XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Повседневные алгоритмы в жизни современного школьника
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
У большинства людей понятие алгоритм неразрывно связано с программированием. Многие думают, что это что-то очень сложное в понимании и применении, и под силу только людям определенных профессий. А между тем, многие из нас даже не догадываются, что буквально на каждом шагу изо дня в день мы с вами постоянно сталкиваемся с алгоритмами. И более того, без них мы даже шагу не можем ступить. Простые алгоритмы мы применяем в различных жизненных ситуациях, где сталкиваемся с проблемой выбора и оптимизацией процесса.
Алгоритмы помогают нам понятными и доступными для нас способами, принимать верные решения и достигать поставленных целей. Как это сделать с максимально возможной гарантией успеха, попробуем разобраться вместе.
Цель исследования: изучить понятие, что такое алгоритм, его виды и способы представления. Выяснить с какими алгоритмами встречается в своей повседневной жизни школьник, почему алгоритмы так необходимы и как их применять с пользой для себя. Какую помощь они оказывают для достижения успешной учебы. Составить свой алгоритм «Расписание занятий». Записать его в виде блок схемы и программы.
Объект исследования: современный школьник, ученица 4 класса.
Методы исследования: наблюдение, моделирование и программирование.
Гипотеза исследования: предположим, что алгоритм, это не только инструмент программиста, а очень необходимая вещь в жизни обыкновенного школьника.
Теоретическая часть
1.1. Что такое алгоритм
В повседневной жизни, во время учебы, школьник решает большое количество задач разной сложности. Некоторые из этих задач настолько просты, что он даже не задумывается над процессом их реализации, а делает это автоматически. А между тем решение даже самой простой задачи, выполняется за несколько простых шагов. Такая последовательность называется алгоритмом.
Алгоритм-это определенная последовательность действий, строгое выполнение которых приводит исполнителя к решению поставленной перед ним задачи. Алгоритм содержит несколько шагов. Шаг-это отдельное, законченное действие. Исполнителем алгоритма может быть как человек, так и любой механизм, электронный прибор, робот или вычислительная машина. Но разрабатывать алгоритмы может только человек.
Само название алгоритм произошло от имени среднеазиатского математика Аль-Хорезми жившего в 783-850гг. В своей книге он изложил правила записи натуральных чисел с помощью арабских цифр и правила действия над ними «столбиком» известные теперь каждому школьнику.
1.2. Свойства алгоритмов
Выделяют следующие свойства алгоритмов.
1. Понятность. Каждый шаг алгоритма должен быть понятен исполнителю. Не допускается какой-либо неопределенности, неоднозначности или двусмысленности в толковании действий. Все должно быть четко и ясно.
2. Дискретность. Путь решения задачи разделен на отдельные шаги, действия.
3. Конечность. Любой выполняемый алгоритм должен приводить к результату за конечное число шагов.
4. Результативность. Каждый алгоритм должен быть направлен на достижение результата за конечное число шагов.
5. Массовость. Качественный алгоритм способен решать не одну задачу, а целый ряд однотипных задач.
1.3. Представление алгоритмов
Алгоритмы можно записывать разными способами. Выбор средств, для записи алгоритмов зависит от его назначения и от того, кто будет его исполнять.
1.3.1. Словесная форма. Данный способ описания алгоритма представляет словесный перечень действий на естественном языке. Никаких правил составления данного описания не существует. Любая инструкция по применению чего-либо - это алгоритм, записанный в словесной форме.
Например, в учебнике русского языка есть памятка «Как составить план текста». Для этого необходимо:
1.Разделить текст на законченные по смыслу части.
2.Определить основную мысль каждой части.
3. Озаглавить каждую часть текста.
Данный алгоритм записан в виде текста. Его последовательное выполнение приведет ученика к необходимому результату. Все правила в учебнике «Русского языка» записаны в виде словесного алгоритма: как разобрать слово по составу, синтаксический разбор предложений, правило правописания гласных в корне слова и другие.
1.3.2. Графический способ. Для изображения алгоритма графически используют блок-схемы. Они представляют собой геометрические фигуры (блоки), соединенные между собой стрелками. Стрелки показывают связь между этапами и порядок их выполнения. Каждый блок имеет свое значение и сопровождается надписью.
Этот способ имеет ряд приемуществ. Благодаря наглядности он обеспечивает понятность алгоритма и явно отображает порядок выполнения определенных команд.
Словесная и графическая формы представления алгоритмов предназначены для человека.
1.3.3. Программы. Алгоритм, записанные на языке программирования называется программой. Такие алгоритмы пишутся для компьютеров, вычислительной техники, электронных приборов и т.д. Выполнение даже очень простых расчетов могут поставить человеа в тупик, если их надо будет произвести тысячу раз. А если операцию надо произвести миллион раз, это просто может свести с ума. Компьютер же справится с этой задачей всего за несколько секунд. Для этого и пишутся программы-алгоритмы.
1.4. Виды алгоритмов
Различают несколько видов алгоритмов.
1.4.1. Линейные алгоритмы. Это алгоритмы, в которых команды выполняются однократно, последовательно одна за другой. Они являются самыми распространенными в нашей жизни. Например, утром я встаю и собираясь на тренировку, выполняю действия по линейному алгоритму: встать, умыться, заправить кровать, одеться, позавтракать и я уже готова. Или написание исследователькой работы тоже происходит по линейному алгоритму. Запишем данный алгоритм графически.
Придерживаясь данного алгоритмы действий, можно эффективно распределить силы и время. План работы позволит упростить сбор и анализ информации, поможет сэкономить время в написании работы.
