Алгоритмический язык - формальный язык, используемый для записи, реализации или изучения алгоритмов. Основные служебные слова алгоритмического языка

Любой язык программирования изобилует разнообразными ключевыми словами, функциями или классами. Как правило, все они используют английский язык, на котором описываются методы или аргументы. В некоторых средах и вовсе встречаются просто сокращения машинных функций. Это в значительной степени затрудняло освоение разработки на начальных этапах. С целью повысить скорость понимания была создана серия специальных алгоритмических языков программирования, которые состояли из понятных и доступных слов и их сочетаний, ясных даже неподготовленному человеку.

Немного истории

Для общения с первыми компьютерами использовались языки программирования, максимально приближенные к машинному коду, состоящему из нулей и единиц. Естественно, что запомнить множество команд было очень сложной задачей. К тому же методика распределения памяти при программировании полностью возлагалась на плечи разработчика. А если он допускал небольшую ошибку, то приходилось все переделывать сначала.

Большую роль в переходе от машинного языка к более подходящему человеку сыграл язык программирования низкого уровня ассемблер. В нем использовались мнемонические значения и символы. Это упростило задачу разработчика, так как теперь из комбинаций управляющих инструкций и числовых кодов он мог более продуктивно выстраивать свои алгоритмы. Несмотря на всю свою гибкость и мощность, язык все также был сложен в освоении.

Для обучения разработке и алгоритмам в учебных заведениях началось внедрение языка программирования бейсик. Он уже содержал в себе много команд, ключевых слов, понятных обучаемому. Бейсик до сих пор используется для освоения азов программирования.

С созданием первого алгоритмического языка программирования — алгола - дело освоения алгоритмов значительно ускорилось.

Что представляет собой алгоритм

Если уйти от сухой теории и определений, то алгоритм — это последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи. Несмотря на всю витиеватость выражения, с этим понятием человек сталкивается повседневно. Например, чтобы попить чай, нужно выполнить следующую последовательность:

1. Поставить чайник на плиту.
2. Дождаться его закипания.
3. Налить кипяток в воду.
4. Опустить чайный пакет в чашку.
5. Добавить необходимое количество сахара, молока или мёда.

Данная последовательность весьма упрощена, однако представляет собой самый простой алгоритм.

Так же, как и человек, вычислительная машина способна выполнять определённую последовательность задач. Однако, для того чтобы она их чётко понимала, нужно учитывать, что для ЭВМ отсутствует множество очевидных для людей понятий. К тому же алгоритм должен точно описывать все необходимые действия. Для этой цели и служит алгоритмический язык, который создаёт некий мост между машиной и человеком.

Свойства и особенности алгоритмического языка

Алгоритмический — формальный язык, на котором описываются алгоритмы, предполагаемые для выполнения на вычислительных машинах. Как правило, он не привязан к какой-либо архитектуре машины. Это помогает значительно повысить и ускорить написание кода. Как яркий пример - алгоритмический язык бейсик. Паскаль и си также оказались популярными, так как обладали простым синтаксисом и скоростью изучения.

Структура реализована таким образом, что процедуры, описанные в коде, выполняются одна за другой. То есть один алгоритм — одна задача. Это похоже на создание функций или методов в языках С и Java.

Весь код строится из ключевых слов, описывающих событие или переменную.

Различия между машинными и алгоритмическими языками

Ярким представителем машинно-зависимого языка является ассемблер. Программирование на нем сводится к тому, чтобы указать транслятору особыми метками, что и куда нужно переместить или какую область данных заполнить. Так как синтаксис ассемблера больше похож на машинный, то изучать и писать на нем код довольно затруднительно. Ниже вы видите, как могут выглядеть команды для разных процессоров.

Поэтому формальный язык или алгоритмический был создан с большим количеством понятных человеку ключевых слов и имён.

Ключевые слова

Алгоритмический язык состоит из ключевых слов, которые представляют собой сокращения полного обозначения действий или переменных. Это позволяет сократить длину кода, оставляя его при этом понятным.

