§ 13. Использование основных алгоритмических конструкций для исполнителя Робот

Определения и обозначения

Исполнитель Робот — программный исполнитель, который выполняет команды перемещения по клетчатому полю и другие доступные ему действия. Его возможности ограничены системой команд, а перемещение — устройством поля: например, стену нельзя пересечь. Это помогает заранее учитывать, что Робот действительно сможет сделать.

Система команд исполнителя — перечень команд, которые Робот понимает и может выполнить. Команда должна подходить к текущей ситуации: если путь закрыт стеной, команда движения туда не приведёт к нужному результату. Знание системы команд позволяет записать алгоритм так, чтобы исполнитель мог его выполнить.

Следование — алгоритмическая конструкция, в которой команды выполняются одна за другой в заданном порядке. Например, сначала Робот перемещается, а затем выполняет следующий шаг маршрута. Такая запись нужна, когда действия заранее известны и важна их очередность.

Ветвление и повторение — конструкции, которые позволяют выбирать команды по условию и многократно выполнять команду или группу команд. Ветвление реагирует на результат проверки, а повторение избавляет от записи одинакового действия много раз. Эти конструкции нужны, когда алгоритм должен учитывать поле или повторять действия.

Как это устроено

Алгоритм для Робота составляют из команд его системы, потому что исполнитель не может догадаться о значении привычной человеку фразы. Перед записью нужно представить начальное положение Робота, устройство поля и цель. Тогда можно проверить, доступны ли нужные клетки и не направит ли команда Робота в стену. Такая предварительная проверка помогает выбрать подходящие команды и получить требуемый результат.

Следование подходит для маршрута или действия с заранее известным числом шагов. Команды записывают в том порядке, в котором Робот должен их выполнить: перестановка даже двух шагов способна изменить конечное положение. Например, если требуется пройти по прямому свободному коридору, можно последовательно указать нужное число перемещений. До выполнения полезно пройти этот список мысленно и сравнить итог с целью.

Ветвление нужно, когда следующий шаг определяется проверкой условия. Сначала Робот проверяет, например, свободна ли клетка в направлении движения, затем выбирает одну из альтернатив: двигаться или выполнить другое действие. Если условие выполнено, работает одна ветвь, а если нет — другая. Благодаря этому алгоритм может реагировать на препятствия, которые влияют на выбор пути.

Повторение позволяет не записывать одно и то же действие снова и снова. Повторяемая команда или группа команд называется телом цикла; цикл выполняет её несколько раз. Число повторений можно задать явно или связывать выполнение с условием — это зависит от используемой формы записи. Условие проверяют так, чтобы Робот остановился вовремя, а тело цикла действительно помогало приблизиться к цели.

Для более сложной задачи конструкции объединяют. Например, Робот повторяет обработку очередной клетки, а внутри цикла проверяет, есть ли препятствие, и выбирает действие по результату. Цикл отвечает за повторение работы, а ветвление — за выбор подходящего шага в каждом случае. Перед запуском стоит проследить алгоритм для разных ситуаций на поле, чтобы убедиться, что ни один вариант не приводит к ошибке или бесконечному выполнению.

Основные алгоритмические конструкции в алгоритмах для Робота

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала определите, что требуется от Робота: пройти известный маршрут, выбрать действие по ситуации или повторять шаги. Затем выберите подходящую конструкцию и проверьте, соответствует ли пример условиям поля. Если в задаче нужны разные способы управления, объедините конструкции.

Разбор задач

Пройти три клетки вправо

Условие. Робот находится у свободного коридора, перед ним есть три свободные клетки справа. Нужно составить алгоритм, чтобы он прошёл эти клетки. Поскольку путь известен заранее, достаточно последовательности команд перемещения.

1. Уточняем начальное направление: Робот должен быть ориентирован вправо или перед первым шагом его нужно развернуть вправо доступной командой.
2. Проверяем, что все три клетки по ходу движения свободны: тогда каждое перемещение выполнимо.
3. Записываем команду движения вправо три раза подряд, сохраняя порядок шагов.
4. Прослеживаем выполнение: после первого, второго и третьего перемещения Робот оказывается на очередной клетке коридора.

Ответ. Алгоритм состоит из трёх последовательных команд перемещения вправо (и, если требуется, команды поворота вправо перед ними). Следование здесь удобно, потому что число шагов известно, а препятствий на маршруте нет. Если хотя бы одна клетка окажется занята стеной, сначала нужно пересмотреть условие или маршрут.

Двигаться до стены

Условие. Робот должен идти вправо, пока впереди свободная клетка, и остановиться перед стеной. Число клеток заранее не задано, поэтому повторять движение фиксированное число раз неудобно. Нужен цикл с проверкой условия перед очередным перемещением.

1. Формулируем условие продолжения: клетка впереди свободна.
2. Перед каждым перемещением проверяем это условие, чтобы не отдавать команду движения в стену.
3. Если клетка свободна, выполняем перемещение вправо и возвращаемся к проверке.
4. Если впереди стена, условие не выполнено: прекращаем повторение и не перемещаем Робота дальше.

Ответ. Алгоритм — повторять проверку «впереди свободно?» и движение вправо, пока условие истинно. Когда проверка покажет стену, цикл завершится, и Робот останется на клетке перед ней. Проверка должна стоять до движения, иначе последняя команда может столкнуть исполнителя с препятствием.

Продолжать путь при встрече с препятствием

Условие. Робот проходит ряд клеток: если следующая клетка свободна, он движется вперёд, а если встретил препятствие, поворачивает и продолжает обходным путём. Неизвестно заранее, сколько раз придётся повторить действия, поэтому удобно обрабатывать поле шаг за шагом. Здесь нужны и повторение, и выбор по условию.

1. Определяем, что цикл повторяет обработку очередной ситуации, пока Робот не достигнет цели или другого условия остановки.
2. Внутри цикла проверяем клетку впереди: это позволяет выбрать действие, не двигаясь вслепую.
3. Если клетка свободна, Робот перемещается вперёд; если там препятствие, выполняет предусмотренный поворот и шаг обходного пути.
4. После действия проверяем, изменилось ли положение и можно ли продолжать; при достижении цели цикл прекращается.

Ответ. Используем цикл, внутри которого находится ветвление: свободно впереди — двигаться, есть препятствие — обходить его. Конкретные повороты и направление обхода зависят от поля и доступных команд, поэтому их нужно задать так, чтобы путь оставался свободным. Условие остановки необходимо, иначе Робот может повторять обработку бесконечно.

Типичные ошибки

Записывать команду, которой нет в системе команд Робота, — значит поручать исполнителю действие, смысл которого ему неизвестен. Так ошибаются, когда описывают решение обычными словами и не сверяют его с доступными командами. Проверьте каждую команду по системе исполнителя и замените неподходящую на разрешённую последовательность действий.

Путать порядок команд в следовании опасно, потому что Робот выполняет шаги именно в записанной очередности. Перестановка может изменить маршрут или привести к стене, хотя сами команды по отдельности допустимы. Чтобы проверить себя, мысленно исполните список от первой команды до последней и отмечайте положение Робота после каждого шага.

Не проверить условие перед движением или проверить не то направление — значит принять решение по неверным данным. Например, свободная клетка сбоку не означает, что свободно прямо перед Роботом. Сначала определите направление проверки, затем сопоставьте его с направлением команды и проследите, куда приведёт каждый вариант ветвления.

Цикл без условия остановки или с условием, которое не меняется, может выполняться бесконечно. Так случается, если повторение не приближает Робота к завершению задачи или состояние поля не влияет на проверку. Проверьте, что после повторов условие способно стать ложным, а при достижении цели цикл действительно прекращается.

Связь с другими темами

Для работы с алгоритмами Робота нужно понимать, что такое алгоритм, исполнитель, команда и система команд, а также уметь задавать порядок действий. Эти понятия помогают отличать описание задачи от программы, которую исполнитель может выполнить. Следование, ветвление и повторение применяются не только для Робота: те же конструкции используют при составлении алгоритмов для других исполнителей и при решении задач на условия и циклы.

Что запомнить

• Робот выполняет только команды своей системы команд.
• Следование задаёт порядок выполнения команд.
• Ветвление выбирает действие по результату проверки условия.
• Повторение позволяет многократно выполнять команду или группу команд.
• Условие цикла должно обеспечивать его завершение.
• Сложный алгоритм можно составить из нескольких основных конструкций.