Chiziqli algoritmlar, tarmoqlanuvchi algoritmlar, takrorlanuvchi algoritmlar

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI

OLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI

_______________DAVLAT UNIVERSITETI

_________________ FAKULTETI

_______________________ yo‘nalishi

___________-guruh talabasi

________________________________ning

“Dasturlash asoslari” fanidan

“Chiziqli algoritmlar, tarmoqlanuvchi algoritmlar, takrorlanuvchi algoritmlar” mavzusidagi

KURS ISHI

Kurs ishi raxbari: _____________________________

Farg‘ona 2021.

MUNDARIJA

1. Kirish……………………………………………………………………3

2. Asosiy qism……………………………………………………………..5

   1. Algoritm haqida tushuncha…………………………………………………5

   2. Algoritmning asosiy xossalari……………………………………………..6

   3. Chiziqli algoritmlar…………………………………………………………9

   4. Tarmoqlanuvchi algoritmlar ………………………………………………11

   5. Takrorlanuvchi algoritmlar………………………………………………...19

3. Xulosa…………………………………………………………………..38

4. Foydalanilgan adabiyotlar……………………………………………39

Hisoblash eksperimenti.

Odatda tabiat yoki jamiyatda uchraydigan turli muammo, masala yoki jarayonlarni o’rganishni EHM yordamida olib borish uchun, birinchi navbatda, qaralayotgan masala, jarayon - ob’ektning matematik ifodasi, ya’ni matematik modelini ko’rish kerak bo’ladi. Qaralayotgan ob’ektning matematik modelini yaratish juda murakkab jarayon bo’lib, o’rganilayotgan ob’ektga bog’liq ravishda turli soha mutaxassislarining ishtiroki talab etiladi. Umuman, biror masalani EHM yordamida echishni quyidagi bosqichlarga ajratish mumkin.

1-rasm. Hisoblash eksperimentining sxemasi.

Misol sifatida, kosmik kemani erdan Zuxro planetasiga eng optimal traektoriya bo’yicha uchirish masalasini xal qilish talab qilingan bo’lsin. Birinchi navbatda, qo’yilgan masala turli soha mutaxassislari tomonidan atroflicha o’rganilishi va bu jarayonni ifodalaydigan eng muhim - bo’lgan asosiy parametrlarni aniqlash kerak bo’ladi. Masalan, fizik-astronom-injener tomonidan, masala qo’yilishining o’rinli ekanligi, yani planetalar orasidagi masofa va atmosfera qatlamlarining ta’siri, er tortish kuchini engib o’tish va kemaning og’irligi, zarur bo’lgan yoqilg’ining optimal miqdori va kosmik kemani qurishda qanday materiallardan foydalanish zarurligi, inson sog’lig’iga ta’siri va sarflanadigan vaqt va yana turli tuman ta’sirlarni hisobga olgan holda shu masalaning matematik modelini tuzish zarur bo’ladi. Zikr etilgan ta’sirlarni va fizikaning qonunlarini hisobga olgan holda bu masalani ifodalaydigan birorta differentsial yoki boshqa ko’rinishdagi modellovchi tenglama hosil qilish mumkin bo’ladi. Balki, bu masalani bir nechta alohida masalalarga bo’lib o’rganish maqsadga muvofiqdir. Bu matematik modelni o’rganish asosida bu masalani ijobiy echish yoki xozirgi zamon tsiviliziyatsiyasi bu masalani echishga qodir emas degan xulosaga xam kelish mumkin. Bu fikrlar, yuqorida keltirilgan jadvalning 2 blokiga mos keladi. Faraz qilaylik biz matematik modelni qurdik. Endi uni EHM da echish masalasi tug’iladi. Bizga Ma’lumki, EHM faqat 0 va 1 diskret qiymatlar va ular ustida arifmetik va mantiqiy amallarni bajara oladi xolos. SHuning uchun matematik modelga mos diskret modelni qurish zaruriyati tug’iladi (1-rasm, 3-blok). Odatda, matematik modellarga mos keluvchi diskret modellar ko’p noma’lumli murakkab chiziqsiz algebraik tenglamalar sistemasi (chekli ayirmali tenglamalar-sxemalar) ko’rinishida bo’ladi(4-blok). Endi hosil bo’lgan diskret modelni sonli echish usulini–algoritmini yaratish zarur bo’ladi. Algoritm esa tuziladigan programma uchun asos bo’ladi. Odatda, tuzilgan programmani ishchi holatga keltirish uchun programmaning xato va kamchiliklarini tuzatish – sozlash zarur bo’ladi. Olingan sonli natijalar hali programmaning to’g’ri ishlayotganligi kafolatini bermaydi. SHuning uchun olingan natijalarni masalaning mohiyatidan kelib chiqqan holda analiz qilish kerak bo’ladi. Agar olingan natija o’rganilayotgan jarayonni ifodalamasa, masalani 1-rasmdagi sxema asosida qaytadan ko’rib chiqish va zarur bo’lgan joylarda o’zgartirishlar kiritish kerak bo’ladi. Bu jarayon, to kutilan ijobiy yoki salbiy natija olinguncha davom ettiriladi va bu takrorlanuvchi jarayonga Hisoblash eksperimenti deb ataladi. Odatda, hisoblash eksperimenti deganda soddaroq holda, model, algoritm va programma uchligini (triadasini) tushunish mumkin.

Yuqorida qayd qilganimizdek, qo’yilgan biror masalani EHMda echish uchun, avval uning matematik modelini, keyin algoritmini va programmasini tuzish kerak bo’ladi. Bu uchlikda algoritm bloki muhim ahamiyatga ega. Endi algoritm tushunchasining ta’rifi va xossalarini bayon qilamiz.

Algoritm bu oldimizga qo’yilgan masalani echish zarur bo’lgan amallar ketma-ketligidir.

Masalan kvadrat tenglamani echish uchun quyidagi amallar ketma-ketligi zarur bo’ladi:

1. a,b,c- koeffiientlar berilgan bo’lsin,

2. berilgan a,b,c- koeffiientlar yordamida diskriminant Db²-4ac hisoblanadi,

3. D0 bo’lsa X _{1 2}   b  D /2 * a

4. D

Misol sifatida yana berilgan a, v, s tomonlari bo’yicha uchburchakning yuzasini Geron formulasi bo’yicha hisoblash masalasini ko’rib o’taylik.

1. a, b, c –uchburchakning tomonlari uzunliklari,

2. r (abc)2 –perimetrning yarmi hisoblansin,

3. Tp(r-a)(r-b)(r-c) hisoblansin,

4. S T hisoblansin.

Yuqoridagi misollardan ko’rinib turibdiki, algoritmning xar bir qadamda bajariladigan amallar tushinarli va aniq tarzda ifodalangan, hamda chekli sondagi amallardan keyin aniq natijani olish mumkin. Fikr etilgan, tushinarlilik, aniqlik, cheklilik va natijaviylik tushunchalari algoritmning asosiy xossalarini tashkil etadi. Bu tushunchalar keyingi pararaflarda alohida ko’rib o’tiladi. Algoritm so’zi va tushunchasi IX asrda yashab ijod etgan buyuk alloma Muhammad al-Xorazmiy nomi bilan uzviy bog’liq. Algoritm so’zi Al-Xorazmiy nomini Evropa olimlari tomonidan buzib talaffuz qilinishidan yuzaga kelgan. Al-Xorazmiy birinchi bo’lib o’nlik sanoq sistemasining tamoyillarini va undagi to’rtta amallarni bajarish qoidalarini asoslab bergan.

Algoritmning 5-ta asosiy xossasi bor.

1. Diskretlilik (CHeklilik). Bu xossaning mazmuni algoritmlarni doimo chekli qadamlardan iborat qilib bo’laklash imkoniyati mavjudligida. Ya’ni uni chekli sondagi oddiy ko’rsatmalar ketma-ketligi shaklida ifodalash mumkin. Agar kuzatilayotgan jarayonni chekli qadamlardan iborat qilib qo’llay olmasak, uni algoritm deb bo’lmaydi.

2. Tushunarlilik. Biz kundalik hayotimizda berilgan algoritmlar bilan ishlayotgan elektron soatlar, mashinalar, dastgohlar, kompyuterlar, turli avtomatik va mexanik qurilmalarni kuzatamiz.

Ijrochiga tavsiya etilayotgan ko’rsatmalar, uning uchun tushinarli mazmunda bo’lishi shart, aks holda ijrochi oddiygina amalni ham bajara olmaydi. Undan tashqari, ijrochi har qanday amalni bajara olmasligi ham mumkin.

Har bir ijrochining bajarishi mumkin bo’lgan ko’rsatmalar yoki buyruqlar majmuasi mavjud, u ijrochining ko’rsatmalar tizimi (sistemasi) deyiladi. Demak, ijrochi uchun berilayotgan har bir ko’rsatma ijrochining ko’rsatmalar tizimiga mansub bo’lishi lozim.

Ko’rsatmalarni ijrochining ko’rsatmalar tizimiga tegishli bo’ladigan qilib ifodalay bilishimiz muhim ahamiyatga ega. Masalan, quyi sinfning a’lochi o’quvchisi "son kvadratga oshirilsin" degan ko’rsatmani tushinmasligi natijasida bajara olmaydi, lekin "son o’zini o’ziga ko’paytirilsin" shaklidagi ko’rsatmani bemalol bajaradi, chunki u ko’rsatma mazmunidan ko’payirish amalini bajarish kerakligini anglaydi.

1. Aniqlik. Ijrochiga berilayotgan ko’rsatmalar aniq mazmunda bo’lishi zarur. CHunki ko’rsatmadagi noaniqliklar mo’ljaldagi maqsadga erishishga olib kelmaydi. Odam uchun tushinarli bo’lgan "3-4 marta silkitilsin", "5-10 daqiqa qizdirilsin", "1-2 qoshiq solinsin", "tenglamalardan biri echilsin" kabi noaniq ko’rsatmalar robot yoki kompyuterni qiyin ahvolga solib qo’yadi.

Bundan tashqari, ko’rsatmalarning qaysi ketma-ketlikda bajarilishi ham muhim ahamiyatga ega. Demak, ko’rsatmalar aniq berilishi va faqat algoritmda ko’rsatilgan tartibda bajarilishi shart ekan.

1. Ommaviylik. Har bir algoritm mazmuniga ko’ra bir turdagi masalalarning barchasi uchun ham o’rinli bo’lishi kerak. YA’ni masaladagi boshlang’ich ma’lumotlar qanday bo’lishidan qat’iy nazar algorim shu xildagi har qanday masalani echishga yaroqli bo’lishi kerak. Masalan, ikki oddiy kasrning umumiy mahrajini topish algoritmi, kasrlarni turlicha o’zgartirib bersangiz ham ularning umumiy mahrajlarini aniqlab beraveradi. YOki uchburchanning yuzini topish algoritmi, uchburchakning qanday bo’lishidan qat’iy nazar, uning yuzini hisoblab beraveradi.

2. Natijaviylik. Har bir algoritm chekli sondagi qadamlardan so’ng albatta natija berishi shart. Bajariladigan amallar ko’p bo’lsa ham baribir natijaga olib kelishi kerak. Chekli qadamdan so’ng qo’yilgan masala echimga ega emasligini aniqlash ham natija hisoblanadi. Agar ko’rilayotgan jarayon cheksiz davom etib natija bermasa, uni algoritm deb atay olmaymiz.

Yuqorida ko’rilgan misollarda odatda biz masalani echish algoritmini so’zlar va matematik formulalar orqali ifodaladik. Lekin algoritm boshqa ko’rinishlarda ham berilishi mumkin. Biz endi algoritmlarning eng ko’p uchraydigan turlari bilan tanishamiz.

1. Algoritmning so’zlar orqali ifodalanishi. Bu usulda ijrochi uchun beriladigan har bir ko’rsatma jumlalar, so’zlar orqali buyruq shaklida beriladi.

2. Algoritmning formulalar bilan berilish usulidan matematika, fizika, kimyo kabi aniq fanlardagi formulalarni o’rganishda foydalaniladi. Bu usulni ba’zan analitik ifodalash deyiladi.

3. Algoritmlarning grafik shaklida tasvirlanishida algoritmlar maxsus geometrik figuralar yordamida tasvirlanadi va bu grafik ko’rinishi blok-sxema deyiladi.

4. Algoritmning jadval ko’rinishda berilishi. Algoritmning bu tarzda tasvirlanishdan ham ko’p foydalanamiz. Masalan, maktabda qo’llanib kelinayotgan to’rt xonali matematik jadvallar yoki turli xil lotereyalar jadvallari.

Funktsiyalarning grafiklarini chizishda ham algoritmlarning qiymatlari jadvali ko’rinishlaridan foydalanamiz. Bu kabi jadvallardan foydalanish algoritmlari sodda bo’lgan tufayli ularni o’zlashtirib olish oson.

Yuqorida ko’rilgan algoritmlarning tasvirlash usullarining asosiy maqsadi, qo’yilgan masalani echish uchun zarur bo’lgan amallar ketma-ketligining eng qulay holatinni aniqlash va shu bilan odam tomonidan programma yozishni yanada osonlashtirishdan iborat. Aslida programma ham algoritmning boshqa bir ko’rinishi bo’lib, u insonning kompyuter bilan muloqotini qulayrok amalga oshirish uchun mo’ljallangan.

Blok-sxemalarni tuzishda foydalaniladigan asosiy sodda geometrik figuralar quyidagilardan iborat.

O val (ellips shaklli), u algoritmning boshlanishi yoki tugallashini belgilaydi.

To’g’ri burchakli to’rtburchak, qiymat berish yoki tegishli ko’rsatmalarni bajarish jarayonini belgilaydi.

Parallelogramm, ma’lumotlarni kiritish yoki chiqarishni

belgilaydi.

Yordamchi algoritmga murojatni belgilaydi.

Romb, shart tekshirishni belgilaydi va shart bajarilsa "ha", tarmoq bo’yicha, aks holda "yo’q”-tarmog’i bo’yicha amallar bajarilishini ta’minlaydi.

S trelka - amallar ketma ketligining bajarilish yo’nalishini ko’rsatadi.

Blok-sxemalar bilan ishlashni yaxshilab o’zlashtirib olish zarur, chunki bu usul algoritmlarni ifodalashning qulay vositalaridan biri bo’lib programma tuzishni osonlashtiradi, programmalash qobiliyatini mustahkamlaydi. Algoritmik tillarda blok - sxemaning asosiy strukturalariga maxsus operatorlar mos keladi. Misol sifatida 2.1 punktda keltirilgan ax²bxc0 kvadrat tenglamani echish algoritmining blok-sxemasi quyida keltirilgan.

Chiziqli algoritmlar

Har qanday murakkab algoritmni ham uchta asosiy struktura yordamida tasvirlash mumkin. Bular ketma-ketlik, ayri va takrorlash strukturalaridir. Bu strukturalar asosida chiziqli, tarmoqlanuvchi va takrorlanuvchi hisoblash jarayonlarining algoritmlarini tuzish mumkin. Umuman olganda algoritmlarni shartli ravishda quyidagi turlarga ajratish mumkin:

• chiziqli algoritmlar,

• tarmoqlanuvchi algoritmlar,

• takrorlanuvchi yoki tsiklik algoritmlar,

• ichma-ich joylashgan tsiklik algoritmlar,

• rekurrent algoritmlar,

• takrorlanishlar soni oldindan no’malum algoritmlar,

• ketma-ket yaqinlashuvchi algoritmlar.

Faqat ketma-ket bajariladigan amallardan tashkil topgan algoritmlarga-chiziqli algoritmlar deyiladi. Bunday algoritmni ifodalash uchun ketma-ketlik strukturasi ishlatiladi. Strukturada bajariladigan amal mos keluvchi shakl bilan ko’rsatiladi. Chiziqli algoritmlarning blok - sxemasini umumiy strukturasini quyidagi ko’rinishda ifodalash mumkin.

1-misol. Uchburchak tomonlarining uzunligi bilan berilgan. Uchburchakka ichki va tashqi chizilgan aylanalar radiuslari va uzunliklari hisoblansin. Ichki chizilgan aylana radiusi r = 2S/(a+b+c) tashqi chizilgan aylananing radiusi R= formulalar orqali hisoblanadi. Bu erda S uchburchakning yuzi, a,b,c uchburchak tomonlarining uzunliklari.

Blok-sxemani tuzamiz.

Agar hisoblash jarayoni biror bir berilgan shartning bajarilishiga qarab turli tarmoqlar bo’yicha davom ettirilsa va hisoblash jarayonida har bir tarmoq faqat bir marta bajarilsa, bunday hisoblash jarayonlariga tarmoqlanuvchi algoritmlar deyiladi. Tarmoqlanuvchi algoritmlar uchun ayri strukturasi ishlatiladi. Tarmoqlanuvchi strukturasi berilgan shartning bajarilishiga qarab ko’rsatilgan tarmoqdan faqat bittasining bajarilishini ta’minlaydi.

Berilgan shart romb orqali ifodalanadi, r-berilgan shart. Agar shart bajarilsa, "ha" tarmoq bo’yicha a amal, shart bajarilmasa "yo’q" tarmoq bo’yicha b amal bajariladi.

Tarmoqlanuvchi algoritmga tipik misol sifatida quyidagi sodda misolni qaraylik.

1. Misol.

hisoblanadi.

2-misol. Berilgan x, y, z sonlari ichidan eng kichigi aniqlansin. Berilgan x, y, z sonlardan eng kichigini m-deb

belgilaylik. Agar xshart