Bài giảng Nhập môn tin học - Chương 11: Lập kế hoạch viết chương trình trên máy tính

1 LẬP KẾ HOẠCH VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH Chương 11 2 Nội dung 11.1. Mục đích của việc lập kế hoạch chương trình 11.2 Thuật giải 11.3. Lưu đồ 11.4. Bảng quyết định 11.5. Mã giả 3 Mục đích của việc lập kế hoạch chương trình  Mục đích: để tạo một chương trình hiệu quả. Kế hoạch của một chương trình bao gồm định nghĩa các bước thực hiện của chương trình.  Các bước thực hiện:  Thu thập thông tin: xác định dữ liệu nhập và xuất  Xây dựng cấu trúc dữ liệu: xác định các kiểu dữ liệu, cách tổ chức và cài đặt dữ liệu  Xây dựng thuật giải: xác định các công việc cần phải giải quyết 4  Còn gọi là thuật toán là tập các bước có thể tính toán được để đạt được kết quả mong muốn.  Được xây dựng trên cơ sở của cấu trúc dữ liệu đã được chọn.  Có thể được minh họa bằng ngôn ngữ tự nhiên (natural language), bằng sơ đồ (flow chart) hoặc bằng mã giả (pseudo code). Thuật giải là gì? 5 Thuật giải là gì?  Chất lượng của một thuật giải phải có những đặc điểm sau:  Mỗi lệnh phải rõ ràng và chính xác.  Mỗi lệnh nên thực hiện trong thời gian giới hạn.  Một hay nhiều lệnh không nên lặp lại vô hạn.  Sau khi thực hiện các chỉ thị, thuật giải kết thúc thì phải thu được kết quả mong đợi. 6 Các mẫu của thuật giải  Ví dụ: Xây dựng các thuật giải sau:  Tính tổng, hiệu, tích, thương của hai số nguyên.  Nhập điểm toán, lý, hóa. Tính điểm trung bình  Viết chương trình giải phương trình bậc nhất  Tính lương cho nhân viên biết Luong = LCB + Thuong Thảo luận 7 Chất lượng của giải thuật Các yếu tố chính thường dùng để đánh giá chất lượng của một thuật toán là:  Yêu cầu thời gian: là thời gian yêu cầu để thực thi một chương trình trên hệ thống máy tính. Nếu thời gian yêu cầu ít thì đó là một thuật toán tốt.  Yêu cầu bộ nhớ: là vùng nhớ trống yêu cầu để thực thi một chương trình trên hệ thống máy tính. Nếu yêu cầu bộ nhớ ít thì đó là một thuật toán tốt.  Độ chính xác  Tính tổng quát: có thể xử lý hàng loạt các dữ liệu đầu vào. 8 Mô tả của giải thuật  Các cách mô tả một thuật toán:  Bằng chương trình (ngôn ngữ tự nhiên) - As programs  Bằng lưu đồ - As flowcharts  Bằng mã giả - As pseudocodes  Bằng bảng quyết định - As decision tables 9 Lưu đồ - Flowcharts  Lưu đồ là một bản vẽ mô tả một thuật toán.  Lưu đồ hoạt động như một lộ trình cho lập trình viên và hướng dẫn họ cách đi từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc. Bắt đầu Đọc dữ liệu đầu vào Cộng điểm các môn thành Tổng cộng Phần trăm= Tổng cộng / 10 Viết dữ liệu xuất Dừng 10 Tại sao phải sử dụng lưu đồ?  Khi vẽ một lưu đồ, lập trình viên không quan tâm đến yếu tố ngôn ngữ lập trình. Họ quan tâm hoàn toàn đến tính luận lý của thủ tục.  Bất kỳ lỗi logic nào của thủ tục có thể bị bỏ qua một cách dễ dàng trong một chương trình.  Khi một lưu đồ đã có, lập trình viên có thể bỏ qua tính luận lý và chỉ quan tâm đến viết mã lệnh cho những thao tác theo lưu đồ.  Thường dùng cho những người mới bắt đầu lập trình để giảm bớt số lỗi và những sơ sót trong chương trình. 