Исполнитель Робот. Циклы. Циклы и условия в языке кумир Кумир команды
Знакомство с программой Кумир осваение азов программирования.
В ней учащиеся могут получить практические навыки при создании и отладке алгоритма, работая с такими исполнителями, как Робот, Чертёжник, Водолей, Кузнечик,Черепашка.
При изучении одного из наиболее трудных разделов информатики «алгоритмизация и программирование».
Цель разработки :
Скачать:
Предварительный просмотр:
Методическая разработка по информатике.
Тема: «Исполнитель Робот в программе КуМир на уроках информатики »
учитель технологии «Информатика и ИКТ»
Пояснительная записка
Цель разработки : изучить возможности программирования на примере конкретного исполнителя Робот с использованием среды КУМИР; дать практические навыки работы с исполнителем.
Методическая разработка составлена для проведения уроков информатики Практика на компьютере : работа с учебным исполнителем алгоритмов; составление линейных, ветвящихся и циклических алгоритмов управления исполнителем; составление алгоритмов со сложной структурой; использование вспомогательных алгоритмов (процедур, подпрограмм).
Учащиеся должны знать:
- что такое исполнитель; СКИ Робота, среду исполнителя Робот;
- что такое алгоритм; в чем состоят основные свойства алгоритма;
- способы записи алгоритмов: блок-схемы, учебный алгоритмический язык; основные алгоритмические конструкции: следование, ветвление, цикл; структуры
- алгоритмов; ⇒ назначение вспомогательных алгоритмов; технологии построения сложных алгоритмов:
Учащиеся должны уметь:
- понимать описания алгоритмов на учебном алгоритмическом языке;
- выполнить трассировку алгоритма для известного исполнителя;
- составлять линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы управления исполнителя Робот; выделять подзадачи; определять и использовать вспомогательные алгоритмы.
Занятие 1 (2 часа) Урок 1.
Исполнитель Робот. Система команд исполнителя.
План урока.
- Описание СКИ исполнителя, среды исполнителя.
2.Разбор типичных алгоритмов Робота.
Ход урока.
Рассмотрим описание исполнителя.
Среда исполнителя : Исполнитель Робот умеет перемещаться по лабиринту, начерченному на плоскости, разбитой на клетки.
СКИ Робота : простые команды: вверх, вниз, влево, вправо, закрасить.
Команды логические: (проверки условия)
сверху свободно снизу свободно
слева свободно справа свободно.
Логические связки: И,НЕ, ИЛИ:
Пример:(Не слева свободно) или (не справа свободно)
Команда ветвления : команда цикла:
Если условие то нц пока условие
Серия команд серия команд
всё кц
(В КИМах 2009 года команды Робота отличались от привычных детям, что приводило к путанице :)
Команда ветвления : команда цикла:
Если условие то нц пока условие делать
Серия команд серия команд
конец конец
Общий вид окна программы Кумир. Графическая среда Робота:
В КИМах демонстрационного варианта 2010 года формат команд изменен на привычный
Порядок создания алгоритма:
1.Командами Инструменты -Редактировать стартовую обстановку нарисовать на поле Робота стены и установить Робота в начальное положение.
2.Командами Робот- Сменить стартовую обстановку сохранить новую обстановку.
3.Командами Вставка- Использовать Робот указать исполнителя.
4.В окне документа записать алгоритм, используя меню Вставка.
5.Командами Выполнение –выполнить непрерывно (или по шагам) запустить алгоритм.
6.Рассмотреть результат выполнения алгоритма и при необходимости произвести его отладку.
Занятие 1 (2 часа) Урок 2.
Практическая работа « Составление линейных алгоритмов».
Задания: 1.Робот в произвольной точке поля. Закрасить клетку сверху, снизу и справа от исходного положения.
- Робот в произвольной точке поля. Передвинуть Робот на 4 клетки вправо, закрасив их.
- Создайте новую стартовую обстановку, нарисовав на поле квадрат со стороной 4 клетки. Сохраните обстановку как стартовую.
