Sử dụng thuật toán đánh dấu trong bồi dưỡng học sinh giỏi môn tin học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HẬU LỘC - *** - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ĐÁNH DẤU TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN TIN HỌC Người thực hiện: Nguyễn Thị Hà Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc mơn: Tin học THANH HỐ, NĂM 2021 MỤC LỤC 1- MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Trong chương trình Tin học lớp 11, kiến thức Sách giáo khoa (SGK) mức độ giới thiệu kiến thức bản, giải toán đơn giản với liệu nhỏ Mà đề thi Học sinh giỏi (HSG) cấp Tỉnh thường giới hạn liệu lớn thời gian chạy thuật toán chủ yếu giây, nên việc tiếp cận kiến thức để đáp ứng cho kì thi HSG cấp tỉnh khó khăn giáo viên (GV) học sinh (HS) trường THPT khơng chun Để nâng cao trình độ chun môn nghiệp vụ, GV phải thường xuyên học tập, trau dồi, nghiên cứu tài liệu nâng cao, chuyên đề lập trình ngồi SGK Một chun đề phải kể đến thuật tốn đánh dấu lập trình Thuật toán đánh dấu vận dụng vào nhiều dạng toán, dạng toán đếm Với tốn đếm, ta dùng cách đếm thơng thường thời gian chạy lâu Trong đó, sử dụng thuật tốn đánh dấu khắc phục điều Trong sách “Tài liệu giáo khoa Chuyên tin - Quyển 1” có sử dụng thuật tốn đánh dấu số nội dung như: sàng số nguyên tố (trang 21), xếp đếm phân phối (trang 47) Nếu HS trang bị kiến thức thuật tốn đánh dấu em dễ dàng hiểu hai thuật tốn Ngồi ra, cịn nhiều tập khác sách tham khảo, đề thi cấp, website luyện thi HSG sử dụng thuật toán đánh dấu nên việc giảng dạy thuật toán đánh dấu việc làm cần thiết để nâng cao chất lượng dạy học HSG mơn Tin học Vì lí tơi chọn nghiên cứu viết Sáng kiến kinh nghiệm (SKKN): “Sử dụng thuật toán đánh dấu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Tin học” Tôi mong muốn sáng kiến trở thành phần tài liệu tham khảo hữu ích cơng tác bồi dưỡng HSG mơn Tin học, góp phần nâng cao chất lượng dạy học HSG môn Tin học trường THPT 1.2 Mục đích nghiên cứu Tơi nghiên cứu sáng kiến nhằm mục tiêu xây dựng phần tài liệu tham khảo hữu ích cho GV HS, góp phần nâng cao chất lượng dạy học HSG môn Tin học, cụ thể: - Đối với giáo viên: góp phần nâng cao lực tự học, tự bồi dưỡng cho GV Giúp GV nâng cao kiến thức việc lựa chọn sử dụng thuật tốn có hiệu vào dạng toán khác Tập hợp xây dựng toán dạng thành chuyên đề dạy học HSG môn Tin học - Đối với HS: giúp HS rèn luyện tính kiên trì, cẩn thận, nâng cao lực tự học, lực phân tích tổng hợp, lực giải vấn đề… để HS hiểu, nhận dạng vận dụng thuật toán đánh dấu vào toán cụ thể 1.3 Đối tượng nghiên cứu Học sinh khá, giỏi môn Tin học trường THPT Hậu Lộc Có sử dụng máy tính để chạy test chương trình Đề tài cịn giúp cho GV Tin học tổ tham khảo, trao đổi kinh nghiệm với 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Phân tích thuật tốn đánh dấu khả vận dụng thuật toán vào số tập trong: - Các đề thi HSG cấp Tỉnh môn Tin học - Một số thuật toán tập sách “Tài liệu giáo khoa Chuyên