11 Các kí hiệu cơ bản của lưu đồ 12 Các kí hiệu cơ bản của lưu đồ 13 Các kí hiệu cơ bản của lưu đồ 14 Các kí hiệu cơ bản của lưu đồ 15 Các kí hiệu cơ bản của lưu đồ 16 Bắt đầu Đọc dữ liệu đầu vào Cộng điểm các môn thành Tổng cộng Phần trăm= Tổng cộng / 10 Viết dữ liệu xuất Dừng Bắt đầu Count=0 Đọc dữ liệu đầu vào Cộng tất cả điểm của những môn học cho tổng số Phần trăm = tổng số / 10 Viết dữ liệu đầu ra Cộng 1 vào Count Có phải Count = 50 ? Dừng lại No Yes Hình minh họa 11.6. Biểu đồ trình tự thao tác cho lời giải của ví dụ 11.4 Bắt đầu Đọc dữ liệu đầu vào Cộng tất cả điểm của những môn học cho tổng số Phần trăm = tổng số / 10 Viết dữ liệu đầu ra Dừng lại No Có phải Rollno = 0000000 ? Yes Hình minh họa 11.7. Tạo biểu đồ trình tự thao tác cho lời giải của ví dụ 11.4, sử dụng khái niệm trailer record. Vòng lặp được ngắt bởi việc nhận ra một bản ghi không phải là dữ liệu đặc biêt. 17 Các kí hiệu bổ sung của lưu đồ 18 Các kí hiệu bổ sung của lưu đồ 19 Các kí hiệu của lưu đồ  Ví dụ: Một sinh viên có mặt trong một kì thi với tổng cộng 10 môn học, mỗi môn học có điểm tối đa là 100 điểm.  Mỗi sinh viên gồm: Mã số của sinh viên, tên điểm các môn học.  Vẽ một lưu đồ cho giải thuật để tính và in ra tỷ lệ phần trăm điểm của mỗi sinh viên trong kì thi này và sau đó in ra theo mã sinh viên và tên sinh viên. 20 Các kí hiệu của lưu đồ  Example 1: Make a list of only students who have passed (obtained 30% marks) in the examination. And print out the total number of such as students. + Assume: input data is terminated by sentinel value is 9999999 Solution: There are two decision symbols.  The first one checks for a trailer record by comparing Rollno against the value 9999999 to determine if the processing is complete.  The second one checks whether student has passed or failed by comparing percentage marks obtained against 30. 21 Các kí hiệu của lưu đồ  Ví dụ: Một sinh viên có mặt trong một kì thi với tổng cộng 10 môn học, mỗi môn học có điểm tối đa là 100 điểm.  Mỗi sinh viên gồm: Mã số của sinh viên, tên điểm các môn học.  Vẽ một lưu đồ cho giải thuật để tính và in ra tỷ lệ phần trăm điểm của mỗi sinh viên trong kì thi này và sau đó in ra theo mã sinh viên và tên sinh viên.  Vẽ lại với số sinh viên là 50  Vẽ lưu đồ in danh sách sinh viên đậu (đạt được 40% hoặc nhiều điểm hơn) Sinh viên vẽ 22 Các kí hiệu của lưu đồ  Ví dụ: Một sinh viên có mặt trong một kì thi với tổng cộng 10 môn học, mỗi môn học có điểm tối đa là 100 điểm.  Mỗi sinh viên gồm: Mã số của sinh viên, tên điểm các môn học, phái có giá trị M (nam), F (nữ). Vẽ lưu đồ thực hiện các công việc sau:  Tạo danh sách chỉ chứa những Sv nữ thi đậu (đạt từ 40% số điểm trở lên).  Tạo danh sách chỉ chứa những Sv nữ thi đậu trong lần chia thứ hai (đạt được 45% hoặc hơn nhưng nhỏ hơn 60% số điểm).  In ra tổng số của những sinh viên theo yêu cầu trên. Sinh viên vẽ 23 Start Count = 0 Read input data Is Sexcode= Z? 1 2 Add marks of all subjects giving Total Percentage = Total / 10 Is percentage => 45 ? Is percentage < 60 ? Write output data Add 1 to Count 1 1 1 2 Stop Write Count Is Sexcode= F?2 Yes No Yes No No Yes Yes Figure 11.10. Flowchart of example 11.9. Redraw to illustrate the use of connectors 24 Các luật của biểu đồ  Nhánh chính đầu tiên của biểu đồ phải hợp nhất.  Duy trì mức độ ổn định cho một biểu đồ.  Không xây dựng lược đồ chi tiết hoặc một lược đồ chỉ là một đồ thị biểu diễn từng bước một của một chương trình.  Những ký hiệu của biểu đồ nên là những câu phát biểu thông dụng và dễ hiểu.  Thống nhất trong việc sử dụng tên và các biến trong biểu đồ. 25 Các luật của biểu đồ  Đi từ trái qua phải và từ trên xuống dưới trong quá trình xây dựng biểu đồ.  Nên tránh sự băng qua của những đường thẳng nối tiếp nhau.  Nếu một biểu đồ tiến trình kéo dài hơn một trang thì nên tách tại một điểm nhập vào và điểm xuất ra.  