Wstep do informatyki - Notatki - Informatyka - Część 1, Notatki z Informatyka

Pobierz Wstep do informatyki - Notatki - Informatyka - Część 1 i więcej Notatki w PDF z Informatyka tylko na Docsity! 1. Wymień o opisz struktury sterujące stosowane do budowy algorytmów. Podstawowe struktury sterujące to: 1.1. bezpośrednie następstwo – wykonaj instrukcję A, potem instrukcję B, potem instrukcję C, itd. 1.2. wybór warunkowy – jeśli warunek Q jest spełniony wykonaj instrukcję A, jeśli nie to wykonaj instrukcję B. 1.3. iteracja ograniczona – wykonaj instrukcję A dokładnie N razy. 1.4. iteracja warunkowa „dopóki” – dopóki warunek Q jest spełniony wykonuj instrukcję A. 1.5. Iteracja warunkowa „aż do” – wykonuj instrukcję A dopóki warunek Q jest spełniony. 2. Jaka jest konstrukcja algorytmu sortowania bąbelkowego? Sortowanie bąbelkowe polega na przestawianiu sąsiednich par elementów stojących w niewłaściwej kolejności. Istotne jest iż ciąg elementów przeglądany jest zawsze w tym samym kierunku, a przeglądanie to trwa dopóki mogą się w nim pojawić elementy w nieodpowiedniej kolejności. Zapis słowny algorytmu sortowania bąbelkowego: 1. wykonaj co następuje N-1 razy; 1.1. wskaż na pierwszy element; 1.2. wykonaj co następuje N-1 razy; 1.2.1. porównaj ze sobą wskazany element i element następny; 1.2.2. jeśli elementy stoją w złej kolejności to zamień je miejscami; 1.2.3. wskaż na następny element; 3. Narysuj schemat blokowy: wyboru warunkowego, iteracji warunkowych typu: „dopóki” i „aż do”. Schematy znajdują się na załączonym dodatku. 4. Zapisz słownie i naszkicuj schemat blokowy algorytmu sumowania wektora (jednowymiarowej tablicy) – n elementowego. Wykorzystaj zmienną indeksującą i znajomość długości wektora. Zapis słowny algorytmu sumowania n -elementowego wektora: 1. zanotuj na boku liczbę zero; 2. wskaż na pierwszy element wektora; 3. wykonaj co następuje n-1 razy; a. dodaj wartość wskazanego elementu do liczby zanotowanej na boku; b. wskaż na kolejny element wektora; 4. dodaj wartość wskazanego elementu do liczby na boku; 5. wypisz wartość liczby na boku; Schemat blokowy algorytmu w załączonym dodatku. 5. Jakie korzyści przynosi stosowanie procedur (podprogramów) w algorytmach? Zalety stosowania procedur są następujące: 1. oszczędność tekstu 2. znacznie większa przejrzystość i czytelność struktury algorytmu 3. znacznie większa kontrola nad poprawnością algorytmu 4. uproszczenie we wprowadzaniu poprawek i usuwaniu błędów 5. możliwość programowania analitycznego i syntetycznego 6. Na czym polega rekurencja i jak można ją wykorzystać w konstruowaniu algorytmów? docsity.com Rekurencja – to zdolność podprogramu (procedury) do wywoływania samej siebie. Przykładem zastosowania procedury rekurencyjnej jest algorytm przenoszenia krążków znany z Wież Hanoi. Tam aby wykonać pewne przeniesienie należy przy okazji wykonać inne, czyli wywołać tę samą procedurę wewnątrz procedury wywoływanej na początku. Inne przykłady wykorzystania procedur rekurencyjnych to: - przeglądanie lewostronne struktur drzewiastych - obliczanie wartości n! liczby n. 7. Jakie znasz podstawowe typy danych? Jak są one kodowane binarnie? Podstawowe typy danych to: - liczby (całkowite, dziesiętne, dwójkowe, szesnastkowe) - słowa (układy liter z różnych alfabetów) - wskaźniki (dane tego typu zawierają adresy - wskazania na inne elementy w pamięci operacyjnej – dane tego typu wymagają specjalnego traktowania) Kodowanie liczb – przeliczenie ich wartości na wartości binarne, czyli zero – jedynkowe. Kodowanie słów - odbywa się za pomocą standardu ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Zgodnie z nim każdemu znakowi przypisana jest liczba od 0 do 127 – kodowanie na ośmiu bitach. 