Блок-схема представляет собой графическое отображение какого-либо процесса, четко показывающего систематическую последовательность всех этапов выполнения поставленной задачи, а также все группы, которые вовлечены в данный процесс. Такая схема является системой графических символов (блоков) и линий переходов (стрелок) между ними. Каждый из таких блоков соответствует определенному шагу алгоритма. Внутри такого символа дается описание данного действия.

Для чего применяют блок-схемы?

Упомянутые системы призваны выполнять следующие функции:

Разрабатывать новый процесс;

Описывать и документировать текущий алгоритм;

Разрабатывать модификации к данному процессу либо исследовать звенья с вероятным возникновением ошибок и сбоев;

Определять, когда, где и как можно менять текущий алгоритм, с целью проверки устойчивости всей системы.

Разработка последовательности операций

Любая блок-схема строится на основе алгоритма действий, описывающего работу устройства или программы. Поэтому сначала строится сама система. "Алгоритмом" называют описание последовательности операций для решения поставленной задачи. По сути, это правила выполнения необходимых процессов Прежде чем приступить к построению алгоритма, требуется четко определить задачу: что необходимо получить в результате, какая исходная информация нужна, а какая уже имеется, есть ли ограничения для ее получения. После этого составляется список действий, которые необходимо осуществить для получения требуемого результата.

Типы алгоритмов

На практике чаще всего применяют следующие виды блок-схем:

Графическая, то есть в основе находятся геометрические символы;

Словесная: составляется с помощью обычных слов того или иного языка;

Псевдокоды: представляют собой полуформализованное описание на которое включает в себя элементы языка программирования и фразы литературного, а также общепринятые математические символы;

Программная: для записи используются исключительно языки программирования.

Блок-схема устройства: описание

Графическое представление последовательности действий включает в себя изображение алгоритма, описывающего связи функциональных блоков данной схемы, которые соответствуют выполнению одного либо нескольких действий. Блок-схема массива состоит из отдельных элементов, размеры и правила построения которых определены государственным стандартом. Для каждого типа действия (ввода данных, вычисления значений выражений, проверки условий, управления повторением действий, окончания обработки и др.) предусмотрена отдельная представленная в виде блока. Эти символы соединяются линиями, определяющими очередность действий.

Основные элементы, употребляемые при составлении блок-схем

Полный список графических символов, используемых для описания алгоритма, состоит из 42 элементов. Его весь мы приводить не будем, а рассмотрим только основное.

Элементы блок-схемы:

1. Процесс означает вычислительное действие либо последовательность таких действий, изменяющих значения, размещения данных или форму представления. Для наглядности схемы такие элементы можно объединить в один блок. Данный символ имеет вид прямоугольника, внутри которого записываются комментарии, сопровождающие выполнение операции (либо группы операций).

2. Решение. Данный блок применяется для обозначения перехода управления по определенному условию. В каждом таком элементе указывается вопрос, сравнение или условие, которые его определяет. Другими словами, решение - это выбор направления для выполнения программы или алгоритма в зависимости от некоего переменного условия. Графический вид данного элемента - это ромб. Упомянутый символ может использоваться в качестве изображения следующих унифицированных структур: выбор, развилка полная и неполная, цикл «до» и «пока».

3. Модификация. Этот блок означает начало цикла. Он применяется для организации циклической конструкции. Внутри такого элемента записывают параметр круга действий, указывают его начальные значения, граничное условие, а также шаг изменения параметра для последующего повторения. Другими словами, модификация - это выполнение меняющихся команд или их групп, операций, изменяющих программу. Графическое изображение этого символа представляет собой шестиугольник.

4. Предопределенный процесс означает вычисление по заданной или стандартной программе. Его используют для указания обращения к вспомогательному алгоритму, который существует автономно в виде отдельных самостоятельных модулей, а также для обращения к библиотечным подпрограммам. Графически вид этого символа представлен прямоугольником с двумя вертикальными полями по краям. Этот элемент служит для указаний обращений к функциям, процедурам, программным модулям.

