Циклические алгоритмы

Очень многие алгоритмы, выполнение которых поручается компьютеру, по своей природе являются циклическими. И это не случайно, потому что человек обычно поручает машине рутинную работу, где нужно много считать, и счет производится по некоторым одинаковым правилам.

Определение. Цикл – это последовательность операторов, которая может выполняться более одного раза.

Определение. Циклический алгоритм – это алгоритм, содержащий один или несколько циклов.

Возьмем для примера задачу: найти сумму некоторого количества чисел, задаваемых пользователем.

Исходными данными в этом случае являются переменная N - количество чисел и сами эти числа. Значение очередного числа обозначим переменной Х. Результатом работы алгоритма станет сумма этих чисел, которую обозначим переменной S.

S=x1+x2+x3+...+xn

Допустимые значения переменной N должны удовлетворять условию n>0, так как количество слагаемых не может быть числом отрицательным.

Как же мы должны решать эту задачу? Сначала нужно запросить, сколько чисел нужно будет сложить и считать это число в переменную N. Затем нужно так организовать операторы, чтобы программа запрашивала очередное число и каждый раз складывала его с предыдущими; и повторяла эту группу операторов N раз.

На предыдущих занятиях при изучении оператора безусловного перехода мы знакомились с решением подобных задач. Но в языке Паскаль существуют более удобные конструкции для организации циклов:

· цикл с предусловием;

· цикл с постусловием;

· цикл со счетчиком.

Познакомимся с первым из них – оператором цикла с предусловием while.

Циклы с предусловием используются тогда, когда выполнение цикла связано с некоторым логическим условием. Оператор цикла с предусловием имеет две части: условие выполнения цикла и тело цикла.

При выполнении оператора while определенная группа операторов выполняется до тех пор, пока определенное в операторе while булево условие истинно. Если условие сразу ложно, то оператор не выполнится ни разу.

Общая форма записи следующая

while <булево выражение> do begin группа операторов end;

На русском языке это звучит примерно так:

пока выполняется это условие делай
от начала
группа операторов
до конца;

Вполне понятно, что операторные скобки ставят, чтобы отделить от остальной программы ту группу операторов, которую нужно повторить в цикле. Если в цикле нужно выполнить только один оператор, то операторные скобки не ставят.

При использовании цикла с предусловием надо помнить следующее:

· значение условия выполнения цикла должно быть определено до начала цикла;

· если значение условия истинно, то выполняется тело цикла, после чего повторяется проверка условия. Если условие ложно, то происходит выход из цикла;

· хотя бы один из операторов, входящих в тело цикла, должен влиять на значение условия выполнения цикла, иначе цикл будет повторяться бесконечное число раз.

Вернемся к нашей задаче вычисления суммы чисел. При вычислении суммы используем следующий прием: вначале, когда еще не задано ни одно слагаемое, сумму полагают равной нулю (S:=0), а затем, получая очередное слагаемое, прибавляют его к сумме (S:=S+x) (см. программу ниже).

Очень важное значение в операторе цикла имеет так называемая переменная цикла. В нашей программе она называется i. С ее помощью мы обращаемся к пользователю за очередным числом (write (‘Введите ‘,i,’-ое число ’)) и считаем количество уже введенных чисел (i:=i+1), чтобы не запросить лишнее. Одновременно переменная цикла участвует в булевом выражении (i<=N).

Рассмотрите внимательно программу, решающую нашу задачу.

Program Summa; Uses Crt; Var i, N: integer; x, S: real; Begin ClrScr; write (‘Сколько чисел для сложения? ‘); readln (N); S:=0; i:=1; while i<=N do begin write (‘Введите ‘,i,’-е число ’); readln (x); S:=S+x; i:=i+1; end; write (‘Сумма введенных чисел равна ‘,s:5:2); readln; End.

Хотелось бы, чтобы Вы смогли представить работу этой программы. Давайте попробуем вместе.

Пусть нам требуется сложить следующие числа: 5, 7, -4, 0, 8, 20. Посчитаем, сколько их всего – шесть. Это число мы введем, когда программа задаст вопрос: Сколько чисел для сложения? Теперь наша программа запросит ввести 1-ое число, т. к. на первом шаге переменная i равна 1. Мы введем число 5. Программа считает его в переменную х. Теперь число 5 сложим с числом 0 и результат присвоим переменной S (оператор S:=S+x). В этот момент S становится равной 5. Чтобы перейти к следующему числу, увеличим значение переменной i на 1 (оператор i:=i+1). Выполнение операторов тела цикла закончено. Теперь программа переходит опять к анализу условия вхождения в цикл (i<=N). Переменная цикла i=2, переменная N=6, поэтому значение логического условия 2<=6 равно True. Значит снова выполняется тело цикла:

while i<=N do {2<=6} begin write (‘Введите ‘,i,’-ое число ’); {Введите 2-е число} readln (x); {Считали число 7} S:=S+x; {S:=5+7} i:=i+1; {i:=2+1} end;

Итак, мы сложили два числа и переходим опять к проверке условия. Ответим на вопрос: 3<=6? Да. Поэтому снова начинаю работать операторы тела цикла и мы переходим к третьему числу:

while i<=N do {3<=6} begin write (‘Введите ‘,i,’-ое число ’); {Введите 3-е число} readln (x); {Считали число -4} S:=S+x; {S:=12 + (-4)} i:=i+1; {i:=3+1} end;

Аналогично, мы сложим и остальные числа. Но когда же операторы цикла выполнятся последний раз и остановится работа цикла? Когда сложим последнее число. Проверим это.

while i<=N do {6<=6} begin write (‘Введите ‘,i,’-ое число ’); {Введите 6-е число} readln (x); {Считали число 20} S:=S+x; {S:=16+20} i:=i+1; {i:=6+1} end;

Проверяется опять условие 7<=6. Значение этого условия равно False, а значит тело цикла выполняться не будет. Цикл закончил свою работу. А мы получили результат: посчитали сумму всех шести чисел S=32.

В этом примере известно заранее количество повторений - N раз. Но чаще всего этот вид цикла используется тогда, когда количество повторений заранее не известно и зависит от выполнения какого-либо условия. Рассмотрим еще один пример.

Отвлечемся от цифр и вспомним окружающую жизнь. Сколько циклических алгоритмов можно увидеть вокруг, если внимательно посмотреть на события: чередование времен года, посещения магазинов, школы или секции, получение за контрольные оценок и др. Попробуем записать их.

Например, рассмотрите следующие циклические алгоритмы

а) Пока не сдал выпускные экзамены делай
начало
готовь уроки;
посещай школу;
конец;

б) Пока есть желание, возможность и здоровье делай
посещай занятия спортом