• Алг. С этого ключевого слова начинается любой алгоритм. В нем описывается название и в скобках указывается, какие аргументы он принимает для вычисления, и что должно получиться в результате.
• Арг. Обозначает аргументы алгоритма. Отражает тип и название значения, которое будет использован в коде.
• Рез. Данное ключевое слово служит для обозначения типа и имени переменной, в которую будет необходимо поместить результат вычисления.
• Нач. Означает непосредственное начало выполнения алгоритма. Длится до ключевого слова кон. Весь промежуток от "нач" до "кон" называется телом текущего алгоритма.
• Кон. Сообщает о том, что выполнение алгоритма окончено.
• Дано. Говорит о некоторых особенностях и нюансах использования алгоритма или об ограничениях. Например, здесь можно указать, что длины сравниваемых строк должны быть одинаковыми. Использование ключевого слова "дано" необязательно.
• Надо. Более подробное описание того, что должно получиться в результате выполнения алгоритма. Так же, как и "дано", может опускаться, но для построения более понятного и подробного кода его использование рекомендуется.

Список данных ключевых слов относится к заголовку и обозначению тела алгоритма. А вот так выглядят лексемы для переменных:

• Цел. Тип переменной целых чисел. Диапазон их должен варьироваться от -32768 до 32767.
• Вещ. Вещественные числа. Например, с экспонентой или дробной частью.
• Лог. Это ключевое слово означает, что будет использована переменная логического типа, способная принимать только "да" или "нет".
• Сим. Сюда входят значения с одиночными символами, например, «а», «3».
• Лит. Строковые переменные, которые могут содержать целые текстовые строки.
• Таб. Обозначает таблицу с данными определённого типа. Представляет собой аналог массива из других языков программирования.

Дополнительные служебные слова

Следующий список слов используется для организации механизмов ветвления и циклов.

• Для. Применяется для перебора всех значений определённого диапазона. Используется для циклов, т. е. непрерывного выполнения каких-либо процедур с данными.
• От и до. Указывает, какой именно диапазон значений нужно перебрать в цикле типа "для".
• Пока. Также служит для перебора нескольких значений. Используется для работы до тех пор, пока не выполнится определённое условие.
• Нц и кц. "Нц" в алгоритмическом языке означает начало тела цикла, а "кц" - конец. Между этими двумя ключевыми словами встраиваются необходимые для вычисления процедуры.
• Если. С помощью этого слова реализуется структура ветвления. Таким образом можно определить ход программы в нужном направлении, учитывая условия.
• То, иначе. Два слова, работающих в паре с "если". Также выстраивают механизм ветвления.
• Выбор. Удобный инструмент для осуществления ветвления из нескольких значений одного типа. Работает в паре с ключевым словом "при" и "иначе".
• Все. Означает окончание механизма ветвления.
• Ввод. Данное ключевое слово позволяет пользователю вводить значения переменных в ходе работы программы для их последующей обработки.
• Вывод. Производит вывод данных на экран.

Основные структуры языка

Алгоритмический язык программирования помогает выстраивать различные структуры, которые производят вычислительные функции в удобной форме. В общем, любой язык может использовать несколько определённых механизмов и их сочетания.

Структура следования

При проектировании такого вида структуры выполнение кода происходит непосредственно строка за строкой. Общий пример можно выразить таким образом:

алг Сумма двух чисел (арг цел a, b, рез цел S)

нач

ввод a, b

S := a + b

вывод «S = », S

кон

В данном примере происходит вычисление суммы двух чисел, введённых пользователем. В начале слово "алг" показывает, что алгоритм начинается, и кратко описывает, что именно он делает. В скобках определяются аргументы, необходимые для работы программы, и переменная, которая послужит контейнером для хранения результатов. Далее идёт ключевое слово "нач", показывающее непосредственное начало выполнения выражений и процедур. Рядом с "нач" можно определить и некоторые промежуточные переменные.

