Tekst źródłowy strony Algorytm – program – system

{|
|-
| |Moduł: Podstawy
|-
| |Poziom: Podstawowy
|-
| |Profil: Dla wszystkich
|-
|}

== Od łamigłówki do programu ==

Łamigłówka „Wieże Hanoi” (https://pl.wikipedia.org/wiki/Wieże_Hanoi) polega na przełożeniu krążków z pierwszego na trzeci słupek zgodnie z regułami:
* za każdym razem jeden; 
* nie wolno kłaść większego krążka na mniejszy 


<div>
[[Plik:Hanoi.png]]Pomoc dydaktyczna: klocki Wieże Hanoi.</div>

Oznaczmy liczbami krążki (od najmniejszego do największego).

Opracowujemy plan działania:

{| style="border-spacing:0;width:3.201cm;border:1px solid black"
|-
| | Lp
| align=center | działanie
|-
|  | 1
|  | 1-C
|-
|  | 2
|  | 2-B
|-
|  | 3
|  | 1-B
|-
|  | 4
|  | 3-C
|-
|  | 5
|  | 1-A
|-
|  | 6
|  | 2-C
|-
|  | 7
|  | 1-C
|-
|}


Przetestujmy: [http://www.zagraj.republika.pl/hanoi.html http://www.zagraj.republika.pl/hanoi.html]

<div style="color:#007826;">Zadanie domowe:
# Spróbować dla większej ilości klocków. 
# Czy daje się to uogólnić dla n klocków (zadanie bardzo zaawansowane)? 
</div>



Ułożenie takiego planu działania wymaga '''abstrakcyjnego myślenia'''. Abstrakcja – czyli abstrahowanie od fizycznych elementów. Klocki, słupki i działania zmieniają się w abstrakcyjny zapis – na przykład 1-B. Umiejętność abstrakcyjnego myślenia jest najważniejsza dla programisty. Jeśli ktoś tego nie potrafi – nie może być programistą i nigdy nie zrozumie matematyki.

Taki abstrakcyjny plan działania nazywa się '''algorytmem'''. 

'''Program''' to algorytm wykonywany przez '''automat'''.


Ilustracja: program Hanoi (dołączone do kursu źródła).

[http://otwartaedukacja.pl/programowanie/hanoi/ http://otwartaedukacja.pl/programowanie/hanoi/] 


[[Plik:Hanoi_prg.png]]

Każdy program jest uruchamiany w pewnym '''środowisku'''. Tutaj środowiskiem są trzy słupki z krążkami. Dla programów (Hanoi, [http://www.zagraj.republika.pl/hanoi.html http://www.zagraj.republika.pl/hanoi.html]) środowiskiem jest przeglądarka internetowa w której uruchomiono program napisany w języku JavaScript.

Przejście od środowiska fizycznego (klocki) do przeglądarki internetowej wydaje się nam czymś naturalnym. To jednak wymaga pewnej refleksji – gdyż w ten sposób wchodzimy do świata wirtualnego. '''Wirtualny''' – czyli nie istniejący realnie.

<div style="text-align:center;">'''PROGRAM KOMPUTEROWY TO AUTOMAT DZIAŁAJĄCY W ŚWIECIE WIRTUALNYM'''</div>


[[Plik:Robot.png]]

Najważniejszą cechą automatu jest '''determinizm''' – czyli kolejne działanie jest ściśle określone i zależy wyłącznie od stanu w jakim znajduje się maszyna. '''Programowanie maszyn = dążenie do determinizmu''' (ścisłego określenia co ma się wydarzyć w danym stanie maszyny, a nie tylko co może się wydarzyć).

== System ==

Elementy automatu są powiązane ze sobą w taki sposób, aby w całości uzyskać pożądaną funkcjonalność. Na przykład bankomat składa się z liczarki banknotów, klawiatury, monitora, obudowy, czytnika kart i sterującego wszystkim komputera. Jego podstawową funkcją jest wydawanie pieniędzy. Taki zbiór elementów powiązanych ze sobą w sposób umożliwiający uzyskanie pewnej funkcjonalności nazywa się '''systemem'''.

<div style="margin-left:1.251cm;margin-right:0cm;"><span style="color:#007826;">Zadanie domowe: zapoznać się z hasłem „System” w Wikipedii: </span>[https://pl.wikipedia.org/wiki/System https://pl.wikipedia.org/wiki/System]<span style="color:#007826;"> </span></div>

Złożone systemy komputerowe uzyskuje się poprzez składanie ich z systemów prostszych (modułów, podprogramów). Idąc w kierunku przeciwnym – do rzeczy coraz prostszych sięgamy do istoty obliczeń. Polski matematyk Zdzisław Pawlak taki najprostszy system nazwał „systemem iteracyjnym”. 

Składa się on z pamięci i funkcji przejścia. Pamięć wyraża stan aktualny automatu, a funkcja przejścia determinuje (określa) stan następny.