- Создайте новую стартовую обстановку, нарисовав на поле коридор с проходами в стенах. Сохраните обстановку как obst2.fil. Смените стартовую обстановку на вновь созданную.
Занятие 2 (2 часа) Урок 1.
Тема : Ветвление и последовательная детализация алгоритма.
Разбор задач КИМов с использованием исполнителя Робот.
использовать Робот
алг ким 2009
нач
если не снизу свободно
то вправо
все
если не снизу свободно
то вправо
все
если не снизу свободно
то вправо
все
кон
использовать Робот
алг ким 2010
нач
если не снизу свободно
то вправо
все
если не снизу свободно
то вправо
все
если не снизу свободно
то вправо
все
кон
Пр. раб. №14. Составление и отладка алгоритмов ветвления
Задания. См. Приложение.
Занятие 3. Циклические алгоритмы. Урок 1-2
Цель: раскрыть сущность понятия цикла в алгоритмах, показать формы записи циклов алгоритмах, дать навыки создания и записи циклических алгоритмов.
Пр. раб. №15. Составление и отладка циклических алгоритмов
1.Составьте алгоритм, закрашивающий все внутренние клетки, прилегающие к стене.
использовать Робот
алг
нач
нц пока справа свободно
закрасить; вправо
кц
нц пока снизу свободно
закрасить; вниз
кц
нц пока не снизу свободно
закрасить; влево
кц
кон
2.Составить алгоритм, закрашивающий все клетки между Роботом и стеной. Расстояние до стены неизвестно.
использовать Робот
алг
нач
нц пока справа свободно
вправо; закрасить
кц
кон
3.Составить алгоритм, закрашивающий все клетки, находящиеся между двумя стенами.
использовать Робот
алг уч3
нач
нц пока (не сверху свободно) или (не снизу свободно)
вправо
если (не сверху свободно) и (не снизу свободно)
то
закрасить
все
кц
кон
4.Составить алгоритм, закрашивающий все клетки вокруг прямоугольной стены.
алг уч4
нач
закрасить;вверх
нц пока не справа свободно
закрасить;вверх;
кц
закрасить;вправо
нц пока не снизу свободно
закрасить;вправо;
кц
закрасить;вниз
нц пока не слева свободно
закрасить;вниз;
кц
закрасить;влево
нц пока не сверху свободно
закрасить; влево;
кц
кон
использовать Робот
алг уч5
нач
вправо
нц пока не снизу свободно
закрасить; вправо
кц
закрасить; вниз
нц пока слева свободно
закрасить; влево
кц
нц пока не слева свободно
закрасить; вниз
кц
закрасить;влево;закрасить; вверх;
нц пока сверху свободно
закрасить; вверх
кц
нц пока не сверху свободно
закрасить; влево
кц
кон
Занятие 4 Урок 1
Вспомогательные алгоритмы .
Цель: ввести понятие основного и вспомогательного алгоритма; объяснить правила использования вспомогательного алгоритма; разобрать примеры алгоритмов с использованием вспомогательного.
План урока
1.Ввод новых терминов (основного и вспомогательного алгоритма, вызова) и объяснение новых понятий.
2.Разбор примеров решения задач с применением вспомогательного алгоритма.
При решении некоторых задач удобно разбить их на более мелкие подзадачи, каждую из которых можно оформит как самостоятельный алгоритм. В этом случае сначала составляется так называемый основной алгоритм, в котором для решения подзадач используются вызовы вспомогательных алгоритмов, которые дописываются позднее. Такой способ решения называется методом последовательного уточнения. Он позволяет работать над проектом группе программистов, каждый при этом решает свою подзадачу.
В процессе решения задачи каждый вспомогательный алгоритм может при необходимости быть разбит на более мелкие вспомогательные алгоритмы.
Команда выполнения вспомогательного алгоритма называется вызовом и записывается в теле основного алгоритма.
Один и тот же алгоритм может рассматриваться как основной и вспомогательный по отношению к другим алгоритмам. В алгоритмическом языке сначала записывается основной алгоритм, ниже подряд записываются вспомогательные.
