Моделирование в среде Лого занятие 2. Алгоритмы обработки Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Кузнецова Ирина Николаевна

МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ ЛОГО ЗАНЯТИЕ 2. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ

Мы познакомились со встроенными объектами среды Лого. Изучение любого языка программирования подразумевает знакомство со встроенными объектами этого языка.

Мы узнали, что любой ^п объект обладает параметрами, '-У? " которые можно измерять и из-■ ■ —у менять. Для каждого объекта существуют действия (в программировании они называются - методы), которые как раз и меняют значения параметров.

Некоторые действия в среде Лого выполняются с помощью визуальных инструментов (кнопок). Все возможные действия задаются командами языка программирования. Язык программирования позволяет описывать и новые действия, и новые объекты.

Однако прежде чем мы перейдем к таким высотам использования языка, следует разобраться с алгоритмами.

Зачем нам нужны программы? Обычно, работая на компьютере, мы ставим себе какую-то цель. Достичь этой цели можно, выполняя команды в определенной последовательности. Человек, естественно, ошибается и хотел бы повторить некоторые действия сначала. Писать их или даже просто выполнять из командного центра в нужной последовательности - довольно утомительно, что приводит к новым ошибкам.

Программа - это последовательность команд (действий), которая имеет уникальное имя и которую можно запускать, указывая это имя.

Оказывается, можно читать текст программы, как математическую формулу, и понимать, что будет происходить в компьютере при ее выполнении.

Анализ текста программы, поиск ошибок в программе при неправильной ее

работе напоминает работу сыщика.

Мы воспользуемся достижениями науки и не будем набивать себе шишки бессистемным программированием. Мы познакомимся с основными типами алгоритмов, научимся их записывать на языке программирования. Затем более сложные алгоритмы уже будем конструировать из этих базовых. Научно говоря, мы будем осуществлять структурное и процедурное программирование.

Итак, основных типов алгоритмов всего три: линейный, циклический и разветвляющийся. Не забудем и про вспомогательный алгоритм.

ЗАДАНИЕ 1.

Линейный алгоритм.

Вспомогательный алгоритм

Рассмотрим задачу про черепашку-путешественницу (см. рисунок 1).

Черепашка t1 живет в Санкт-Петербурге. Она хочет посетить все столицы Европы, рисуя свой путь линией случайного цвета. Столицы отмечены на карте. Выберите для черепашки маршрут путешествия. В каждой столице находится туроператор (расположите там черепашку с именем tour),

который помогает определить расстояние и направление до этого города. Для измерения расстояния между городами используется датчик distance. Для поворота к нужному городу имеется команда towards.

Вы можете сами выбрать подходящий маршрут, а черепашке поручить нарисовать его.

Допустим, маршрут такой: Санкт-Петербург - Лондон - Париж - Берн.

Напишем процедуру «конструктор» для размещения на карте черепашек tour и t1. Назначим tour действия для измерения и вывода в командный центр координат выбранных городов.

Для удобства напишем процедуру следования черепашки за курсором мыши и назначим ее кнопке bmouse. Не забудем написать и процедуру «деструктор».

Получились такие программы:

to constr

newturtle "t1 st pu setc 95 home setsh 3 stamp setsh 0 t1, setinstruction [eurotour] newturtle "tour st pu fd 20 setc 14 tour, setinstruction [show pos] newbutton "bmouse [-183 -170] [за_мышью] end

to за_мышью

tour, forever [setpos mousepos] end

to destr eg

remove "t1 remove "tour remove "bmouse end

Все действия в этих программах выполняются один раз строго в том порядке, в каком они написаны.

Линейный (последовательный) алгоритм - описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке.

Заданный порядок определяется нашими правилами чтения текста - слева направо и сверху вниз.

Как вызывать написанные программы? Имя программы стало новой командой. Можно написать имя программы в командном центре и ввести его как команду. Можно назначить для выполнения при щелчке на кнопку (см. кнопку bmouse).

Щелкните на кнопку за_мышью.

Черепашка tour «приклеется» к указателю мыши. Наведите указатель на столицу и щелкните. После щелка на черепашку в командном центре будут появляться координаты местоположения выбранных городов.

Допустим, вы получили такие данные:

Санкт-Петербург: 62 94

Берн: -53 -32

Париж: -90 -36

Лондон: -98 31

Осталось написать программу для черепашки t1, используя выведенные данные.

to eurotour setpos [62 94] setpensize 5 pd setpos [-53 -32] setpos [-90 -36] setpos [-98 31] setpos [62 94] pu end

Конечно, вы могли перепутать последовательность городов, захотели изменить

маршрут, а на карте уже нарисованы линии, которые будут мешать при следующем запуске программы eurotour.

Для возобновления состояния карты и других объектов и служит программа constr. Правда, перед ее запуском надо удалить созданные ранее объекты. Для этого служит программа destr. Для удобства пользования этими двумя программами напишем новую программу:

to again destr constr end

Мы видим, что из этой программы вызываются две программы, написанные ранее. В этом случае они помогают быстро восстановить карту.

Вспомогательный алгоритм - алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя.

Вспомогательная программа (процедура) - программа, которая вызывается из других программ.

Очевидно, что для проверки и выполнения программы необходимо, чтобы текст ее был понятен не только компьютеру, но и человеку.

Правила:

- один алгоритм должен помещаться на одной странице;

- у каждого алгоритма только один вход и только один выход;

- сложный алгоритм составляется из более простых вспомогательных алгоритмов.

Процедуры1 - это кирпичики, из которых можно собирать более сложные программы.

Программный модуль - программа, из

которой вызываются процедуры.

Составьте процедуры для рисования цифр почтового кода (задание 7.15 из [2]).

Напишите программу-модуль для рисования своего почтового кода, используя эти процедуры.

ЗАДАНИЕ 2.

Разветвление

В задании 1 вы сами назначали маршрут путешествия, выбирая его из разных возможных вариантов. Человек часто стоит перед выбором - выбором действия, предмета и т. д. В русском языке выбор записывается с помощью условного предложения, которое имеет следующую структуру:

если <условие> то <действие1 > иначе <действие2>

Что такое условие? Условие - такой вопрос, на который можно ответить только «Да» или «Нет»

Выбор можно поручить и компьютеру, если суметь записать условное предложение на языке программирования.

Для этого служит алгоритмическая конструкция, которая обеспечивает выбор одного из двух возможных списков действий в зависимости от значения условия. ■ ^

Алгоритм выбора - алгоритм, в котором выбирается одно или другое действие в зависимости от условия.

Условие задается операцией сравнения или более сложным логическим выражением и может быть истинным (значение 'да') или ложным (значение 'нет').

Разветвление может быть полным и неполным. Соответственно, в языке Лого имеются две команды: для полного разветвления

ifelse <условие> [<список действий 1>] [<список действий 2>]

для неполного разветвления, в котором отсутствует список действий для ложного значения условия

if <условие> [<список действий 1>]

Выбор из нескольких вариантов

Команду if можно использовать для организации выбора одного списка действий из нескольких возможных - так называемой конструкции case. Если все условия ложны, выполнение процедуры может заканчиваться, даже если этот выбор включен в цикл. Останов текущей процедуры - команда stop.

if <условие> [<список действий 1>] if <условие> [<список действий 2>] if <условие> [<список действий 3>]

if <условие> [stop]

В качестве примера разобрем задачу управления объектом с помощью клавиатуры. Допустим, мы хотим управлять черепашкой tour через клавиши управления курсором. Код нажатой клавиши считывается и вычисляется датчиками readchar и ascii:

Выбор действия, соответствующего нажатой клавише, осуществляется по следующему алгоритму:

to actcase tour,

if (ascii readchar) = 38 [seth 0 fd 10]

;нажата клавиша «вверх» if ( ascii readchar) = 40 [seth 180 fd 10]

;нажата клавиша «вниз» if ( ascii readchar) = 39 [seth 90 fd 10 ] ;нажата клавиша «вправо» if ( ascii readchar) = 37 [seth 270 fd 10 ]

;нажата клавиша «влево» if ( ascii readchar) = 27 [stop ]

;нажата клавиша «ESC»

end

Заметим, что датчик readchar начинает работать после щелчка мышью в любом месте Рабочего поля.

ЗАДАНИЕ 3. Циклический алгоритм

Рассмотрим текст программы

за_мышью.

В теле программы всего одна строчка: tour, forever [setpos mousepos]

Первое слово называет имя объекта - tour,, который будет выполнять следующие команды.

В квадратных скобках - команда установки объекта tour на место положения указателя мыши: setpos mousepos.

Что означает слово forever?

В переводе на русский язык это значит «всегда».

На языке Лого команда forever или всегда показывает, что список команд, заключенный в квадратные скобки, надо выполнять много раз.

Циклический алгоритм - описание действий, которые должны повторяться в указанном порядке (как записано) указанное число раз или пока не выполнится заданное условие.

Известны три вида циклов: - перечисляемый (с заранее известным числом повторений),

- с предусловием,

- с постусловием.