System iteracyjny:

[[Plik:Sys_iteracyjny.png]]

<div style="text-align:center;">
'''MASZYNA OBLICZENIOWA = PAMIĘĆ + FUNKCJA PRZEJŚCIA'''

'''FUNKCJA PRZEJŚCIA WYZNACZA STAN NASTĘPNY (NOWĄ ZAWARTOŚĆ PAMIĘCI)'''
'''PROGRAMOWANIE = BUDOWANIE FUNKCJI PRZEJŚCIA'''</div>

Pawlak posługuje się przykładem kostki do gry.

<div style="color:#ff0000;margin-left:2.499cm;margin-right:0cm;">Pomoc dydaktyczna: kostka do gry lub kostka Rubika</div>


[[Plik:Kostka.png]]

Przykład programu:


{| style="border-spacing:0;width:6.085cm;"
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| STAN
|| NASTĘPNY
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| 1
|| STOP
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| 2
|| STOP
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| 3
|| 1
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| 4
|| 2
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| 5
|| 1
|- style="border:none;padding:0cm;"
|| 6
|| 2
|-
|}
Pytanie: co ten program wylicza?

Odpowiedź: zatrzymuje się na 1 lub 2 w zależności od tego, czy początkowo była ilość parzysta lub nieparzysta oczek.

Pisząc program określamy warunki jego zatrzymania się. Najczęściej jest to zakończenie wykonywania algorytmu (zakończenie obliczeń). 

Zadanie domowe: zapoznać się z problemem stopu [https://pl.wikipedia.org/wiki/Problem_stopu https://pl.wikipedia.org/wiki/Problem_stopu]

== Arkusz kalkulacyjny jako środowisko w którym uruchamiamy programy ==

[[Plik:Arkusz.png]]

'''KOMÓRKI = PAMIĘĆ'''
'''REGUŁY = FUNKCJA PRZEJŚCIA'''

== Zmienna ==

W arkuszu kalkulacyjnym wiadomo gdzie zapisać wynik – w tej samej komórce, w której zapisano regułę. W programie musimy zarezerwować miejsce w pamięci. Komórka arkusza kalkulacyjnego ma swoją nazwę. W programie posługujemy się nazwą zmiennej (identyfikatorem).

'''Nazwa komórki = identyfikator zmiennej'''

Przykład identyfikatora w języku php: '''$a1 '''(użyto identyfikatora zgodnie z konwencją nazywania komórek w arkuszu kalkulacyjnym).

Najprostsze programy to formuły w arkuszu.

Na przykład: 

<nowiki>= $a1 + 10</nowiki>

Odpowiednia instrukcja w języku php:

$wynik = $a1+10;

Zarezerwowane dwa miejsca w pamięci – zmienne $a1 i $wynik

== Algorytm a program ==

Często spotyka się z wyjaśnieniem, że program jest implementacją algorytmu. Czyli takim zapisem algorytmu, by mogła go wykonać maszyna. To wyjaśnienie wymaga komentarza. Algorytmy jakie spotykamy na co dzień są najczęściej trywialne. Na przykład: aby otworzyć drzwi, włóż klucz do zamka, przekręć w prawo do oporu a następnie naciśnij klamkę.

Jednak algorytmy bywają też bardzo trudne. Nawet najprostszy algorytm sortowania liczb wymaga odrobiny wysiłku intelektualnego, aby go zrozumieć. Naukę programowania często myli się z algorytmiką (czyli układaniem algorytmów), co jest trudne. Dla większości zadań z jakimi spotyka się programista ich trudność można porównać z algorytmem otwierania drzwi (sama czynność jest prostsza, niż jej ścisłe opisanie).

Algorytmika jest trudna. Programowanie jest łatwe. Układanie i implementacja algorytmów wymaga wiedzy, umiejętności i talentu. Programować może każdy. I każdy, kto ma styczność z tworami nowoczesnej techniki to robi (choćby programując programy w telewizorze).

[[Plik:Molier.png]]
MOLIER „MIESZCZANIN SZLACHCICEM” (w oryginale bohater był zdziwiony, że mówi prozą!)

== Podsumowanie ==

* Programowanie komputerów wymaga abstrakcyjnego myślenia.
* Układamy algorytmy i zapisujemy je przy pomocy abstrakcyjnych symboli.
* Programy są uruchamiane w środowisku tworzącym system obliczeniowy.
* Istotę działania takiego systemu wyjaśnia system iteracyjny.
* Najprostszym środowiskiem jest arkusz kalkulacyjny.
* Przechodząc od arkusza do zwykłych programów – wprowadzamy pojęcie zmiennej (zastępujące komórkę arkusza).
* Programowanie nie jest trudne! Programy pisze każdy użytkownik arkusza kalkulacyjnego (a nawet gdy tylko układa w myśli plan działania)! Trudne natomiast może być układanie algorytmów (czym zajmuje się algorytmika).