Задача1:
Робот находится в верхнем левом углу поля. Стен и закрашенных клеток нет. Составить алгоритм, с использованием вспомогательного, рисующий четыре крестика на одной горизонтали. Конечное положение Робота может быть произвольным.
Решение
Разбор на доске:
Задача2. Робот находится в верхнем левом углу поля. Стен и закрашенных клеток нет. Составьте алгоритм, который закрашивает в шахматном порядке квадрат 8 х 8. Конечное положение Робота может быть произвольным.
Занятие 4 Урок 2
Практическая работа на ПК «Решение задачи с использованием вспомогательных алгоритмов» .
Цель : привить практические навыки построения алгоритмов методом последовательного уточнения.
План урока
1.Задание полностью проходит за ПК. Учащиеся получают задания и выполняют их в программной среде Кумир. Результаты Работы сохраняются в виде файлов для последующей проверки.
Задача1 . Робот находится в нижнем левом углу поля. Стен и закрашенных клеток нет. Составьте алгоритм, который закрашивает 6 вертикальных полос одинаковой длины в 6 клеток. Конечное положение Робота может быть произвольным.
Задача2 .Используя вспомогательные, составьте алгоритм для закрашивания клеток, образующих число 1212.
Домашнее задание : Придумайте алгоритм, рисующий следующее изображение: Для решения задачи примените два вспомогательных алгоритма.
Занятие 5 Урок 1-2
Контрольная работа
«Составление алгоритма в среде исполнителя Робот».
Цель: проверить полученные знания по созданию и умению анализировать алгоритмы в программной среде Кумир.
Задания для контрольной работы делятся по уровням сложности и включает в себя 3 задачи с исполнителем Робот (1 и 2 задача –на ветвление и циклы, 3 задача с- на использование вспомогательного алгоритма.) Тексты заданий приводятся в приложении.
Исходные и конечные обстановки и созданные алгоритмы записываются в виде файла.
Оценка выставляется соответственно уровню сложности задания. Ученик вправе сам выбрать тип задания.
Алгоритм рисование спирали:
использовать Чертежник
алг
нач
. сместиться в точку
(3,3)
. опустить перо
. виток(1); виток(3); виток(5); виток(7); виток (9)
. поднять перо
кон
алг
виток(арг
вещ
а)
нач
. сместиться на вектор
(а, 0)
. сместиться на вектор
(0, -а)
. сместиться на вектор
(-а-1,0)
. сместиться на вектор
(0, а+1)
кон
Обратите внимание на блок команд:
Виток(1); виток(3); виток(5); виток(7); виток (9)
Вспомогательный алгоритм «виток(арг вещ а) » вызывается 5 раз, но вызывать его в цикле «N раз» нельзя, т. к. каждый раз он вызывается с разными значениями аргумента.
Но можно заметить, что значения аргумента изменяются от 1 до 9, каждый раз увеличиваясь на 2. Значит, нам может помочь цикл со счётчиком . Так же такой цикл называется цикл «для» .
Цикл
со счётчиком
- цикл, в котором некоторая переменная изменяет
своё значение от заданного начального значения до конечного значения с
некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла
выполняется один раз.
Обычно этот цикл применяется в том случае, если нужно перебрать какие-то значения и для каждого из них выполнить какие-то действия.
Общий вид цикла со счётчиком:
нц для
<счетчик> от
<нач. знач.> до
<кон. знач.> [шаг
<знач.>]
<тело цикла (последовательность команд)>
кц
Указывать шаг необязательно, если он не указан, то считается равным единице.
Теперь алгоритм «спираль» можем переписать таким образом:
использовать
Чертежник
алг
нач
. сместиться в точку
(3,3)
. опустить перо
. цел
размер
. нц для
размер от
1 до
9 шаг
2
. . виток(размер)
. кц
. поднять перо
кон
алг
виток(арг
вещ
а)
нач
. сместиться на вектор
(а, 0)
. сместиться на вектор
(0, -а)
. сместиться на вектор
(-а-1,0)
. сместиться на вектор
(0, а+1)
кон
В этом примере переменная-счетчик «размер» будет получать значения: 1, 3, 5, 7, 9. Т.е. цикл выполниться 5 раз. Для каждого значения переменой «размер» будет один раз выполнено тело цикла, в нашем примере это вызов вспомогательного алгоритма «виток(арг вещ а) ».