8. Jakie znasz statyczne struktury danych? Do statycznych struktur danych należą: 1. zmienne – podstawowe obiekty w pamięci, posiadające własną nazwę i zdolność przechowywania pojedynczego elementu. 2. wektory – czyli tablice jednowymiarowe – są to obiekty w pamięci mające nadaną własną nazwę i posiadające zdolność przechowywania określonej mnogości elementów, z których każdy oznaczony jest odpowiednim, unikalnym indeksem. 3. tablice dwuwymiarowe – macierze - są to obiekty w pamięci mające nadaną własną nazwę i posiadające zdolność przechowywania określonej mnogości elementów, z których każdy oznaczony jest dwoma indeksami. 4. Tablice wielowymiarowe – są to obiekty w pamięci mające nadaną własną nazwę i posiadające zdolność przechowywania odpowiedniej mnogości elementów, z których każdy oznaczony jest n – indeksami. 9. Jaka struktura sterująca byłaby właściwa do przejrzenia tablicy dwuwymiarowej? Odpowiednią do tego zadania strukturą sterującą jest iteracja zagnieżdżona. Iteracja zewnętrzna odpowiada za przeglądanie kolumn a iteracja wewnętrzna za przegląd wierszy. 10. Z jakich obiektów są zbudowane dynamiczne struktury danych? Dynamiczne struktury danych budowane są z dwóch głównych rodzajów obiektów: 1. zmiennych kluczowych i dodatkowych (przechowujących odpowiednie dane) 2. zmiennych wskaźnikowych (wskazujących na kolejne elementy tych struktur, lub przechowujące wartość NIL) Rozróżniając dokładniej wyróżniamy: a) listy jednokierunkowe – każdy element tej struktury posiada pola kluczowe, dodatkowe i jedno pole wskaźnikowe, odwołujące się do następnego elementu struktury. b) listy dwukierunkowe – każdy element tej struktury posiada pola kluczowe, dodatkowe i dwa pola wskaźnikowe, odwołujące się do następnego i poprzedniego elementu struktury. docsity.com c. wywołaj obejdź T w prawo Zasada przeglądu drzewa w algorytmie sortowania drzewiastego jest taka, że najpierw wywołana zostaje procedura obejdź pod-drzewo z lewej strony, wypisz wartość korzenia i obejdź pod-drzewo z prawej strony. W drzewie BST z lewej umieszczone są elementy mniejsze niż w korzeniu, a z prawej większe. Mamy więc pewność, że dzięki takiej organizacji wypisane zostaną elementy od najmniejszego do największego. Związek pomiędzy drzewem i rekurencją jest tak silny dlatego, że nawet sam graf kolejnych wywołań rekurencyjnych ma strukturę drzewiastą. 21. Według jakich zasad można systematycznie przeglądać strukturę drzewiastą? Przegląd struktury = budowanie ciągu zawierającego wszystkie elementy tej struktury. Strukturę drzewiastą można przeglądać na trzy sposoby: - wędruj i sprawdzaj (metoda rekurencyjna) Jest to prosta metoda polegająca na przejrzeniu wszystkich elementów struktury i wypisaniu kolejno wszystkich jej elementów. - przegląd w głąb (metoda iteracyjna) Schemat działania algorytmu: 1. Wypisany zostaje korzeń (jako pierwszy element ciągu) 2. Algorytm wybiera ostatni element ciągu nie posiadający etykiety „zamknięty” i postępuje zgodnie z zasadą: jeśli wierzchołek nie ma potomstwa – nadaj mu etykietę „zamknięty”, jeśli ma, wypisz potomków sprawdzając od lewej Wszystko powtarzane jest dopóki wszystkie elementy ciągu nie mają etykiety „zamknięty”. - przegląd w szerz (metoda iteracyjna) Schemat działania algorytmu: 