Giáo trình nhập môn tin học

Giáo trình nhập môn tin học

Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ------------  ------------ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: NHẬP MÔN TIN HỌC PHẦN II – THUẬT TOÁN Giảng viên: ĐÀO TĂNG KIỆM Bộ môn : TIN HỌC XÂY DỰNG Hà nội 2011 ---------- Giỏo trỡnh Nhp mụn Tin hc: Phn II - Thut toỏn GVC: o Tng Kim B mụn Tin hc Xõy dng 2 PHN 2 GII BI TON TRấN MY TNH THUT TON I. CC BC XY DNG CHNG TRèNH V GII BI TON TRấN MY TNH 1. Thu thp d liu thit k chng trỡnh (User Requirement): yờu cu ca bi toỏn v u vo, u ra, giao din, h thng, ngi s dng, ni dung cn tớnh toỏn, x lý 2. Phõn tớch bi toỏn v xõy dng gii thut (Algorithm- Analyze -Code): thit lp cu trỳc d liu, cỏch lu tr, tỡm kim, chn phng phỏp v cỏch gii -> xõy dng s tng th v cỏc thut toỏn chi tit cho bi toỏn hoc vit Code ca chng trỡnh. 3. Chn ngụn ng lp trỡnh v vit chng trỡnh (Write Program): gii quyt bi toỏn theo s thut toỏn ó lp. 4. Kim tra s ỳng n ca chng trỡnh (Test): th nghim chng trỡnh vi cỏc d liu khỏc nhau cú th xy ra trong bi toỏn kim tra tin cy ca chng trỡnh. Trong phn ny cú th cú mt s giai on : Kim tra tng mụ un trong chng trỡnh ; Múc ni cỏc mụ un vi nhau. 5. Vn hnh - Bo trỡ ( Maintenance): Chng trỡnh c em ra x dng thc t v nhn s phn hi ca ngi s dng, khỏch hng. Tựy thuc vo cht lng ca chng trỡnh nú cú th c kim tra v ng ký bn quyn hoc phi sa cha. II. KHI NIM V THUT TON V GII THUT 1. Khỏi nim v thut toỏn Thut toỏn l mt chui cỏc phộp x lý thụng tin, a ra phng phỏp v trỡnh t gii mt bi toỏn trờn mỏy tớnh. Thuật toán được hiểu là các bước, các mẹo, luật để thực hiện các quá trình xử lý thông tin. 2. Cỏc c trng c bn: - Cỏc qui nh th hin s thut toỏn phi thng nht v theo qui nh chung nờn mi ngi u cú th hiu c s thut toỏn. 3. c im : - Thut toỏn ch cú ngha vi ngi lp trỡnh, mỏy tớnh khụng hiu c. Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 3 - Cùng một vấn đề có thể có nhiều phương án lập sơ đồ thuật toán khác nhau. - Thuật toán có thể mô tả các bước chính của bài toán (TT tổng quát) hoặc chi tiết từng bước giải của vấn đề (thuật toán chi tiết). - Thuật toán hay, cách giải ngắn, kết quả chính xác … phụ thuộc vào phương pháp giải, trình độ và kinh nghiệm của người lập trình. 4. Các cấu trúc cơ bản của thuật toán - Cấu trúc tuần tự - Cấu trúc rẽ nhánh - Cấu trúc lặp 5. Cách biểu diễn sơ đồ thuật toán Thông thường có 2 cách thể hiện sơ đồ thuật toán : theo sơ đồ khối và sơ đồ tuyến. Sơ đồ khối : là các bước lưu trữ, các phép xử lý thông tin được đặt trong các khối. Các khối nối với nhau bằng các đường liên lạc, đường phân chia, hợp, nối tiếp … Sơ đồ tuyến :là tất cả các bước lưu trữ, xử lý TT … được ghi trên một đường liên tục từ trên xuống dưới. Ví dụ: Cấu trúc Sơ đồ khối Cấu trúc Sơ đồ tuyến Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 4 6. Ký hiệu cơ bản dùng trong sơ đồ thuật toán : Khối bắt đầu, kết thúc Khối nhập dữ liệu từ bàn phím- xuất dữ liệu ra màn hình Khối tính toán Khối kiểm tra- So sánh Khối nối tiếp Các đường liên lạc Ký hiệu chương trình con Các thiết bị xuất kết quả ra đĩa, giấy in 7. Các bước cần chuẩn bị trước khi viết sơ đồ thuật toán:  Tổ chức dữ liệu cho chương trình : + Xác định những số liệu nào cần nhập vào chương trình (là các dữ liệu do đầu bài cung cấp) + Xác định các dữ liệu phát sinh trung gian trong quá trình tính toán, dữ liệu cần xuất kết quả (dựa theo yêu cầu của bài toán) + Mỗi loại dữ liệu cần xác định các thông tin: - Số lượng biến - Cấu trúc dữ liệu: Loại biến ( đơn, mảng, bản ghi …) - Kiểu dữ liệu: nguyên, thực, bản ghi, kiểu mới tự đặt . . . - Tên của dữ liệu: tên biến, hằng, kiểu, bản ghi … ( người dùng tự đặt, nên đặt ngắn, viết tắt ý nghĩa của biến )  Xác định các công thức tổng quát cần tính (chú ý nằm ngoài chu trình hoặc trong chu trình).  