tin, Quyển 1”, “Tài liệu Chuyên tin, Bài tập, Quyển 1” - Một số tập trang web: http://ntucoder.net/, https://vn.spoj.com/ … 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn  Phương pháp thu thập số liệu Thu thập số liệu phần kết thi HSG cấp Tỉnh môn Tin học Tỉnh Thanh Hóa để đưa nhận xét việc lựa chọn thuật toán HS qua số năm Thu thập số liệu, lập bảng thống kê kết thi HSG cấp Tỉnh môn Tin học trường THPT Hậu Lộc qua năm học 2018 - 2019, 2020 - 2021 để đánh giá kết đạt sau áp dụng sáng kiến thực tế  Phương pháp thực nghiệm khoa học Tác giả trao đổi, thảo luận với nhóm chun mơn, xây dựng chun đề thuật tốn đánh dấu áp dụng biện pháp thực nội dung sáng kiến vào việc bồi dưỡng đội tuyển HSG môn Tin học trường THPT Hậu Lộc năm học 2020 - 2021 (gồm 02 em HS)  Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm Kết hợp với GV nhóm chun mơn tiến hành thảo luận, phân tích kết đạt sau thực sáng kiến Từ đó, tác giả rút kinh nghiệm, hồn thiện sáng kiến đưa hướng phát triển để áp dụng sáng kiến vào công tác bồi dưỡng HSG đạt hiệu cao năm học 2- NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận Sáng kiến kinh nghiệm Nghị số 29 ngày 04 tháng 11 năm 2013 Hội nghị Trung ương khóa XI đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo, đáp ứng u cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa hội nhập quốc tế nêu rõ nhiệm vụ, giải pháp cụ thể giáo dục Sở GD&ĐT Thanh Hóa có nhiều văn hướng dẫn, đạo việc đẩy mạnh hiệu giảng dạy môn Tin học ứng dụng CNTT vào giảng dạy Do đó, kì thi chọn HSG cấp tỉnh mơn Tin học quan tâm, trọng khuyến khích tham gia nhiều Cơng tác bồi dưỡng HSG môn Tin học trở thành nhiệm vụ cần thiết quan trọng GV Để nâng cao chất lượng việc bồi dưỡng HSG môn Tin học, GV phải khơng ngừng học hỏi, nâng cao trình độ chuyên môn để tiếp cận nội dung thi HSG môn Tin học cấp Tỉnh Trong đề thi HSG cấp Tỉnh qua số năm, có số tốn đếm yêu cầu liệu lớn giới hạn thời gian chạy nhỏ (thường giây) Nếu khơng có cách tổ chức liệu thuật toán hiệu khó đạt điểm tối đa Một cách tiếp cận để giải tốn sử dụng Thuật tốn đánh dấu (hay cịn gọi Thuật tốn lùa bị vào chuồng) Để hiểu rõ thuật tốn đánh dấu tơi lấy ví dụ Bài (trang 73 - SGK Tin học 11), đề sau: “Viết chương trình nhập từ bàn phím xâu kí tự S thơng báo hình số lần xuất chữ tiếng Anh S (không phân biệt chữ hoa hay chữ thường)” Có nhiều cách để giải tốn này: - Cách 1: sử dụng thuật tốn đếm thơng thường Ta duyệt tồn n kí tự xâu S, lần duyệt ta thực thao tác đếm kí tự Sau 26 lần duyệt ứng với 26 kí tự bảng chữ tiếng Anh thu kết cần tìm - Cách 2: sử dụng thuật tốn đánh dấu Ta khai báo mảng tĩnh d (var d:array[‘A’ ’Z’] of Longint;) dùng để đếm số lần xuất 26 chữ tiếng Anh Quy ước d[ch] số lần xuất kí tự ch Ban đầu, khởi tạo tất phần tử d Để đảm bảo việc không phân biệt chữ hoa chữ thường, duyệt đến kí tự ch ta thực thao tác tăng giá trị d[upcase(ch)] lên đơn vị câu lệnh d[upcase(ch)]:=d[upcase(ch)]+1; Như vậy, sử dụng thuật toán đánh dấu