Ngoài ra nhũng kết nối nên đặt nhãn để kết nối những phần của biểu đồ trên các trang khác nhau. 26 Thuận lợi và hạn chế của biểu đồ Thuận lợi:  Giao tiếp tốt hơn.  Phân tích hiệu quả  Kết hợp hiệu quả  Sơ đồ chương trình hợp lý  Tạo mã lệnh hiệu quả  Việc gỡ lỗi hệ thống dễ dàng  Việc kiểm tra hệ thống hiệu quả  Một biểu đồ tiến trình rất hữu ích trong việc kiểm tra dữ liệu và các hoạt động của chương trình. 27 Thuận lợi và hạn chế của biểu đồ Hạn chế:  Rất tốn thời gian và công sức để vẽ, đặc biệt cho một chương trình lớn và phức tạp.  Mọi sự thay đổi và chỉnh sửa trong một chương trình sẽ phải vẽ một biểu đồ hoàn toàn mới.  Không thích hợp với các chương trình không ổn định hay thay đổi. 28 BẢNG QUYẾT ĐỊNH  Là các quyết định hay các thao tác mà máy tính thực hiện.  Gồm hai thành phần: điều kiện và hành động  Khi máy tính phải tạo một số lượng lớn các quyết định hoặc nếu có một số lượng lớn những nhánh khác nhau bên trong một chương trình, bảng quyết định rất hữu ích. Table Heading Decision Rules Condition Stub Condition entries Action stub Action Entries Một dạng của bảng quyết định 29 BẢNG QUYẾT ĐỊNH Các bước xây dựng một bảng quyết định là:  Định nghĩa một cách hợp lý bài toán.  Liệt kê tất cả những điều kiện được kiểm tra trong bài toán  Liệt kê những hành động phù hợp với các điều kiện tương ứng.  Hình thành một bảng quyết định. 30 Mẫu bảng quyết định 31 Ưu điểm của Bảng quyết định  Bảng quyết định thường được sử dụng cùng một chỗ với biểu đồ vì những lý do sau:  Chúng cung cấp các mô tả cốt lõi của các trường hợp phức tạp một cách logic  Dễ dàng hơn trong việc vẽ và thay đổi so với biểu đồ  Một bảng nhỏ có thể thay thế một vài trang biểu đồ tiến trình  Dễ dàng theo dõi 32 Hạn chế của Bảng quyết định  Bảng quyết định lớn có thể trở nên khó hiểu và khó điều chỉnh.  Lưu đồ có khả năng diễn tả toàn bộ dãy các sự kiện cần giải quyết tốt hơn.  Lưu đồ quen thuộc hơn và được ưu tiên dùng hơn đối với những người mới học và các nhà lập trình viên. 33 MÃ GIẢ 34 Mã giả là gì? • Mã giả (Pseudocode) là một công cụ phân tích dùng để lập kế hoạch cho chương trình. • Mã giả không có bất cứ quy tắc cú pháp nào để trình bày lệnh  Dễ dàng chuyển đổi mã giả thành ngôn ngữ lập trình  Mã giả nhấn mạnh thiết kế chương trình, mã giả cũng được gọi là Ngôn Ngữ Thiết Kế Chương Trình. 35 Mã giả cho các cấu trúc điều khiển cơ bản  Có ba cấu trúc điều khiển logic sau đây : 1. Logic trình tự, 2. Logic lựa chọn, 3. Logic lặp (hay vòng lặp). 36 Logic tuần tự (Sequence Logic) Logic tuần tự dùng để thực hiện lần lượt các lệnh theo trình tự nào đó 37 Logic lựa chọn Còn gọi là logic quyết định, được dùng để đưa ra quyết định. 38 Logic lựa chọn 39 Logic lựa chọn 40 Logic lặp lại (hay vòng lặp) 41 Logic lặp lại (hay vòng lặp) 42 Ví Dụ Về Mẫu mã giả 43 Ví Dụ Về Mẫu mã giả 44 Ưu điểm và Nhược diểm của mã giả Ưu điểm • Biến đổi mã giả thành ngôn ngữ lập trình dễ dàng hơn so với lưu đồ hay bảng quyết định. • Dễ điều chỉnh. • Lối viết của mã giả sẽ tốn ít thời gian hơn, tương đương với cách viết của lưu đồ. • Mã giả dễ viết hơn ngôn ngữ lập trình vì nó có duy nhất một vài luật để tuân theo giúp lập trình viên tập trung vào logic của chương trình. 45 Ưu điểm và Nhược diểm của mã giả Nhược điểm • Mã giả không có sự biểu diễn đồ họa của chương trình. • Khi dùng mã giả thì không có luật chuẩn nào để làm theo. Các lập trình viên sử dụng phong cách của mình để viết mã giả nên khó khăn trong vấn đề truyền đạt nội dung vì thiếu sự tiêu chuẩn hoá. • Khó cho người mới học. 46 Câu hỏi và bài tập Giáo trình trang 361 Bài tập trang 40