5. Ввод-вывод данных в общем виде.

6. Пуск и остановка. Этот элемент означает начало и конец алгоритма, а также вход в программу и выход из неё. Графически данный символ напоминает прямоугольник, у которого вместо боковых прямых - дуги.

7. Документ означает вывод результатов работы на печать. Графически такой элемент напоминает прямоугольник, только вместо нижней прямой начертана полуволна.

8. Ручной ввод означает пуск данных в процесс обработки оператором с помощью устройства, которое сопряжено с компьютером (клавиатура). Графический символ ручного ввода представляет собой четырехугольник, у которого боковые линии параллельны, нижняя перпендикулярна им, а верхняя косая.

9. Дисплей означает ввод или вывод информации в случае, когда устройство непосредственно подключено к процессору. В тот момент, когда начинают воспроизводиться данные, оператор может вносить изменения во время их обработки. Графически данный элемент представляет фигуру, у которой нижняя и верхняя линии параллельны, правая - это дуга, а левая состоит из двух прямых в виде стрелки.

10. Линии потока - это стрелки, которые указывают последовательность связей. Ни одна блок-схема структуры не может обходиться без данного элемента. Существуют определенные правила начертания этих символов. Перечислим их:

Данные элементы должны быть параллельными линиям внешнего периметра или границам страницы, на которой изображена эта блок-схема;

Направление линии сверху вниз или слева направо считается основным, стрелками оно не обозначается, остальные случаи указания направлений обозначены ими;

Изменение направления данного элемента производится только под углом 90 о.

11. Соединитель. Данный элемент предназначен для указания связи на прерванных линиях потока. Эти символы используются в том случае, если блок-схема программы строится из нескольких частей. Тогда линия потока от одной части должна закончиться «соединителем», а новой части - начаться с данного символа. Внутри такого элемента ставится один и тот же порядковый номер. Графическое изображение «соединителя» - это круг.

12. Межстраничный соединитель. Назначение этого элемента аналогично предыдущему, только используется он для соединения блок-схем, размещенных на разных страницах. Изображение такого элемента представлено пятиугольником в виде домика.

13. Комментарий - это связь между различными элементами блок-схемы с пояснениями. Упомянутый элемент позволяет включать в себя формулы и прочую информацию.

Построение блок-схем

Графическое построение алгоритма - это часть документации к устройству или программе, которая всегда имеется в избытке. Однако в большинстве случаев программное обеспечение вообще не нуждается в блок-схеме. Лишь единицам требуется построение алгоритма, занимающего несколько листов, остальным же достаточно символичной схемы. Простая блок-схема показывает структуру ветвления программ только в одном аспекте. Однако даже такая структура четко видна только при условии, что алгоритм помещается на одном листе. В обратном случае, когда блок-схема расположена на нескольких страницах, связанных межстраничными переходами, весьма сложно получить о ней верное представление. Если она размещается на одном листе, то для большой программы данное изображение алгоритма превращается в ее общий план с перечнем главных блоков и этапов. Конечно же, такой график не следует стандартам построения схем, но он и не нуждается в них, так как этот процесс полностью индивидуален. Правила, касающиеся типа символов, стрелок и порядка нумерации, необходимы только для разбора подробных блок-схем.

Массивы и построение алгоритмов

Массив представляет собой совокупность однотипной информации, которая хранится в последовательных кластерах памяти и имеет общее имя. Такие ячейки называются "элементами системы". Все кластеры нумеруются по порядку. Такой номер называется "индексом элемента массива". Как составить блок-схему для подобной системы? Рассмотрим пример создания алгоритма для элементарного типа. Простейшая система имеет условно вид строки. Зададим имя для данного массива - «А». Будем считать, что наша система состоит из восьми ячеек (от 1 до 8). Каждый из упомянутых кластеров содержит случайное число, которое называется "элементом массива". Для обращения в конкретной ячейке необходимо указывать имя в (). Рассмотрим пример, в котором блок-схема массива предназначена для заполнения системы случайными числами с последующим выводом информации на экран. Что представляет собой такой алгоритм? Это элементарная система. По сути, она не имеет практического применения, однако удобна для учебного процесса. Рассматриваемая блок-схема (пример построения описан ниже) содержит всего семь основных элементов, соединенных линиями переходов.