В теле алгоритма ключевое слово "ввод" принимает от пользователя данные и записывает их в переменные. Затем они складываются, и их сумма присваивается S. Перед концом алгоритма результат работы программы выводится на экран посредством ключевого слова "вывод". Данная запись на алгоритмическом языке типична и для многих других сред программирования.

Структура ветвления

Ход программы не всегда должен выполняться строка за строкой. Иногда нужно определить или изменить значение некой переменной в зависимости от ситуации. Например, при условии, что х = 0, не осуществлять деление на х.

Алгоритмический язык программирования для этого использует несколько вариантов конструкций и ключевые слова "если", "то", "иначе" или "выбор". После "если" устанавливается условие, по которому будет определяться критерий перехода в другую ветвь. Например, так:

если х = 0

то у = 1

все

Таким образом можно менять значения переменных в зависимости от других факторов. Данный пример не полностью охватывает все возможные реализации. Поэтому дополнительно к конструкции применяется ключевое слово "иначе". Оно позволяет перейти в другую ветвь, если условие не соответствует выбранным критериям.

если х = 0

то у = 1

иначе у = 0

все

То есть в случае, когда х будет не равен нулю, у также обнулится вне зависимости от значения, которое он имел до этого.

Более удобным средством для осуществления множественного выбора является конструкция "выбор". Она позволяет перебрать несколько условий. При срабатывании одного из них будет выполнено указанное для него действие.

выбор

при х = 0: у = 0

при х = 1: у = 1

при х = 2: у = 2

все

Данный пример демонстрирует зависимость переменной у от х. Программа пробегает по всем данным и сравнивает текущее значение х с указанным в условии. При нахождении соответствия выполняет следующее за ним действие. Эту конструкцию можно также комбинировать с ключевым словом "иначе" для более гибких решений, когда ни одно из условий не отработало.

Циклы

Циклы играют очень важную роль в программировании. Практически ни одна разработка не сможет обойтись без реализации этой конструкции. В общем случае циклы решают задачу выполнения однотипных действий с несколькими переменными многократно. Это удобно, например, при заполнении массивов данными по известной формуле, его сортировки или же подсчёта некоторых значений.

Ключевое слово "пока" позволяет организовать цикл, в котором определённое действие будет повторяться до тех пор, пока не удовлетворится некое условие. Например:

нц пока х <= 3

у := у + х

х := х + 1

кц

В данном примере у будет увеличиваться до тех пор, пока х не станет больше 3. Для того чтобы цикл не был бесконечным, х нужно в каждом проходе изменить в большую сторону, например на 1, что и делает вторая строка кода.

Ключевое слово "для" применяется к некоторому диапазону чисел, который нужно перебрать последовательно, выполняя с ними какие-либо действия. Данная конструкция используется, когда конечное число элементов известно.

Синтаксис его выглядит так:

нц для х от 1 до 3

у := у + х

кц

Служебные слова "от" и "до" показывают диапазон значений, которые необходимо перебрать. Таким образом в первой итерации х = 1, в результате прохода у приобретёт также значение 1. Дальше управление опять перейдёт в начало, и х теперь будет равен 2, соответственно, у станет 3.

Используя совместные конструкции циклов и ветвления, можно выстраивать простейшие алгоритмы для решения лёгких задач и получения знаний о работе языков программирования.

Стандартные функции

Алгоритмический язык обладает стандартными функциями, которые уже в него встроены. Они способны облегчить некоторые рутинные операции с числами и выражениями. Штатные функции алгоритмического языка могут производить вычисление квадратного корня, логарифмы, модули, синусы, косинусы и т. д:

• абсолютный модуль — abs(x);
• корень квадратный — sqrt(x);
• натуральный и десятичный логарифмы — ln(x) и lg(x);
• минимум и максимум двух чисел — min(x,y), max (x,y);
• синус, косинус, тангенс, котангенс — sin(x), cos(x), tg(x), ctg(x).

Данные стандартные возможности позволяют избежать создания «велосипеда», помогая реализовать простейшие функции штатными средствами.

