Основні етапи розв'язування задач за допомогою комп'ютера

Бурхливий розвиток обчислюваної техніки приводить до все більшої комп’ютеризації всіх сфер людської діяльності. Сьогодні комп’ютер став невід’ємним помічником людини при вирішенні різноманітних задач.

Ще в недалекому минулому коп'ютери використовувались в основному для розв’язування складних математичних задач. З появою персональних ЕОМ клас розв’язуваних задач значно розширився. Комп’ютер став масово використовуватись для накопичення та обробки інформації. З цією метою розробляються різноманітні інформаційно-пошукові системи. Крім того, сьогодні комп’ютер використовується для опрацювання графічної та звукової інформації.

Розв’язування на ЕОМ прикладних задач різних класів має свою специфіку, але процес розв’язання можна розбити на декілька етапів, характерних для більшості задач.

1. Постановка задачі, яка полягає в аналізі задачі та виборі (побудові) моделі її розв’язування. Пошук розв’язку будь-якої задачі починається з її аналізу. Перш за все, потрібно чітко вияснити, які дані є початковими, а які треба отримати як результат розв’язання. Крім того, треба встановити залежності між початковими і кінцевими даними. У цілому, постановка задачі полягає у побудові формальної моделі розв’язання задачі. Часто, щоб розв’язати задачу, пов’язану з дослідженням реального об’єкта, необхідно спочатку описати цей об’єкт в математичних термінах, тобто побудувати його математичну модель

Метод математичного моделювання реальних явищ виник і отримав свій розвиток в фізиці. Так, ще в XVII ст. Галілеєм була запропонована добре відома тепер математична модель, що описує рух тіла, кинутого під кутом до горизонту із заданою початковою швидкістю. Перша велика математична модель в фізиці – механіка Ньютона. Ще одними прикладом моделі є спеціальна теорія відносності Ейнштейна, що з’явилися на початку XX століття. Взагалі в наш час в фізиці є ціла система математичних моделей.

Впровадження математичних методів дослідження в інші науки також тісно пов’язані із створенням математичних моделей.

Наприклад, такі моделі успішно використовуються для прогнозу погоди, клімату на планеті.

Математичне моделювання широко використовується в економіці, плануванні, екології і т.п.

2. Побудова алгоритму, як і попередній етап, виконується людиною і носить творчий характер. Але при цьому треба врахувати сучасні технології розробки алгоритмів. Алгоритм повинен бути по-можливості простим для розуміння на аналізу. Крім того, при побудові алгоритму треба врахувати його ефективність виконання на коп'ютері.

3. Створення програми. На цьому етапі здійснюється реалізація алгоритму засобами певної мови програмування. Програма – це упорядкована послідовність команд, записаних мовою програмування, які описують алгоритм розв’язку задачі. Вона є перекладом алгоритму з мови, на якій записаний алгоритм, на мову програмування. Написання програми це творчий процес і виконується людиною без участі коп'ютера. Для створення якісної і ефективної програми треба добре володіти мовою програмування та знати можливості коп'ютера.

4. Трансляція програми. Коп'ютер може виконувати програми написані лише машинною мовою, а не мовою програмування високого рівня. Тому наступним етапом розв’язування задачі є трансляція програми, тобто переклад програми на машинну мову. Переклад здійснюється за допомогою спеціальної програми-транслятора. Для кожної мови програмування призначений свій транслятор. Початковими даними для транслятора є текст програми на відповідній мові програмування, а результатом його роботи – текст програми на машинній мові. При цьому початкова і результуюча програми еквівалентні в тому розумінні, що вони реалізують один і той же алгоритм. Під час трансляції користувач має можливість виправити синтаксичні помилки, допущені в програмі.

5. Налагодження програми. В результаті трансляції отримується програма, яку можна виконувати на комп'ютері. Але в процесі розробки програми могли бути допущені помилки, які називають змістовними. Синтаксичні помилки виправляються під час трансляції програми, а помилки логічного характеру можна виправити лише побачивши як працює програма. Тому будь-яка програма перед її практичним використанням повинна пройти етап налагодження. Мета налагодження полягає в тому, щоб виявити і виправити помилки, допущені на попередніх етапах, отримати правильну програму, до результатів роботи якої можна відноситись з довірою. Суть налагодження полягає в тому, що користувач готує систему текстів, за допомогою яких перевіряється робота програми в різних можливих режимах. Сучасні системи програмування містять спеціальні сервісні програми – налагоджувачі, які дозволяють полегшити процес налагодження програми.

6. Експлуатація програми. Налагоджену програму можна використовувати для розв’язування задачі на коп'ютері, тобто отримувати результати її розв’язку. Програма для розв’язування великих і складних задач розробляється не одним користувачем, а цілим колективом. Після закінчення налагодження такі програми, зазвичай, є комерційним продуктом і поступають в продаж або передаються замовнику. В залежності від степені складності програми, її експлуатація може здійснюватись професійними програмістами, що входять в групу супроводження програми.