1. Nadanie wszystkim elementom drzewa etykiety „nowy” 2. Wypisanie korzenia jako pierwszego elementu ciągu 3. Algorytm wybiera z ciągu pierwszy element z etykietą „nowy” , dopisuje do ciągu wszystkich jego potomków (nadając im etykietę „nowy”) i zdejmuje etykietę „nowy” z danego elementu. Wszystko powtarzane jest dopóki w ciągu znajdują się elementy z etykietą „nowy”. Po utworzeniu odpowiedniego ciągu, do jego przeszukiwania wykorzystujemy metodę: „wędruj i sprawdzaj”. Metoda ta polega na przechodzeniu kolejnych elementów ciągu i porównywaniu ich ze wzorcem elementu poszukiwanego. Po natrafieniu na odpowiedni element zostaje on wypisany. 22. Jakie znasz elementy składowe typowego języka programowania? Elementy składowe języka programowania to: - symbole (alfabet danego języka programowania – określa jakich znaków wolno używać podczas tworzenia programów i jakie jest ich znaczenie – np.: alfabet łaciński, grecki, znaki matematyczne itp.) - słowa kluczowe (jest to zbiór ciągów symboli o specjalnym znaczeniu – np.: komendy i instrukcje) docsity.com - składnia – (zawiera: opis dostępnych struktur sterujących np.: bezpośrednie następstwo, wybór warunkowy, iteracja ograniczona – decyduje jakich struktur można używać a jakich nie; opis sposobu definiowania rozmaitych struktur sterujących – mówi w jaki sposób prawidłowo korzystać z poszczególnych instrukcji; schematy podstawowych instrukcji) - semantyka (jest to zbiór przepisów odpowiadających na pytania: „co znaczy to zdanie” lub „co znaczy ta instrukcja” – określa prawidłowość składniową zapisywanych wyrażeń) 23. Czym różni się kompilacja programu od jego interpretacji? Kompilacja – jest wykonywana jednorazowo po zakończeniu pisania programu. Jest to przełożenie całego programu napisanego w języku wysokiego poziomu na program w języku niższego poziomu. Programy napisane w językach kompilowanych np.: w C, C++ są o wiele szybsze niż identyczne programy zapisane w językach interpretowanych. Interpretacja – jest to proces tłumaczenia poszczególnych komend z języka wysokiego poziomu na kod maszynowy zrozumiały dla maszyny, w czasie ich wykonywania. Ta translacja wykonywana jest za każdym razem gdy uruchamiany jest dany program, przez co wykonywanie takiego programu jest o wiele wolniejsze od programów kompilowanych. 24. Na czym polega metoda algorytmiczna zwana „wędruj i sprawdzaj”? Metoda algorytmiczna typu „wędruj i sprawdzaj” polega na prostym przeglądzie struktury danych w celu odnalezienia zadanego elementu w tej strukturze. Przykładem wykorzystania metody „wędruj i sprawdzaj” jest algorytm wyszukiwania największej przekątnej w wielokącie wypukłym. Najpierw tworzymy tabelę dwuwymiarową zawierającą dane o odległościach dzielących wszystkie wierzchołki. Potem przeglądamy kolejno wszystkie elementy tej struktury w celu znalezienia największego elementu. Istotne dla tej metody jest uwzględnienie odpowiedniej struktury sterującej w zależności od struktury danych, którą chcemy przejrzeć, i tak: wektor, lista - iteracja tablice wielowymiarowe, listy list itp. - iteracje zagnieżdżone drzewa - rekordy 25. Na czym polega metoda algorytmiczna zwana „dziel i zwyciężaj”? Metoda „dziel i zwyciężaj” postępuje zgodnie z zasadą, że jeśli jakiś problem jest za duży by uporać się z nim w całości, to należy spróbować podzielić go na mniejsze części o takiej samej strukturze. Ta metoda algorytmiczna związana jest ściśle z procedurami rekurencyjnymi. Przykładem wykorzystania metody „dziel i zwyciężaj” jest algorytm sortowania przez scalania. Najpierw dzielimy n -elementową listę wejściową na połowy, potem otrzymane połowy znów na połowy i tak do chwili kiedy nie otrzymamy n pojedynczych elementów. Potem porównujemy ze sobą pary elementów i tworzymy uporządkowane ciągi dwuelementowe, porównujemy ciągi dwuelementowe i tworzymy posortowane ciągi cztero elementowe, i tak do chwili kiedy nie otrzymamy jednej porządkowanej n elementowej listy. Opis słowny rekurencyjnego algorytmu sortowania przez scalanie: Procedura SORTUJ LISTĘ L: 1. jeśli lista zawiera 1 element to jest posortowana 2. w przeciwnym razie wykonaj co następuje: a. podziel listę na L1 i L2 docsity.com b. wywołaj SORTUJ L1 c. wywołaj SORTUJ L2 d. scal posortowane listy L1 i L2 w jedną posortowaną listę 3. wróć do poziomu wywołania 26. Na czym polega metoda algorytmiczna zwana „zachłanną”? Istnieją zadania, których rozwiązanie można budować z dobieranych kolejno elementów i do takich właśnie zadań przeznaczona jest metoda zachłanna. Postępuje ona zawsze zgodnie z zasadą „łap co masz najlepszego pod ręką i nigdy nie oddawaj tego co już masz”. Jest to metoda efektywna tylko w pewnej grupie problemów. Przykładem zastosowania metody „zachłannej” jest algorytm poszukiwania najtańszej sieci wiążącej wszystkie podane punkty (czyli budowanie minimalnego drzewa rozpinającego w zadanym grafie). Mając daną sieć punktów połączonych odcinkami o podanej wadze wybieramy najtańszy. Potem wybieramy najtańszy odchodzący od punktów które już mamy itd. Czynność powtarzamy do chwili kiedy nie połączymy wszystkich oznaczonych na płaszczyźnie punktów. Opis algorytmu: 1. wybierz odcinek o najmniejszej wadze 2. powtarzaj co następuje aż do połączenia wszystkich punktów na płaszczyźnie: - wybierz najtańszy odcinek łączący punkt który już masz, z tym dowolnym który nie jest jeszcze przyłączony Metoda ta daje bardzo dobre wyniki gdy poszukiwana jest najtańsza wagowo ścieżka połączeń wszystkich punktów na płaszczyźnie (tzw. minimalne drzewo rozpinające). Nie daje jednak poprawnych wyników gdy wykorzystuje się ją do np.: poszukiwania najtańszej drogi łączącej dwa wskazane punkty na płaszczyźnie. 27. Opisz schemat działania algorytmu sortowania przez scalanie. Sortowanie przez scalanie polega na podzieleniu za pomocą procedury rekurencyjnej n –elementowej listy wejściowej na n pojedynczych elementów. Następnie algorytm wykonuje kolejno porównania: najpierw par elementów (tworząc posortowane ciągi 2 –elementowe), potem ciągów 2 elementowych (tworząc posortowane ciągi 4 elementowe), i tak do chwili gdy nie powstanie posortowana n –elementowa lista. Najistotniejszym etapem tego algorytmu jest etap scalania. W etapie tym następuje porównanie dwóch identycznych części (n –elementowych ciągów) i przekształcenie ich tak by utworzyły 2n –elementowy, posortowany ciąg wynikowy. Porównanie odnosi się zawsze do dwóch pierwszych elementów ciągów wejściowych, a do nowopowstającego, posortowanego ciągu wynikowego przepisywany jest mniejszy element porównania. Opis słowny algorytmu: Procedura SORTUJ listę L; 1. jeśli lista zawiera tylko jeden element to jest posortowana 2. w przeciwnym razie wykonaj co następuje a. podziel listę L na L1 i L2 b. wywołaj SORTUJ listę L1 c. wywołaj SORTUJ listę L2 d. scal posortowane listy L1 i L2 w jedną posortowaną liste L (etap iteracyjny) 3. wróć do poziomu wywołania 28. Na czym polega metoda algorytmiczna zwana „programowaniem dynamicznym”? docsity.com