Логические выражения

Логические выражения отражают, удовлетворяет ли некая операция условию. Например, х > 0 будет иметь значение "истина" при х, равном 1, 2, 25 или любом другом числе больше нуля. Алгоритмический язык содержит логические выражения, которые помимо стандартных математических операций могут использовать следующие ключевые слова и операторы:

• И. Означает, что выражения, между которыми находится ключевое слово, должны удовлетворять определённому условию: (х>0) и (у>0);
• Или. Одно из выражений может не удовлетворять условию, например, (х>0) или (у>0);
• Не. «Переворачивает» логическое значение выражения. Например, такая конструкция не (х>0), означает, что х все же должен быть не больше нуля.

Также присутствуют операторы сравнения - <, >, =, которые могут сочетаться, создавая выражения типа больше или равно.

Небольшая программа для алгоритмического языка

Далее будет представлен небольшой пример кода. Учебный алгоритмический язык позволяет создавать примерные муляжи реальных больших программных комплексов, решающих самые сложные задачи.

Для понимания процесса можно организовать программу, взаимодействующую с пользователем. Она будет запрашивать число, а машина - возводить его в квадрат.

Составляющие алгоритмического языка имеют в своем составе множество ключевых слов. Первое, с чего начинается программа, это объявление об алгоритме — алг.

алг Возведение числа в квадрат ()

В скобках нужно указать аргумент, который будет представлять собой значение от пользователя и результат. Также не стоит забывать про объявление типов этих данных.

алг Возведение числа в квадрат (арг цел х, рез цел S)

Теперь машина будет знать, что взаимодействовать ей придется с переменной типа целое число, а результатом ее работы будет S.

Далее идет начало тела алгоритма, в котором можно определить промежуточные значения при необходимости.

нач

Первое, что нужно сделать, осуществить ввод данных. Это производится с помощью ключевого слова "ввод".

ввод х

Теперь непосредственно в теле алгоритма нужно описать ряд команд, с помощью которых будет реализовываться подсчёт квадратов чисел.

S := х*х

вывод «S = », S

Алгоритмический язык, команды которого позволяют реализовать присвоение, записываются в виде :=. Тем самым в переменную S попадает значение произведения х на самого себя. Строка с выводом показывает результат на экране. Ну и завершается все это ключевым словом "кон". Полный код теперь будет выглядеть так:

алг Возведение числа в квадрат (арг цел х, рез цел S)

нач

ввод х

S := х*х

вывод «S = », S

кон

Вот таким простым образом реализуется алгоритм подсчёта квадрата введённого числа. Программу можно усложнить, добавив к ней сумму всех операций. И тогда она будет выглядеть так:

алг Возведение числа в квадрат и расчёт их суммы (арг цел х, рез цел S)

дано | х > 0

надо | S = 1*1 + 2*2+ … + x*x

нач цел а

ввод х; S:=0

нц для а от 1 до х

S:= S + a*a

кц

вывод «S = », S

кон

В этом варианте используется цикл, промежуточная переменная а и краткое указание к задаче в разделах "дано" и "надо". Теперь, если передать программе некое число, она возведёт его в квадрат и выведет сумму квадратов всех чисел, ему предшествующих.

Использование и развитие алгоритмических языков

Алгоритмический язык распространён в среде обучения для понимания базовых норм и правил программирования. Например, бейсик, который проходят во многих школах. Он отлично отражает все парадигмы такого термина, как императивный язык программирования, в котором все команды выполняются последовательно одна за другой.

Из-за приближённости описываемых конструкций и ключевых слов к человеческому языку писать код стало гораздо проще, нежели на полностью машинных или машинно-зависимых моделях. Семейство языков программирования алгол зашло в своем развитии дальше всех, так как его синтаксис был представлен в нескольких локализациях. Писать код можно было даже на русском языке.

В общем, развитие алгоритмических языков сильно повлияло на программирование в целом и позволило большому количеству человек стать разработчиками. Современные средства становятся все более доступны и понятны. Языки программирования высокого уровня содержат все больше функций с говорящими именами и названиями. Пределов их использованию становится все меньше. Таким образом, в будущем возможна более понятная и естественная реализация разработки.