1.4.2. Разветвляющиеся алгоримты. В этих алгоритмах помимо действий содержится хотябы одно условие, проверка которого обеспечивает переход на один из возможных вариантов решения. Каждый возможный путь называется ветвью алгоритма. Ветвящийся процесс, имеющий две ветви называется простым, если в алгоритме более двух ветвей, такой алгоритм называется сложным. Напрвление ветвления выбирается логической проверкой условия, в результате которой возможны толко два ответа: «да»- условие выполнено или «нет»- условие не выполнено.
Разветвляющиеся алгоритмы также встречаются в повседневной жизни школьника. Например, измерение температуры при входе в школу.
Условие: «температура выше нормы?» Если «да», то идешь домой и вызываешь врача. Если «нет», то проходишь в школу на занятия. Запишем данный алгоритм графически.
Это простой ветвящийся алгоритм с двумя ветвями.
1.4.3. Циклические алгоритмы. Такие алгоритмы предусматривают многократное повторение некоторой последовательности действий. Количество повторений зависит от условий задачи. Например, я в школу добираюсь на трамвае. Я знаю, что мне нужно выйти на остановке «ЦУМ». Каждый раз, когда трамвай останавливается я проверяю условие «Это остановка ЦУМ?». Если «да», то я выхожу, если «нет», то еду до следующей остановки и снова проверяю свое условие. Эта последовательность будет повторятся до тех пор, пока условие не будет выполнено. Это и есть цикличность. Запишем этот алгоритм графичесим спомобом.
2. Практическая часть
Для того, чтобы максимально рационально использовать свое время я составлю для себя алгоритм «Расписание занятий». Запишу его ввиде блок-схемы. Также напишу программу на языке программирования Python.
С понедельника по пятницу кроме учебы в школе, я три раза в неделю занимаюсь в секции каратэ «Киокушинкай» и дополнительно два раза в неделю английским языком. Уроки в школе в зависимости от дня недели, начинаются и заканчиваются в разное время. Чтобы ничего не забыть, не перепутать и не опаздывать на занятия надо обработать имеющуюся информацию и составить расписание занятий на неделю.
2.1. Построение блок-схемы
Построение начинается с блока «Начало». Затем следует блок ввода исходной информации. В моем случае это дни недели: понедельник, вторник, среда, четверг, пятница. Для упрощения ввода присвоим каждому дню недели определённую преременную a, b, c, d, e соответственно. Теперь проверяем первое условие: «Какой день недели?» Если понедельник, среда или пятница, то в блоке вывода информации записываем «8:30-10:30 каратэ», если нет, то «10:00-11:00 английский язык». Затем аналогично проверяем еще несколько условий «День недели понедельник?», «День недели среда?», «День недели вторник?» После проверки этих условий в зависимости от ответв «да» или «нет» выводится информация о начале и окончании занятий в школе, а так же предметов на этот день. В результате построения блок-схемы у нас получился сложный разветвляющийся алгоритм.
Для наглядности полученное расписание занятий я занесла в таблицу.
2.2. Исходный код
Так же свое расписание я записала в виде программы. Программа задаёт вопрос: «Какой завтра день недели?» Вводя любой день недели, я получаю в ответ расписание занятий на этот день. Это поможет мне накануне подготовиться к необходимым предметам , собрать портфель и распланировать оптимально свое время, начиная с подъема.
Для записи разветвляющегося алгоритма на языке Python используют условный оператор IF-ELSE (если-иначе). Для вывода текста на печать пишем PRINT. Знаки для записи условий обозначаются следующим образом: ==равно, <= больше, >=меньше, != не равно. Исходную переменную обозначаем dn- день недели. В результате записи нашего алгоритма на языке Python получили исходный код.
Заключение
В результате проведенного мною исследования, я изучила понятие алгоритма, пронаблюдала и выяснила: где, как и когда в своей жизни я использую алгоритмы. Составила свой алгоритм «Расписание занятий», записала его в виде блок-схемы, результаты занесла в таблицу. Написала для данного алгоритма программу на языке Python и разместила на своем ноутбуке, на рабочем столе, для удобства её использования. На основании проделанной работы я пришла к выводу, что даже если бы я не знала язык программирования и не умела писать программы, я все равно использую алгоритмы в моей повседневной жизни. По дороге в школу и домой, в учебном процессе, в режиме дня они сопровождают меня повсюду. Значит гипотеза, выдвинутая мною в начале исследования, что область использования алгоритмов не сводится только к программированию - полностью подтвердилась.
В большинстве случаев результат моей деятельности напрямую зависит от того, насколько четко я понимаю алгоритмическую сущность своих действий: что делать в каждый момент, в какой последовательности и каким должен быть итог этих действий. Умение составлять и использовать различные алгоритмы формируют особый вид мышления - алгоритмический. Данный вид мышления позволяет экономить мое время и решать поставленные передо мной задачи с максимальной эффективностью.
Список литературы
Панос Луридас. Алгоритмы. Самый краткий и понятный курс. - Москва: «Бомбора», 2022.-192с.
Бхаргава Адитья. Грокаем алгоритмы. Иллюстрированное пособие для программистов и любопытствующих. - Санкт-Петербург: «Питер», 2022.-208с.
Овчинникова Г.Н. Информатика-4. Основы алгоритмизации. – Пермь: «Издательство Пермского университета», 1999.-56с.
Чан Джейми. Python: быстрый старт. - Санкт-Петербург: «Прогресс книга», 2022.-224с.
Тони Геддис. Начинаем программировать на Python.- Санкт-Петербург: «БХВ», 2019.- 768с.
Алгоритмы и способы их написания. [Электронный ресурс]: Информатика. учебное пособие. http://psk68.ru/files/metod/uchebnik_Informatika/glav.html
Алгоритм и его свойства. [Электронный ресурс]. Фоксфорд. https://foxford.ru/wiki/informatika/algoritm-i-ego-svoystva