы массива В(1:к) расположить в порядке убывания их значений. Вычислить произведение минимального элемента массива на сумму всех элементов массива.
26. Определить имеются ли равные элементы в массиве В(1:к), и если имеются то заданный массив умножить на 25.
27. Определить номера строк матрицы А(1:n,1:m), совпадающих с массивом В(1:к). Последнюю строку  матрицы умножить на Р.
28. В матрице А(1:n,1:m) определить наименьший элемент и умножить его на сумму элементов главной диагонали.
29. Определить наибольший элемент каждой четной строки матрицы А(1:n,1:m) (n - четное) и сумму этих элементов.
30. Переставить значения каждой пары элементов матрицы А(1:n,1::n), симметричных относительно главной диагонали. Найти максимальный элемент первой строки.