До первого использования переменной ее нужно описать, т. е. указать какого она типа. Это делается в нашей программе в строчке «цел размер», т. е. мы указываем что будем использовать переменную «размер» для хранения целых чисел, и следовательно для нее нужно выделить память. Подробнее о переменных мы будет говорить немного позднее.
Блок-схема такого алгоритма выглядит так:
Рассмотрим еще один пример:
Давайте для начала вспомним и напишем вспомогательный алгоритм, который будет рисовать квадрат в точке (x, y). Для разнообразия для рисования будем использовать команду сместиться на вектор (в предыдущих примерах смещались в точку).
Алгоритм может быть таким:
алг
квадрат(арг
вещ
x, y, сторона)
нач
. сместиться в точку
(x, y)
. сместиться на вектор
(-сторона/2,
сторона/2)
. опустить перо
. сместиться на вектор
(сторона,
0)
. сместиться на вектор
(0,
-сторона)
. сместиться на вектор
(-сторона,
0)
. сместиться на вектор
(0,
сторона)
. поднять перо
кон
Используя такой вспомогательный алгоритм, нарисуем такой рисунок:
Для этого воспользуемся циклом «для». Изучите пример программы:
использовать Чертежник
алг
рисунок1
нач
. цел
z
. нц для
z от
2 до
10 шаг
2
. . квадрат(0, 0, z)
. кц
кон
алг
квадрат(арг
вещ
x, y, сторона)
нач
. сместиться в точку
(x, y)
. сместиться на вектор
(-сторона/2,
сторона/2)
. опустить перо
. сместиться на вектор
(сторона,
0)
. сместиться на вектор
(0,
-сторона)
. сместиться на вектор
(-сторона,
0)
. сместиться на вектор
(0,
сторона)
. поднять перо
кон
В этом примере переменная «z» будет получать значения: 2, 4, 6, 8, 10. Т.е. цикл выполниться 5 раз. Для каждого значения «z» будет один раз выполнено тело цикла, в нашем примере это вызов вспомогательного алгоритма квадрат.
До первого использования переменной ее нужно описать, т. е. указать какого она типа. Это делается в нашей программе в строчке «цел z», т. е. мы указываем что будем использовать переменную «z» для хранения целых чисел, и следовательно для нее нужно выделить память. Подробнее о переменных мы будет говорить немного позднее.
Как вы обратили внимание в алгоритме использовались не только числа, но и алгебраические выражения , формулы, например «-сторона/2». В информатике эти выражения называются арифметическими . Правила языка позволяют при записи алгоритмов всюду, где можно написать число, написать и произвольное арифметическое выражение.
Хирьянов Тимофей Федорович
Основные алгоритмические конструкции, кроме элементарных операций, изображаемых одним элементом схемы – это альтернативное исполнение и циклы. Существует два варианта программирования альтернативного исполнения и существует три основных вида цикла.
Условно исполняемый код
Некоторые операции могут быть поставлены под условный оператор. Тогда они будут выполнены только в случае истинности этого условия.если <условие>
то
<действия>
все
Альтернатива
В блок-схеме проверка условия может служить принципом выбора альтернативных операций. То есть, если условие истинно, исполнение пойдет по одной траектории, а если ложно, то по другой. На языке КуМир цикл с предусловием имеет следующий вид:если <условие>
то
<действия>
иначе
<альтернативные действия>
все
Условия для робота:
слева стена
справа стена
снизу стена
сверху стена
клетка закрашена
слева свободно
справа свободно
снизу свободно
сверху свободно
клетка чистая
Цикл с предусловием
Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while , отсюда его второе название — while-цикл. На языке КуМир цикл с предусловием имеет следующий вид:нц пока <условие>
<тело цикла>
кц
Цикл с постусловием
Цикл с постусловием — цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until , в Си — do…while .На языке КуМир цикл с постусловием имеет следующий вид:
нц
<тело цикла>
кц_при <условие>
Цикл со счётчиком
Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором for , в котором указывается счётчик (так называемая «переменная цикла»), требуемое количество проходов (или граничное значение счётчика) и, возможно, шаг, с которым изменяется счётчик. На языке КуМир цикл со счетчиком имеет следующий вид:В различных языках программирования по-разному решается вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик.цел а
нц для а от 0 до 9
… тело цикла
кц
Рассмотрим задачу:
На вход программе поступает натуральное число, не превосходящее 2 * 10 9 . Определите сумму цифр этого числа.