Перечисляемый цикл

В Лого такой цикл можно организовать разными способами:

1. Команда repeat обеспечивает повторение указанное число раз списка команд.

repeat <число повторений>

[<повторяемые действия>]

Вот алгоритм рисования цветного квадрата:

/Fir-

to sqc pd

repeat 4[fd 30 rt 90]

rt 45 pu fd 30 / 2 pd fill bk 30 / 2 lt 45 end

2. Команда dolist организует повторение указанных действий для каждого значения заданной переменной.

dolist [<имя переменной>

[<список значений этой переменной>]] [<список повторяемых действий>]

Предположим, надо нарисовать 5 квадратов, каждый из которых имеет определенный цвет (см рисунок 2). Цвета квадратов не связаны никакой зависимостью. Команда dolist будет содержать список значений этих цветов. Ряд из квадратов:

to row

dolist [col [15 45 65 75 95]]

[setc :col sqc fd 30]

end

3. Команда dotimes обеспечивает повторение указанных действий для каждого значения из диапазона указанной числовой переменной (минимальное значение этой переменной - 0).

dotimes [<имя переменной >

<верхнее значение диапазона>] [<список повторяемых действий >]

Если запустить программу clock, вы увидите на Рабочем поле секундную стрелку (см. рисунок 3):

to clock seth 0

dotimes [k 360] [setc 9 arrow wait 1 setc 0 arrow seth :k] setc 9 arrow st end

Рисунок 3.

/

Рисунок 2.

Вспомогательный алгоритм рисования стрелки:

to arrow ht fd 100

lt 45 bk 20 fd 20 rt 45 rt 45 bk 20 fd 20 lt 45 bk 100 end

Цикл с постусловием

На языке Лого для цикла с постусловием нет специальной команды, поэтому приходится организовывать его с помощью других команд:

repeat <max число повторений»

[dddl if <условие окончания цикла> [stopme] ]

to ddd1

<повторяемые действия> end

Рассмотрим пример. Как установить защиту своего проекта? Можно защитить его паролем. Напишем программу, которая вызывается сразу после загрузки проекта и запрашивает пароль. Дается три попытки для ввода пароля. Если все-таки он оказался неверным,

программа запрещает работу с проектом (см. рисунок 4). to startup

repeat 3 [/запрашиваем и вводим пароль question [Введи пароль] if answer = 123456

[announce [Привет, хозяин!] stopme] ]

;если пароль неверный, экран чернеет, появляется сообщение о взломе и звучит колокол if not answer = 123456

Рисунок 4.

[presentationmode setbg 9 announce [Это взломщик!!! Проект отключен] forever [note 60 3]] end

Цикл с предусловием

На языке Лого для цикла с предусловием также нет специальной команды, поэтому приходится организовывать его с помощью других команд:

repeat <max число повторений>

[ifelse <условие> [ddd][stop]]

to ddd

повторяемые действия> end

Рассмотрим в качестве примера классическую задачу поиска чисел с заданным признаком в заданном интервале.

Нужно вывести в текстовое окно N чисел натурального ряда, которые делятся на 3 (см. рисунок 5). ^

to startnum

newtext Mtxtl [-100 100] [50 100]] /подготовка данных в переменных local [N k i] make "k 1 ;текущее число make "i 0 ;счетчик чисел question [введи число N] make "N answer /количество чисел repeat 1000 [ifelse :i < :N [if (remainder :k 3) = 0

[pr :k make «i :i + 1]

make "k :k + 1]

[stop] ]

end

Вы видите, что для организации циклов в большинстве случаев требуется некоторые данные хранить и изменять в памяти. В следующей статье будет рассказано, как это делать.

Рисунок 5.

Приведены процедуры для рисования фрагментов на основе правильных многоугольников:

Половина окружности

1 to arc1rt180

repeat 180[fd 1 rt 360 / 360] end

2 to arc1lt180

repeat 180[fd 1 lt 360 / 360] end

3 to arc2rt180

repeat 180[fd 2 rt 360 / 360] end

4 to arc2lt180

repeat 180[fd 2 lt 360 / 360] end

Четверть окружности

1 to arc1rt90

repeat 90[fd 1 rt 360 / 360] end

2 to arc1lt90

repeat 90[fd 1 lt 360 / 360] end

3 to arc2rt90

repeat 90[fd 2 rt 360 / 360] end

4 to arc2lt90

repeat 90[fd 2 lt 360 / 360] end

Исследуйте, какая фигура получится при выполнении следующих программ:

1 to l1

arc1rt90 rt 90 arc1rt90 rt 90 end

2 to fl1

repeat 10[l1 rt 360 / 10] end

3 to l2 arc1lt90 arc1rt90 lt 90

rt 180 arc2lt90 end

4 to fl2

repeat 10[l2 rt 360 / 10]

end

Кузнецова Ирина Николаевна, учитель информатики школы № 640, координатор секции Лого-Лего Международной конференции «Школьная информатика и проблемы1 устойчивого развития».

© Наши авторы, 2004. Our authors, 2004.