Описание последовательности выполнения задачи

1. Первым элементом схемы будет символ «Начало».

2. Вторым блоком - «Процесс», внутри которого вписываем «инициализация random».

3. Следующий элемент - «Модификация», в блоке вписываем значение ячеек массива.

4. Далее, согласно заданной функции, происходит переадресация на следующий блок «процесса», в котором задается обращение к конкретным кластерам системы с указанием ограничения случайных чисел в диапазоне от нуля до ста. После проведения данной операции происходит возврат к третьему блоку, а через него - далее на пятый.

5. В этом блоке «Модификации», согласно вписанной функции, происходит переадресация на следующий элемент.

6. «Вывод» производит отображение информации о новом содержимом массива на мониторе с последующим направлением на предыдущий блок. Далее - на последний элемент.

7. «Конец» работы алгоритма.

На базе такой блок-схемы составляется программа, которая обеспечит работу представленного алгоритма.

«Редактор блок-схем»

Если вы задаетесь вопросом о том, как составить блок-схему, то знайте, что существуют специальные программы, которые предназначены для создания, а также редактирования таких систем. Удобством графического отображения алгоритма является то, что пользователь не привязан к синтаксису конкретного языка программирования. Построенная блок-схема одинаково подходит для всех языков (например, С, Паскаль, Бейсик и другие). Кроме того, редактор может использоваться для построения диаграмм и проверки работоспособности схем. Такая программа является специализированным софтом. Она предоставляет разнообразный набор инструментов, необходимых для построения блок-схем, что делает ее более удобной, по сравнению с обычными Дополнительные опции позволяют оптимизировать процесс составления системы с дальнейшим ее преобразованием в функции и процедуры языка программирования. Кроме того, редактор блок-схем предлагает набор шаблонов, способных существенно ускорить работу начинающего пользователя. Ведь известно, что при построении алгоритма часто применяются повторяющиеся структуры, например разнообразные варианты циклов, альтернативы (полные и неполные), множественные ветвления и прочее. Редактор позволяет выделять часто используемые в блок-схемах элементы и добавлять их в создаваемую схему. Это избавляет от прорисовки их каждый раз заново. Кроме того, с помощью редактора можно импортировать функции и процедуры, реализованные на любом известном языке программирования. Данная опция полезна для разбора структуры алгоритма, который написан на малознакомом языке. Системные требования рассматриваемой программы довольно скромные, что позволяет использовать ее на любом

Заключение

Подводя итог, следу отметить, что подробные схемы построения алгоритмов уже устарели. В качестве описания процесса они никому не интересны. В лучшем случае блок-схемы пригодны для проведения обучения новичков, которые не умеют алгоритмически мыслить. Предложенные в свое время элементы со своим содержанием являлись языком высокого уровня, они объединяли операторов языка машины в отдельные группы. На данный момент каждый графический элемент соответствует конкретному оператору. Значит, сам символ превратился в случайное, а главное - бесполезное занятие по рисованию, от которого легко можно отказаться. Сегодня стали лишними даже линии переходов, так как каждый оператор уже определен. В действительности графическое построение алгоритмов больше превозносится, чем применяется на практике. Программист с большим опытом работы, прежде чем написать программу, редко чертит блок-схему. Когда стандарт организации требует графический алгоритм, то рисуют его уже после окончания работ.

При описании алгоритмов давно и успешно используются блок-схемы (Basic Flowchart). Построение блок-схем алгоритмов регламентируется ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) "Единая система программной документации. Схемы алгоритмов программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения" . Данный государственный стандарт составлен на основе международного стандарта "ISO 5807-85. Information processing – Documentation symbols and conventions for data, program and system flowcharts, program network charts and system resources charts".