Trình tự các bước cần thực hiện: với những bài toán phức tạp cần thể hiện 2 loại sơ đồ: Sơ đồ thuật toán tổng quát (các khối thực hiện chính); Sơ đồ thuật toán chi tiết: diễn giải các bước thực hiện cho từng khối chính Giáo trình Nhập mơn Tin học: Phần II - Thuật tốn GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ mơn Tin học Xây dựng 5 III. CÁC DẠNG THUẬT TỐN CƠ BẢN 1. Dạng thuật tốn đơn giản – cấu trúc tuần tự  Khái niệm: Thuật tốn đơn giản là các bước ( nhập dữ liệu, tính tốn, xử lý, xuất kết quả) được thực hiện tuần tự từ trên xuống dưới theo đường mũi tên .  Ví dụ số 1: Viết sơ đồ thuật tốn để tính : Chu vi đáy, Diện tích đáy, Diện tích xung quanh, Diện tích tồn phần, Thể tích của một hình trụ có kích thước bất kỳ. Phân tích : + Dữ liệu cần nhập vào: Bán kính, chiều cao của hình trụ; Cấu trúc dữ liệu: biến đơn; Kiểu biến: số thực ; Đặt tên biến : R,H + Cần tính: Đặt tên biến : CVD,DTD, DTXQ, DTTP, TT. Loại dữ liệu: biến đơn; Kiểu biến: số thực ; Các cơng thức: Chu vi đáy: CVD = 2∏R Diện tích đáy: DTD = ∏ R2 , Diện tích xung quanh: DTXD= CVD*h, Diện tích tồn phần : DTTP= DTXQ + 1* DTD , Thể tích TT= DTD*h ; + Các dữ liệu cần xuất kết quả: các dữ liệu vừa tính: CVD,DTD, DTXQ, DTTP, TT Thể hiện sơ đồ: Thuật tốn Ví dụ 1 Thuật tốn Ví dụ 2 2. Dạng thuật tốn phân nhánh  Khái niệm: Thuật tốn phân nhánh là cấu trúc có ít nhất một khối kiểm tra hay so sánh, dựa vào kết quả kiểm tra, lựa chọn hướng tính tốn. Có thể rẽ nhánh đơi hoặc nhiều nhánh, nhưng mỗi lần thực hiện, chỉ đi theo một nhánh. Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 6  Một số dạng tổng quát: a) b) c) d) Giải thích các đại lượng : BTĐK- Biểu thức điều kiện. Kết quả của biểu thức chỉ nhận một trong 2 giá trị đúng hoặc sai. BTC- Biểu thức chọn, kết quả có thể là một hằng nguyên hoặc ký tự. Số lượng kết quả không hạn chế. Nhóm lệnh 1, 2… : là các lệnh trong miền tác dụng cần thực hiện khi giá trị biểu thức Đúng hoặc Sai. Các dạng: Dạng a) : Dạng phân nhánh đôi không đầy đủ, chỉ thực hiện khi biểu thức điiều kiện đúng. Dạng b) : Dạng phân nhánh đôi đầy đủ, thực hiện với mọi giá trị của BTĐK (một nhánh cho giá trị đúng, một nhánh cho giá trị sai). Dạng c) : Dạng phân nhánh lồng nhau: có thể đầy đủ hoặc không đầy đủ và mức độ lồng nhau tùy ý. Dạng d) : Dạng n nhánh.  Cách thực hiện nhánh đôi: - Tính toán và kiểm tra biểu thức điều kiện (BTĐK). - Nếu BTĐK có giá trị đúng thì nhóm lệnh 1 sẽ được thực hiện (bỏ qua nhóm lệnh 2), ngược lại nhóm lệnh 2 được thực hiện. - Thực hiện các khối tiếp theo. Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 7  Cách thực hiện dạng n nhánh: - Dựa theo giá trị của biểu thức chọn (BTC) mà thực hiện một trong các nhánh tương ứng. Ví dụ giá trị BTC = N1 thực hiện Nhóm lệnh 1,…giá trị là Nn, thực hiện nhóm lệnh n. - Mỗi lần chỉ thực hiện 1 nhánh, bỏ qua các nhánh kia và kết thúc lệnh.  Ví dụ số 2: Cho 3 số a,b,c . Viết thuật toán tìm số lớn nhất trong 3 số đó.  