На первый взгляд задача весьма проста: необходимо последовательно выделять цифры в числе и добавлять их к сумме. В тоже время, очевидно, что количество цифр в числе может меняться, поэтому конечное значение параметра цикла для оказывается неопределенным и возникают сложности с его применением.
В циклических алгоритмах, в которых количество повторений определенного набора команд нельзя получить до момента его начала, применяются циклы с условием.
Цикл «пока»
Одной из таких конструкций в языке программирования Кумир является цикл пока . Этот цикл, именуемый часто цикл с предусловием , имеет следующий формат записи:
- нц пока условие
- тело_цикла
Условие, записанное после служебного слова пока , представляет собой логическое выражение.
Выполнение цикла происходит следующим образом:
- Вычисляется значение логического выражения.
- Если результат вычисления равен нет , то выполнение цикла заканчивается, и Кумир переходит к первой команде после цикла пока . Если результат вычисления да , то выполняется тело цикла, после чего снова происходит вычисление значения выражения с новым значением.
Важно! В теле цикла пока должно происходить изменение некоторой величины, связанной с условием, чтобы обеспечить окончание цикла, в противном случае, цикл может оказаться вечным.
Теперь применим цикл пока для решения нашей задачи
- ввод num
- нц пока num > 0
- сумма:= сумма + mod(num, 10 )
- num:= div(num, 10 )
- вывод сумма
Итак, в ходе каждого исполнения тела цикла к величине сумма прибавляется последняя цифра числа, затем, число уменьшается в 10 раз. Очевидно, что в конце концов num станет равным 0, после чего выполнение цикла закончится.
Цикл «до тех пор»
В Кумире существует еще один вариант цикла с условием, получивший название цикл до тех пор , который имеет следующий формат:
- тело_цикла
- кц при условие
Если в цикле пока проверка условия осуществляется перед телом цикла, то в цикле до тех пор - после. Поэтому этот цикл часто называют цикл с постусловием . Тело такого цикла всегда выполнится хотя бы один раз
Работа цикла до тех пор происходит следующим образом:
- Выполняется тело цикла
- Вычисляется значение логического выражения. Если результат вычисления равен нет , то снова начинает выполняться тело цикла и т. д.. Если результат вычисления да , то цикл заканчивается, и Кумир переходит к выполнению следующей команды после цикла.
Задача. На вход программе поступает последовательность целых чисел, заканчивающихся нулем. Найдите количество отрицательных чисел в последовательности. Гарантируется, что в последовательности есть хотя бы одно число отличное от нуля.
{Фрагмент кода программы}
- ввод num
- если num 0
- то k:= k + 1
- кц при num = 0
- вывод k
И сегодня поговорим о циклах. Давайте разберемся, что же такое цикл и как научить выполнять циклические алгоритмы нашего Робота.
Итак, что такое цикл ? Представьте, что мы находимся на уроке физической культуры и перед нами стоит задача сделать 7 приседаний . Это задание можно оформить в виде линейного алгоритма и тогда оно будет выглядеть примерно так:
сделай приседание
сделай приседание
сделай приседание
сделай приседание
сделай приседание
сделай приседание
сделай приседание
Т. е мы повторили команду сделай приседание 7 раз. А есть ли смысл писать 7 одинаковых команд? Может проще дать команду сделай 7 приседаний ? Конечно проще и правильнее. Это и есть цикл . Вы можете сами вспомнить примеры циклов из жизни — их довольно много.