Согласно ГОСТ 19.701-90 под схемой понимается графическое представление определения, анализа или метода решения задачи. С помощью схем можно отобразить как статические, так и динамические аспекты системы. Символы, приведенные в государственном стандарте, могут использоваться в следующих типах схем :

Схемы данных – определяют последовательность обработки данных и их носители;

Схемы программ – отображают последовательность операций в программе (по сути, это и есть блок-схемы алгоритмов в традиционном понимании);

Схемы работы системы – отображают управление операциями и потоки данных в системе;

Схемы взаимодействия программ – отображают путь активации программ (модулей) и их взаимодействие с соответствующими данными;

Схемы ресурсов системы – отображают конфигурацию блоков данных и обрабатывающих блоков.

Как видно из приведенных выше типов схем, они могут использоваться не только для моделирования поведенческого аспекта, но и для задач функционального, информационного и компонентного проектирования.

При построении поведенческой модели системы используются основные принципы структурного подхода – принципы декомпозиции и иерархического упорядочения. Поведенческая модель представляет собой набор взаимосвязанных схем (диаграмм) с разным уровнем детализации, причем с каждым новым уровнем детализации система приобретает все более законченные очертания.

На схемах могут присутствовать следующие элементы графической нотации :

Символы данных – указывают на наличие данных, вид носителя или способ ввода-вывода данных;

Символы процесса – указывают операции, которые следует выполнить над данными;

Символы линий – указывают потоки данных между процессами и/или носителями данных, а также потоки управления между процессами;

Специальные символы – используются для облегчения написания и чтения схем.

Кроме деления по смысловому содержанию, каждую категорию символов (кроме специальных) делят на основные и специфические символы. Основной символ используется в тех случаях, когда точный вид процесса или носителя данных неизвестен или отсутствует необходимость в описании фактического носителя данных (процесса). Специфический символ используется в тех случаях, когда известен точный вид процесса или носителя данных и это необходимо отобразить на схеме. В следующей таблице приводятся элементы графической нотации блок-схем.

Таблица 8.1. Условные обозначения на блок-схемах

Блок-схемой будем называть такое графическое представление алгоритма, когда отдельные действия (или команды) представляются в виде геометрических фигур – блоков . Внутри блоков указывается информация о действиях, подлежащих выполнению. Связь между блоками изображают с помощью линий, называемых линиями связи , обозначающих передачу управления.

Существует Государственный стандарт, определяющий правила создания блок-схем. Конфигурация блоков, а также порядок графического оформления блок-схем регламентированы ГОСТ 19.701-90 "Схемы алгоритмов и программ". В табл. 2.1 приведены обозначения некоторых элементов, которых будет вполне достаточно для изображения алгоритмов при выполнении студенческих работ.

Правила составления блок-схем:

Каждая блок-схема должна иметь блок «Начало » и один блок «Конец ».

«Начало » должно быть соединено с блоком «Конец » линиями потока по каждой из имеющихся на блок-схеме ветвей.

В блок-схеме не должно быть блоков, кроме блока «Конец », из которых не выходит линия потока, равно как и блоков, из которых управление передается «в никуда».

Блоки должны быть пронумерованы. Нумерация блоков осуществляется сверху вниз и слева направо, номер блока ставится вверху слева, в разрыве его начертания.

Блоки связываются между собой линиями потока, определяющими последовательность выполнения блоков. Линии потоков должны идти параллельно границам листа. Если линии идут справа налево или снизу вверх , то стрелки в конце линии обязательны , в противном случае их можно не ставить.

По отношению к блокам линии могут быть входящими и выходящими . Одна и та же линия потока является выходящей для одного блока и входящей для другого.

От блока «Начало » в отличие от всех остальных блоков линия потока только выходит, так как этот блок – первый в блок-схеме.

Блок «Конец » имеет только вход, так как это последний блок в блок-схеме.

Для простоты чтения желательно, чтобы линия потока входила в блок «Процесс» сверху, а выходила снизу.

Чтобы не загромождать блок-схему сложными пересекающимися линиями, линии потока можно разрывать. При этом в месте разрыва ставятся соединители , внутри которых указываются номера соединяемых блоков. В блок-схеме не должно быть разрывов, не помеченных соединителями.

Чтобы не загромождать блок, можно информацию о данных, об обозначениях переменных и т.п. размещать в комментариях к блоку.

Типы алгоритмов

Тип алгоритма определяется характером решаемой в соответствии с его командами задачи. Различают три типа алгоритмов: линейные, разветвляющиеся, циклические.

Линейный алгоритм состоит из упорядоченной последовательности действий, не зависящей от значений исходных данных, при этом каждая команда выполняется только один раз строго после той команды, которая ей предшествует.

Таким, например, является алгоритм вычисления по простейшим безальтернативным формулам, не имеющий ограничений на значения входящих в эти формулы переменных. Как правило, линейные процессы являются составной частью более сложного алгоритма.

Разветвляющимися называются алгоритмы, в которых в зависимости от значения какого-то выражения или от выполнения некоторого логического условия дальнейшие действия могут производиться по одному из нескольких направлений.

Каждое из возможных направлений дальнейших действий называется ветвью .

В блок-схемах разветвление реализуется специальным блоком «Решение» . Этот блок предусматривает возможность двух выходов. В самом блоке «Решение» записывается логическое условие, от выполнения которого зависят дальнейшие действия.

Различают несколько видов разветвляющихся алгоритмов.

1. «Обход» – такое разветвление, когда одна из ветвей не содержит ни одного оператора, т.е. как бы обходит несколько действий другой ветви.

2. «Разветвление» – такой тип разветвления, когда в каждой из ветвей содержится некоторый набор действий.

3. «Множественный выбор» – особый тип разветвления, когда каждая из нескольких ветвей содержит некоторый набор действий. Выбор направления зависит от значения некоторого выражения.

Циклические алгоритмы применяются в тех случаях, когда требуется реализовать многократно повторяющиеся однотипные вычисления. Цикл – это последовательность действий, которая может выполняться многократно, т.е. более одного раза.

Различают:

циклы с известным числом повторений (или со счетчиком);

циклы с неизвестным числом повторений (циклы с предусловием и циклы с постусловием).

В любом цикле должна быть переменная, которая управляет выходом из цикла, т.е. определяет число повторений цикла.

Последовательность действий, которая должна выполняться на каждом шаге цикла (т.е. при каждом повторении цикла), называется телом цикла или рабочей частью цикла .

Если не очень хочется неаккуратно чиркать в тетрадке, а рисовать заставляют. Конечно, мы рассматриваем только бесплатные варианты:)

• draw.io . Отличный бесплатный сервис для онлайн-рисования бизнес-схем и блок-схем. Сохраняет файл в формате.xml, но можно и заскриншотить, отключив показ сетки (Grid). Интегрируется с Google Drive.
• Google Drawing . Авторизуйтесь в своём гугль-профиле, скажите в меню страницы Файл - Создать - Рисунок и получите удобную рисовалку, после которой можно скачать в pdf или популярных графических форматах.

Пожалуй, эти сервисы - лучшие, хотя есть и немало альтернатив:

• lucidchart . После секундной регистрации и выбора Start Free Account получаем удобные и легко масштабируемые схемы, которые затем можно опубликовать и скачать в нужном формате.
• creatly . "Try creatly now" - и можно рисовать сразу же. Правда, нужно разрешить загрузку флешки и экспорт файлов доступен только для зарегистрированных пользователей. Но ведь скриншоты никто не отменял:)
• iyopro.com . Бесплатный проект, правда, он на Silverlight и запустится не у всех (например, будет работать в Internet Explorer).
• gliffy . После короткой регистрации, не требующей подтверждения, можно сразу начать рисовать схемы.
• cacoo . Позиционирует себя как "Cloud-based diagrams, the easy way".
• Violet . Оффлайн-редактор UML-диаграмм, для продвинутых:)
• Блок-схема от paslab . Уникальный отечественный сервис для преобразования программок на Паскале в блок-схемы:)

Основные элементы блок-схемы. Типы блок-схем.

Описание алгоритма с помощью блок схем осуществляется рисованием последовательности геометрических фигур, каждая из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками. Написание алгоритмов с помощью блок-схем регламентируется ГОСТом. Внешний вид основных блоков, применяемых при написании блок схем, приведен на рисунке.

Представление алгоритма программы в виде блок-схемы имеет два недостатка:

· предполагает слишком низкий уровень детализации, что часто скрыва­ет суть сложных алгоритмов

· и позволяет использовать неструктурные способы передачи управления (goto), причем часто на схеме алгоритма они выглядят проще, чем эквивалентные структурные.

Кроме схем, для описания алгоритмов можно использовать псевдокоды , Flow-формы и диаграммы Насси-Шнейдермана . Все перечисленные способы с одной стороны базируются на тех же основных структурах, а с другой стороны, допускают разные уровни детализации.

Каждый символ Flow-формы соответствует управляющей структу­ре и изображается в виде прямоугольника. Для демонстрации вложенности структур символ Flow-формы вписывается в соответствующую область прямоугольника любого другого символа. Символы Flow-форм, соответствую­щие основным и дополнительным управляющим конструкциям, приведены на рисунке А1.

Рисунок А2 - Условные обозначения диаграмм Насси-Шнейдермана для основных конструкций:

а - следование; б - ветвление; в - выбор; г - цикл-пока; д - цикл-до

Основное отличие диаграмм Насси-Шнейдермана от Flow-форм заключается в том, что область обозначения условий и вариантов ветвления изображают в виде треугольников (рисунок А2). Такое обозначение обеспечивает большую наглядность представления алгоритма.

Общим недостатком Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана являет­ся сложность построения изображений символов, что усложняет практическое применение этих нотаций для описания больших алгоритмов.

В отличие от блок-схем псевдокоды не ограничивают степень детализации операций, но, не являясь графическими, хуже отображают их вложенность.

Описать неструктурный алгоритм с помощью псевдокодов, Flow-форм и диаграмм Насси-Шнейдермана невозможно, т. к. для неструктурной передачи управления в них отсут­ствуют условные обозначения. Их использование изначально ориентирует проектировщика толь­ко на структурные способы передачи управления, а потому требует тщательного анализа алгоритма.

В зависимости от последовательности выполнения действий в алгоритме выделяют алгоритмы:

· линейной,

· разветвленной

· и циклической структуры.

В алгоритмах линейной структуры действия выполняются последовательно одно за другим.

В алгоритмах разветвленной структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия производятся различные последовательности действий. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

В алгоритмах циклической структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цикла. Вложенным называется цикл, находящийся внутри тела другого цикла. Различают циклы с предусловием и постусловием:

Итерационным называется цикл, число повторений которого не задается, а определяется в ходе выполнения цикла. В этом случае одно повторение цикла называется итерацией.

Итак: При всем многообразии алгоритмов решения задач в них можно выделить три основных вида вычислительных процессов:

· линейный ,

· разветвленный

· и циклический ,

для реализации которых в программах используют соответствующие базовые управляющие конструкции:

· следование ,

· ветвление ,

· цикл-пока.

Помимо базовых, процедурные языки программирования высокого уровня используют еще три конструкции (структуры), которые легко реализуются через базовые:

· выбор ,

· цикл-до ,

· цикл с заданным числом повторений .

Перечисленные шесть конструкций были положены в основу структур­ного программирования . Слово «структурное» в названии подчеркивает тот факт, что при программировании использованы только перечисленные конструкции. Отсюда и понятие «программирование без go to». Программы, написанные с использованием только структурных операторов передачи управления, называют структурными, чтобы подчеркнуть их отличие от программ, при реализации которых исполь­зовались низкоуровневые способы передачи управления.

Разработанный алгоритм реализуется в виде программных кодов (программы ) на одном из языков программирования.