Ví dụ số 3: Viết thuật toán giải phương trình bậc 2: Ax2 + Bx + C = 0 (trang 19)  Ví dụ số 4: Viết sơ đồ thuật toán tính số lượng sinh viên có tuổi từ 18-20, 21-25, 26-30 và trên 30. Ký hiệu số lượng sinh viên các nhóm là SL1, SL2, SL3, SL4. Thuật toán ví dụ 3 Thuật toán ví dụ 4 3. Dạng thuật toán chu trình – Chu trình lồng nhau 3.1. Dạng thuật toán một chu trình  Khái niệm : Thuật toán lặp là cấu trúc trong đó một nhóm lệnh (miền tác động) được lặp đi lặp lại nhiều lần, có dạng tổng quát không thay đổi, có thể biến đổi một số tham số trong miền. Có 2 dạng lặp: lặp với số lần lặp đã xác định (dạng a) hoặc lặp với số lần không xác định (dạng b ).  Một số dạng tổng quát – cấu trúc: Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 8 Dạng a) Dạng b)  Giải thích: BĐK - biến điều khiển hay biến đếm của chu trình; n1,n2,n3 – là các giá trị đầu, bước nhẩy và giá trị cuối của biến điều khiển. Các lệnh lặp: là các khối cần thực hiện trong miền tác dụng của chu trình.  Cách thực hiện: Dạng a) - Bước 1 : Gán giá trị đầu cho biến điều khiển - Khối 1 - Bước 2 : Thực hiện các lệnh trong miền tác động của chu trình lặp – Khối 2 - Bước 3 : Tăng giá trị của biến điều khiển – Khối 3 - Bước 4 : Kiểm tra BĐK đã vượt qua giá trị cuối hay chưa, nếu chưa quay lại thực hiện từ bước 2, nếu đã vượt quá, kết thức quá trình lặp (thực hiện các bước tiếp theo)- Khối 4.  Cách thực hiện: Dạng b) - Bước 1 : Gán giá trị đầu cho biến điều khiển - Khối 1 - Bước 2 : Kiểm tra BĐK, nếu thỏa mãn điều kiện lặp, thực hiện bước 2, nếu không thỏa mãn điều kiện, kết thức quá trình lặp (thực hiện các bước tiếp theo)- Khối 4. - Bước 3 : Thực hiện các lệnh trong miền tác động của chu trình lặp – Khối 2 - Bước 4 : Tăng giá trị của biến điều khiển – Khối 3  Chú ý : - Với dạng a) chu trình luôn thực hiện ít nhất 1 lần, với dạng b) nếu biểu thức điểu kiện không thỏa mãn, có thể dừng ngay chu trình ( không thực hiện lần nào). - Thuật toán chu trình luôn tồn tại đủ 4 khối Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 9 - Không được thay đổi các giá trị n1,n2,n3 trong miền tác dụng chu trình. - Có thể kết thức chu trình sớm ( trước khi lặp đủ số lần khai báo)- nhảy từ trong ra ngoài chu trình. - Không đượcnhẩy từ ngoài chu trình vào trong chu trình  Ví dụ số 5: Cho một véc tơ A có n phần tử. Viết sơ đồ thuật toán tính tổng các phần tử trong véc tơ. Phân tích: - Các biến cần nhập: n (biến đơn) ; véc tơ A (biến mảng), nhập từng phần tử Ai, bước này lặp n lần. - Tính toán: Tổng các phần tử: T (biến đơn). Để tính tổng : giả sử ban đầu T=0; sau đó cộng từng phần tử vào T , có dạng T ← T+ Ai ( với i chạy từ 1-n) : công thức này được lặp n lần. Thuật toán Ví dụ 5 Thuật toán Ví dụ 6 Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 10  Ví dụ số 6: Cho một véc tơ B có m phần tử. Viết sơ đồ thuật toán tìm giá trị lớn nhất của véc tơ. Phân tích: - Các biến cần nhập: m (biến đơn) ; véc tơ B (biến mảng), nhập từng phần tử Bi, bước này lặp m lần. - Tính toán: Giá trị lớn nhất ký hiệu Max (biến đơn). Để tìm giá trị lớn nhất: giả sử ban đầu Max = B1; sau đó lấy từng phần tử Bi kiểm tra với Max (với i chạy từ 1-n), nếu phần tử nào lớn hơn gán lại Max ← Bi,: công thức này chỉ thực hiện khi điều kiện KT là đúng. 3.2. Dạng Thuật toán chu trình lồng nhau: Về nguyên tắc thuật toán chu trình lồng nhau cũng giống như thuật toán 1 chu trình, mỗi chu trình cũng có đủ 4 khối và 4 bước thực hiện như thuật toán 1 chu trình. Chú ý : - Mỗi chu trình có một biến điều khiển riêng (thường ký hiệu i,j,k ….) - Các giá trị n1,n2,n3 của biến điều khiển mỗi chu trình có thể giống hoặc khác nhau. - Toàn bộ chu trình trong là một phần của miền tác dụng chu trình ngoài (nằm trong khối 2). - Số lần thực hiện của chu trình trong nhiều hơn chu trình ngoài, biến điều khiển của chu trình trong sẽ tăng trước. - Dạng tổng quát : Chu trình có số lần lặp đã biết Chu trìnhcó số lần lặp chưa biết [...]