Таким образом линейный алгоритм , где повторяются одни и те же команды мы можем оформить в виде циклического алгоритма — примерно так:
повторяй 7 раз
сделай приседание
конец цикла
Вот так, на придуманном нами языке мы оформили цикл. У исполнителя Робот тоже есть возможность записывать циклы. Причем, циклы бывают разные . Тот вариант, который мы только что рассмотрели называется цикл со счетчиком или цикл с параметром .
Виды циклов.
Цикл со счетчиком.
Цикл со счетчиком применяется когда заранее известно сколько повторений необходимо сделать. В примере выше с приседаниями именно такой случай.
Для того, чтобы написать цикл со счетчиком для исполнителя необходимо знать его синтаксис. А он такой:
нц <количество повторений > раз
<команда 1>
<команда 2>
…
<команда n>
Здесь мы должны указать количество повторений (число) и команды, которые будут повторяться. Команды, которые повторяются в цикле называют телом цикла .
Давайте рассмотрим это на примере.
Изначально Робот находился в левой верхней клетке.
Давайте для начала решим задачу линейно. В этом случае мы будет закрашивать текущую клетку и перемещаться на 1 клетку вправо и программа будет выглядеть так:
использовать Робот
алг
нач
закрасить
вправо
закрасить
вправо
закрасить
вправо
закрасить
вправо
закрасить
вправо
закрасить
вправо
закрасить
вправо
Как видим, команды закрасить и вправо повторяются 7 раз. Давайте теперь перепишем программу с использованием цикла. Кстати, чтобы вставить цикл в свою программу можно в меню Вставка выбрать пункт нц-раз-кц или нажать одну из комбинаций клавиш Esc, Р (русская буква Р) или Esc, H (латинская буква H). Причем клавиши надо нажимать последовательно — сначала Esc, отпустить ее и только потом Р или H.
Так вот, наша программа с циклом будет выглядеть так:
использовать Робот
нц 7 раз
закрасить
вправо
Если мы ее запустим, то увидим, что в результате получится тоже самое — 7 закрашенных клеток. Однако программа стала короче и значительно грамотней с алгоритмической точки зрения!
В качестве разминки и закрепления предлагаю самостоятельно написать программу для Робота, которая нарисует квадрат со стороной 7 клеток. Естественно, используя цикл. Жду решения в комментариях.
Цикл с условием.
При решении задачи 19 ГИА по информатике с Роботом использовать цикл со счетчиком не получится. Так как там поле, как правило, бесконечное и стены не имеют конкретной длины. Поэтому мы не сможем определить количество повторений для цикла со счетчиком. Но не беда — нам поможет цикл с условием .
Вернемся к физкультуре и изменим задачу. Ведь кто-то может и не сделать 7 приседаний, а другой способен сделать 27. Можно ли учесть это при создании цикла? Конечно. Только теперь мы будем использовать не счетчик (количество повторений), а условие. К примеру, пока не устал, делай приседания. В этом случае человек будет делать не конкретное число приседаний, а приседать до тех пор, пока не устанет. И наш цикл на абстрактном языке примет такой вид:
пока не устал
сделай приседание
конец цикла
Слова не устал в нашем случае — это условие. Когда оно истинно, цикл выполняется. Если же оно ложно (устал) тело цикла не будет выполнено. У исполнителя Робот есть несколько условий
сверху свободно
снизу свободно
слева свободно
справа свободно
сверху стена
снизу стена
слева стена
справа стена
Но в условии задачи 19 ГИА указаны только первые 4. Так что будем пользоваться только ими.
Теперь давайте решим следующую задачу для Робота — нарисовать вертикальную линию от левой до правой границы поля использую цикл с условием. Изначально Робот находится в левом верхнем углу.
Давайте сначала сформулируем словесный алгоритм — т. е. опишем словами что нужно делать Роботу. Этот алгоритм будет звучать примерно так:
«Пока справа свободно делай шаг вправо и закрашивай клетку »
В результате Робот пробежит по всем клеткам вправо и будет их закрашивать до тех пор, пока справа не окажется стена.
Исходный код нашей программы для Робота будет примерно такой:
использовать Робот
нц пока справа свободно
вправо
закрасить
В результате выполнения этой программы мы увидим вот такую картину:
