هدف اصلی در این بخش، آشنایی با رویکرد ساختاریافته برای استفاده از کامپیوتر به عنوان ابزاری برای حل مسئله است. کامپیوتر صرفاً یک ابزار اجرایی است؛ تفکر و روش حل مسئله توسط برنامهنویس شکل میگیرد.
فردی که مسئولیت تبدیل یک مسئله دنیای واقعی به یک راهحل منطقی (الگوریتم) و سپس ترجمه آن به کدهای قابل اجرا برای کامپیوتر را بر عهده دارد. وظیفه اصلی او، تضمین صحت، کارایی و خوانایی برنامه است.
مجموعهای از دستورالعملهای دقیق و متوالی که به زبان قابل فهم برای کامپیوتر (زبان برنامهنویسی) نوشته شده و برای انجام یک کار مشخص طراحی شده است.
حل مسئله با کامپیوتر یک فرآیند تکراری و گام به گام است که عموماً پنج فاز اصلی را دربرمیگیرد:
در این مرحله، باید دقیقاً متوجه شوید که مسئله چیست و چه چیزی از شما خواسته شده است.
این فاز به جزئیات فنی مسئله میپردازد و مرزهای آن را مشخص میکند.
در این مرحله، راهحل مسئله به صورت ساختاریافته و مستقل از زبان برنامهنویسی تدوین میشود.
ترجمه الگوریتم یا فلوچارت طراحی شده به شبهکد (Pseudocode)و سپس به کدهای قابل اجرای کامپیوتر با استفاده از یک زبان برنامهنویسی مشخص (مثل C++ یا Python).
تضمین صحت عملکرد برنامه
الگوریتم مجموعهٔ متناهی و منظم از دستورالعملهای واضح و بدون ابهام است که برای حل یک مسئله خاص در یک تعداد گام محدود، تدوین میشود. در واقع، الگوریتم نقشه راهی است که به کامپیوتر (یا هر عامل حل مسئله دیگر) میگوید دقیقاً چه کاری را، با چه ترتیبی و تحت چه شرایطی انجام دهد.
کلمه “الگوریتم” از نام ریاضیدان ایرانی، محمد بن موسی خوارزمی، گرفته شده است.
این دو مفهوم، اساس کار با کامپیوتر و برنامهنویسی را تشکیل میدهند
تعریف:حقایق خام، طبقهبندی نشده و بدون پردازش اولیه که به تنهایی معنای کاملی ندارند.
تعریف:دادههایی که پردازش، سازماندهی و تفسیر شدهاند و در یک بستر خاص، معنی و مفهوم خاصی را منتقل میکنند و برای تصمیمگیری مفید هستند
کامپیوترها برای ذخیره موثر دادهها در حافظه، از انواع مختلفی استفاده میکنند. هر نوع داده، شیوه ذخیرهسازی و فضای حافظه متفاوتی دارد.
برای انجام محاسبات ریاضی استفاده میشوند.
محبوبترینOS در جهان که توسط مایکروسافت توسعه داده شده است.
شامل اعداد دارای بخش اعشاری (مثل 3.14, -0.5)
یک واحد تکی از حروف، اعداد یا نمادها (مثل ‘A’, ‘7’, ‘$’)
دنبالهای از کاراکترها که برای ذخیره متن استفاده میشود (مثل “سلام دنیا”)
بسیار حیاتی در برنامهنویسی برای تصمیمگیریها و ساختارهای شرطی.
حافظه کامپیوتر را میتوان به یک قفسهبندی بزرگ تشبیه کرد که هر قفسه برای ذخیره یک داده استفاده میشود.
برای اینکه متغیرها قابل استفاده باشند، باید نامگذاری و تعریف شوند. این قواعد در زبانهای برنامهنویسی مختلف کمی متفاوت هستند، اما اصول کلی آنها شامل موارد زیر است:
عملیات پایانهای (Expressions) عبارتهایی هستند که از ترکیب عملوندها (دادهها و متغیرها) و عملگرها تشکیل میشوند و در نهایت به یک مقدار ارزیابی میشوند. عملگرها (Operators)نمادهایی هستند که به کامپیوتر میگویند چه عملیاتی را روی دادهها انجام دهد.
این عملگرها برای انجام محاسبات استاندارد ریاضی استفاده میشوند:
این عملگرها برای مقایسه دو مقدار استفاده میشوند و خروجی آنها همیشه یک مقدارمنطقی (Boolean)یعنی درست (True)یانادرست (False)است. این نتایج برای ساختارهای کنترلی (مانانند IF و WHILE) حیاتی هستند.
هنگامی که یک عبارت شامل چندین عملگر باشد (مثلاً $A + B * C / D – E$)، اولویت عملگرها تعیین میکند که عملیات با چه ترتیبی انجام شود. این ترتیب دقیقاً مشابه قوانین ریاضیات است.
ترتیب اجرای عملگرها (از بالاترین اولویت به پایینترین):
در عبارت 5 + 2 * (10 \ 3)
1-ابتدا پرانتز را محاسبه کنید => 0.3
2-بعد باید 2 را در 0.3 ضرب کنید => 0.6
3-حال باید 5 را با 0.6 جمع کنید => 5.6
فلوچارت (Flowchart) یا روندنما، یک نمایش گرافیکی از الگوریتم است که جریان و مراحل حل یک مسئله را با استفاده از اشکال هندسی استاندارد و خطوط جهتدار نشان میدهد.
تعریف:فلوچارت یک نمودار است که مراحل مختلف یک فرآیند یا الگوریتم را به صورت تصویری نشان میدهد.
دید بصری: راه حل را از حالت متنی (شبهکد) به حالت بصری تبدیل میکند، که درک منطق و جریان کنترل برنامه را آسانترمیکند.
عیبیابی: پیدا کردن اشتباهات منطقی (Logic Errors) در مرحله طراحی، قبل از شروع کدنویسی واقعی، بسیار سادهتر است.
ارتباط: به عنوان یک ابزار استاندارد، فرآیند را برای افراد غیربرنامهنویس و یا اعضای دیگر تیم قابل فهم میسازد.
مستندسازی: یکی از بهترین روشها برای مستندسازیالگوریتم و عملکرد برنامه است.
هر نماد در فلوچارت معنای خاصی دارد که یک عمل یا یک وضعیت را در الگوریتم نشان میدهد.
وظیفه و توضیح:
نشاندهنده شروع و پایان الگوریتم یا فرآیند
وظیفه و توضیح:
نشاندهنده عملیات ورودی گرفتن (مثلاً از کاربر) و خروجی نمایش دادن (مثلاً روی صفحه).
وظیفه و توضیح:
نشاندهنده یک عملیات محاسباتی، انتساب، یا پردازش داخلی
وظیفه و توضیح:
نشاندهنده یک نقطه تصمیمگیری که در آن یک شرط منطقی (Boolean) بررسی میشود. فرآیند به دو مسیر “بله” (True) یا “خیر” (False) تقسیم میشود.
وظیفه و توضیح:
خطوط جهتداری که ترتیب و مسیر اجرای عملیاتها را مشخص میکنند.
برای ترسیم فلوچارتی که واضح و کارآمد باشد، باید از قواعد مشخصی پیروی کرد:
ساختار توالی، بلوک سازنده بنیادی هر الگوریتم و برنامه است.
تشبیه: ساختار توالی مانند خواندن یک کتاب داستان است؛ شما باید جمله اول را قبل از جمله دوم، و پاراگراف اول را قبل از پاراگراف دوم بخوانید..
ساختار انتخاب به الگوریتم اجازه میدهد تا جریان کنترل را تغییر دهد و بر اساس یکشرط منطقی، مسیرهای اجرایی متفاوتی را دنبال کند.
ساختار:سادهترین نوع تصمیمگیری است. فقط در صورتی عملی انجام میشود که شرط درست باشد. اگر شرط نادرست باشد، الگوریتم به سادگی از آن قسمت عبور میکند و به دستور بعدی میرود.
عملگرهای منطقی برای ترکیبچندین شرط ساده با یکدیگر در یک عبارت منطقی پیچیده استفاده میشوند. خروجی این عملگرها نیز همیشه TrueیاFalseاست.
هدف این بخش، تبیین رویکرد علمی و ساختاریافته برای استفاده از کامپیوتر جهت حل مسائل است.این عملگرها برای انجام محاسبات استاندارد ریاضی استفاده میشوند:
الگوریتم هسته اصلی حل مسئله و برنامهنویسی است.
اثربخشی
هر دستورالعمل باید قابل اجرا باشد.
ورودی/خروجی:
ورودیهای مشخصی داشته باشد و حداقل یک خروجی تولید کند.
صراحت:
هر گام باید دقیق و واضح باشد.
متناهی بودن:
حتماً باید به پایان برسد.
زبان طبیعی: سادهترین روش، با استفاده از زبان روزمره.
شبهکد (Pseudocode): روش استاندارد، ترکیبی از زبان طبیعی و ساختارهای کنترلی برنامهنویسی (مانند IF,WHILE)
این بخش نحوه مدیریت و ذخیرهسازی اطلاعات در حافظه کامپیوتر را توضیح میدهد.
شامل شروع با حرف یا زیرخط، نداشتن فاصله و کلمات رزرو شده.
عملیاتها فرآیندهای انجام شده روی دادهها هستند.
1.پرانتزها
2.توان
3. ضرب، تقسیم، باقیمانده
(از چپ به راست)
4. جمع، تفریق
(از چپ به راست)
5. مقایسهای
6. انتساب
این ساختارها تعیین میکنند که دستورات برنامه به چه ترتیبی و تحت چه شرایطی اجرا شوند.
این ساختارها تعیین میکنند که دستورات برنامه به چه ترتیبی و تحت چه شرایطی اجرا شوند.
عمل تنها در صورت درست بودن شرط انجام میشود.
یکی از دو مسیر (TrueیاFalse) حتماً اجرا میشود.
تودرتو برای بررسی چندین شرط وابسته
برای ترکیب چندین شرط ساده در یک عبارت پیچیده استفاده میشوند.
برای ترکیب چندین شرط ساده در یک عبارت پیچیده استفاده میشوند.