... giống nhập DL Bộ môn Tin học Xây dựng 12 Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán - GVC: Đào Tăng Kiệm Chương trình điều khiển sẽ gọi 2 lần chương trình con Nhập dữ liệu (thay X bằng A,B, thay n1,n2 bằng m, n) để nhập cho A và B; và gọi chương trình con ghép 2 ma trận Thuật toán Ví dụ 9 Chương trình con Nhập Dữ liệu cho một mảng Chương trình con Chương trình con xuất kết quả Bộ môn Tin học Xây.. .Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm  Ví dụ số 7: Cho một lớp học có m người và điểm thi từng môn của n môn Viết sơ đồ thuật toán : - Tìm điểm trung bình n môn của mỗi người - Tìm danh sách những người có điểm trung bình >8 Phân tích: - Các biến cần nhập: số người m (biến đơn); véc tơ họ tên HT( mảng 1 chiều), nhập từng phần tử HTi, lặp m lần; Nhập iểm thi từng môn. .. viết 1 chương trình chính là chương trình điều khiển và 3 chương trình con, một chương trình con nhập dữ liệu, một chương trình con ghép 2 ma trận và một chương trình con In kết quả ra màn hình Phân tích bài toán: - Các chương trình con nhập dữ liệu và xuất kết quả ta viết cho một ma trận X bất kỳ, có kích thước giả định n1,n2 Chương trình con ghép lấy đúng tên các ma trận A,B,C Chương trình con xuất... điểm TB >8 ( số lượng chưa biết) - Xuất kết quả : In ra màn hình véc tơ điểm trung bình – TB (m người); Danh sách những người có DTB lớn hơn 8 (In trực tiếp) Thuật toán Ví dụ 7 Bộ môn Tin học Xây dựng 11 Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm  Ví dụ số 8: Cho ma trận A vuông có m hàng, m cột Viết sơ đồ thuật toán tìm tích của các phần tử nằm trong khoảng [x , y] cho trước... Tin học Xây dựng Ghép 2 ma trận A,B vào ma trận C Chương trình chính 13 Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Ví dụ 10: Cho dữ liệu của một phường dân cư gồm m hộ, biết họ tên chủ hộ (HT), số điện tiêu thụ từng tháng (DTT) trong 12 tháng của năm Viết thuật toán nhập dữ liệu cho cả phường với các yêu cầu sau: - Nhập các dữ liệu vào máy - Tính tổng số điện tiêu thụ (TD)... Nhập iểm thi từng môn D (mảng 2 chiều, mỗi hàng là cho một người, mỗi cột là cho một môn) , nhập từng phần tử Dij, bước này lặp mxn lần - Tính toán: + Điểm trung bình từng người ký hiệu TB (mảng 1 chiều, m phần tử): Tìm tổng điểm các môn của người thứ i: Tbi ←Tbi+Dij ( mỗi chu trình i lặp n lần chu trình j) Kết thúc chu trình j, tình trung bình: Tbi = Tbi /n + Tìm danh sách: Có 2 cách: Kiểm tra điểm trung... cả phường với các yêu cầu sau: - Nhập các dữ liệu vào máy - Tính tổng số điện tiêu thụ (TD) của mỗi hộ trong cả năm - Lập danh sách (DS) những hộ tiêu thu điện cả năm > X số Thuật toán Ví dụ 10 Bộ môn Tin học Xây dựng 14 . THÔNG TIN ------------  ------------ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: NHẬP MÔN TIN HỌC PHẦN II – THUẬT TOÁN Giảng viên: ĐÀO TĂNG KIỆM Bộ môn : TIN HỌC. Giáo trình Nhập môn Tin học: Phần II - Thuật toán GVC: Đào Tăng Kiệm Bộ môn Tin học Xây dựng 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC