15. Алгоритмы и программа Скретч

Определения и обозначения

Алгоритм — точное и понятное описание последовательности действий для достижения результата. Он нужен, чтобы не пропустить шаг и выполнить задачу в правильном порядке. Например, рецепт приготовления блюда тоже можно считать алгоритмом.

Исполнитель — объект, который может выполнять команды алгоритма из заданного набора действий. Исполнителем бывает человек, робот или компьютерная программа. Это понятие помогает заранее определить, какие команды доступны и какой результат от них можно получить.

Программа — алгоритм, записанный на языке, понятном компьютеру или исполнителю. Обычное описание приходится переводить в команды, потому что компьютер не понимает свободную человеческую речь. Программа позволяет исполнителю выполнить алгоритм автоматически.

Скретч — визуальная среда программирования, в которой программа создаётся соединением графических блоков. Блоки заменяют запись команд текстом и подсказывают, какие элементы можно соединить. Поэтому в Скретче удобно учиться составлять алгоритмы и сразу видеть результат их работы.

Как это устроено

Решение задачи сначала представляют в виде алгоритма, потому что так легче выделить цель и порядок действий. Человек может проверить такой план ещё до работы с компьютером и обнаружить пропущенные шаги. Затем алгоритм переводят в программу: каждая команда записывается на языке, который понимает выбранный исполнитель.

Хороший алгоритм должен быть понятным, точным, определённым и результативным. Понятность означает, что исполнитель знает смысл каждой команды, а точность не оставляет лишних толкований. Определённость гарантирует одинаковый выбор действий в одинаковой ситуации, а результативность означает, что выполнение в итоге приводит к цели.

Исполнитель получает команды по одному шагу или из специальной конструкции, например цикла. Он может выполнить только действия, входящие в его систему команд, то есть в список доступных ему операций. Поэтому нельзя приказать персонажу Скретча выполнить неизвестное действие: сначала нужно найти подходящий блок или составить нужную последовательность из доступных блоков.

В Скретче блоки соединяют в сценарии — цепочки команд для персонажа или другого объекта. Выполнение обычно начинается после события: нажатия зелёного флага, клавиши или сообщения от другого объекта. Событие служит сигналом запуска, а следующие блоки определяют, что именно произойдёт после него.

Из простых команд строят сложные алгоритмы тремя основными способами. Последовательность задаёт шаги один за другим, повторение позволяет не записывать одинаковую команду много раз, а ветвление выбирает один из вариантов по условию. Например, персонаж может повторять движение, пока не коснётся края, а затем повернуть в другую сторону.

Сравнение алгоритма и программы в Скретче

Сначала найдите в таблице назначение и форму записи: они показывают разницу между планом и его компьютерной реализацией. Затем проверьте исполнителя и способ запуска, чтобы понять, кто и когда выполняет команды. Последняя строка помогает оценить, достигнута ли цель и где искать ошибку.

Разбор задач

Квадрат

Условие: составить алгоритм, по которому исполнитель рисует квадрат. У квадрата четыре равные стороны и четыре поворота на 90 градусов. Значит, повторяющиеся действия можно объединить в цикл.

1. Выбрать длину стороны, например 100 шагов.
2. Задать повторение четыре раза.
3. Внутри цикла пройти 100 шагов и повернуть на 90 градусов.
4. После четвёртого поворота остановить выполнение.

Ответ: алгоритм состоит из цикла «повторить 4 раза», внутри которого находятся команды «пройти 100 шагов» и «повернуть на 90 градусов». Цикл сокращает запись, но сохраняет все четыре одинаковых стороны.

Движение и приветствие

Условие: создать в Скретче программу, в которой персонаж перемещается по сцене и здоровается при нажатии клавиши. Сначала нужно выбрать событие, затем расположить команды в нужном порядке. Движение должно происходить после запуска, а сообщение — после нажатия клавиши.

1. Для персонажа добавить блок запуска «когда нажата клавиша».
2. Присоединить к нему команду движения на заданное число шагов.
3. Добавить событие нажатия другой клавиши, если приветствие должно запускаться отдельно.
4. Соединить с этим событием блок «сказать» с текстом приветствия.

Ответ: персонаж движется по первой цепочке команд, а при нажатии выбранной клавиши произносит сообщение. Проверить программу можно, запустив сцену и нажав нужную клавишу.

Проверка чётности

Условие: программа должна проверить число и сообщить, является ли оно чётным. Число чётное, если при делении на 2 остаток равен 0. Поэтому в алгоритме нужны ввод числа, вычисление остатка и ветвление.

1. Получить число от пользователя и сохранить его в переменной.
2. Проверить условие: остаток от деления числа на 2 равен 0.
3. Если условие истинно, вывести сообщение «Число чётное».
4. Иначе вывести сообщение «Число нечётное».

Ответ: программа использует условие вида «число mod 2 = 0». Ветвление выбирает одно из двух сообщений, поэтому результат появляется для любого введённого числа.

Типичные ошибки

Команды могут быть записаны в неправильном порядке, поэтому исполнитель начинает действия не с того шага. Так происходит, когда блоки добавляют без предварительного плана. Проверьте сценарий по шагам и проговорите, что произойдёт после каждой команды.

Неоднозначная команда вроде «сделай красиво» непонятна исполнителю, потому что допускает разные действия. Её часто используют по привычке, как в разговоре с человеком. Замените её точными командами и укажите число, направление, цвет или другое нужное значение.

Программа не начинается, если пропущен блок запуска или блоки соединены не с тем объектом. Ошибку допускают, когда проверяют только наличие блоков, но не событие и выбранного персонажа. Нажмите нужный флаг или клавишу и убедитесь, что сценарий относится к активному объекту.

Неверно составленные цикл или условие могут зациклить программу либо навсегда оставить нужную ветвь недоступной. Такое случается, если условие не меняется или проверяется не тот результат. Проверьте начальное значение, изменение переменных и оба возможных исхода условия.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно уметь представлять действия по шагам, пользоваться командами и понимать последовательности. Дальше эти знания пригодятся при изучении циклов, ветвлений, переменных и событий, а также при создании компьютерных моделей. Алгоритмы связывают информатику с математикой, технологией и робототехникой и помогают планировать повседневные дела.

Что запомнить

• Алгоритм задаёт точный порядок действий для получения результата.
• Исполнитель выполняет только понятные ему команды.
• Программа — это алгоритм, записанный на языке исполнителя.
• В Скретче программа составляется из соединённых графических блоков.
• Сценарий Скретча обычно запускается событием.
• Последовательность, цикл и ветвление являются основными способами построения алгоритмов.
• Программу нужно проверять и исправлять по результату выполнения.