tìm lời giải tốn với vịng lặp Sử dụng thuật tốn đếm thơng thường phải thực 26 vịng lặp tìm kết Qua ví dụ trên, ta thấy yêu cầu đề không giới hạn độ lớn liệu, khơng có test kiểm chứng, số thao tác đếm khơng nhiều GV hướng dẫn HS làm thuật tốn đếm thông thường Nhưng công tác bồi dưỡng HSG, GV cần cho HS tiếp cận với toán đếm có giới hạn liệu lớn thuật tốn đếm thơng thường khó đáp ứng u cầu thời gian chạy thuật toán 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng Sáng kiến kinh nghiệm Có ba ngun dẫn đến việc HS khơng đạt điểm tối đa dạng toán đếm nêu trên, là: - Một số GV chưa biết thuật tốn đánh dấu, thường sử dụng cách làm thơng thường để hướng dẫn HS giải dạng toán đếm GV chưa tiếp cận với phần mềm Themis chấm HSG môn Tin học, nên thường không kiểm tra độ xác thuật tốn Vì vậy, khơng nghiên cứu, tìm hiểu lựa chọn thuật toán phù hợp cho toán để xây dựng chuyên đề giảng dạy cho HS - Ở số trường, HS không hứng thú với việc tham gia đội tuyển HSG môn Tin học nên công tác thu thút HS có lực tham gia đội tuyển khó khăn Bản thân HS khơng phát huy lực tự học, tự tìm tịi thuật tốn từ nguồn tài liệu tham khảo khác, thường làm theo GV hướng dẫn Vì vậy, việc học tập chưa hiệu quả, chưa biết nhận dạng lựa chọn thuật tốn thích hợp với tốn để đạt điểm tối đa - Đối với liệu lớn, thuật tốn đếm thơng thường chưa tối ưu mặt thời gian chạy 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Áp dụng sáng kiến vào giảng dạy chuyên đề thuật toán đánh dấu, gồm bước sau: Bước 1: Giao tập, yêu cầu HS nghiên cứu làm phương pháp thông thường Bước 2: Giới thiệu thuật toán đánh dấu hướng dẫn HS sử dụng để giải tập Bước 3: Giao tập vận dụng để HS rèn luyện cách sử dụng thuật toán đánh dấu Nếu HS có khó khăn, GV hướng dẫn gợi ý Bước 4: Cho HS luyện tập tập theo mức độ khác Ngoài ra, GV yêu cầu HS tự tìm giải tập khác website http://ntucoder.net/, https://vn.spoj.com/… để vận dụng thuật toán cách thành thạo Thực việc phân loại, phân luồng thật tốt đối tượng HS để áp dụng sáng kiến cách hiệu nhất: tùy thuộc vào khả học sinh để giao yêu cầu, hướng dẫn tập cụ thể chuyên đề xây dựng Để khắc phục hạn chế thuật tốn đếm thơng thường, tơi xây dựng chuyên đề thuật toán đánh dấu để giải toán đếm thực giảng dạy cho HS trường năm học 2020 - 2021 Chuyên đề gồm nội dung sau: - Giới thiệu thuật toán đánh dấu - Sử dụng thuật toán đánh dấu để giải số toán - Bài tập vận dụng - Bài tập luyện tập a Giới thiệu thuật toán đánh dấu Thuật toán đánh dấu phần tử thường sử dụng giải toán cần đến việc chọn phần tử theo yêu cầu Để chọn phần tử, ta thực đánh dấu phần tử cách sử dụng mảng d (thường có kiểu phần tử boolean) - Phần tử thứ i chọn ta thực đánh dấu d[i]:=true; - Phần tử thứ i không chọn ta đánh dấu d[i]:=false; Sau đó, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể để bước tìm kết tốn dựa mảng đánh dấu d nêu b Sử dụng thuật toán đánh dấu để giải số toán thi HSG  Bài Số nhỏ Cho dãy số nguyên dương: a1,a2,…,an (1≤n≤109; 1≤ai