Информатика и ИКТ
Учебник для 7 класса

       

§ 3.3. Управление исполнителем Робот

Знакомимся с Роботом

Исполнитель Робот действует на прямоугольном клетчатом поле. Между некоторыми клетками поля могут быть расположены стены. Некоторые клетки могут быть закрашены (рис. 3.11).

Рис. 3.11

Робот занимает ровно одну клетку поля. По командам вверх, вниз, влево и вправо Робот перемещается в соседнюю клетку в указанном направлении. Если на пути оказывается стена, то происходит отказ — выдается сообщение о невозможности выполнить очередную команду.

По команде закрасить Робот закрашивает клетку, в которой стоит. Если клетка уже была закрашена, то она закрасится повторно, хотя никаких видимых изменений не произойдет.

Важно помнить, что Робот может исполнять только правильно записанные команды. Например, если вместо команды вниз написать внис, то Робот эту запись не поймет и сразу же сообщит об ошибке.

  • Вспомните, как называются ошибки в записи команд. Каких еще ошибок следует избегать при разработке алгоритмов?

Пример алгоритма управления Роботом

Напишем программу, исполняя которую Робот нарисует на клетчатом поле меандр из пяти витков (рис. 3.12).

Рис. 3.12

Программа может иметь вид:

Здесь мы использовали конструкцию повторения, так как совершенно одинаковые фрагменты повторяются на рисунке 5 раз. При записи тела цикла мы в одной строке через точку с запятой записывали несколько команд.

Если оформить процедуру виток, то основная программа окажется совсем короткой.

  • Предложите свой вариант программы для рисования меандра.

Цикл «пока»

А теперь попробуем написать программу для решения очень простой задачи: закрасить все клетки справа от Робота (рис. 3.13).

Рис. 3.13

Правда, сколько именно клеток следует закрасить, не уточнено. Известно только, что:

  1. справа на неизвестном расстоянии есть стена;
  2. клетки нужно красить, пока Робот не подойдет к стене вплотную.

Воспользуемся тем, что Робот может анализировать и сообщать обстановку вокруг себя, проверяя следующие простые условия:

    справа свободно
    слева свободно
    сверху свободно
    снизу свободно
    закрашено

Ясно, что пока будет выполняться условие справа свободно, нужно выполнять команды:

    вправо
    закрась

Для оформления таких последовательностей действий используется специальная конструкция алгоритмического языка — цикл «пока».

В общем виде цикл «пока» записывается так:

Блок-схема цикла «пока» имеет вид, показанный на рис. 3.14.

Рис. 3.14

При выполнении этого цикла исполнитель повторяет следующие действия:

  1. проверяет записанное после служебного слова ПОКА условие;
  2. если условие не соблюдается (Робот ответил «Нет»), то выполнение цикла прекращается, и Робот начинает выполнять команды, записанные после служебного слова КОНЕЦ. Если же условие соблюдается (Робот ответил «Да»), то Робот выполняет тело цикла и снова проверяет условие.

Напишем программу, исполняя которую Робот нарисует на клетчатом поле меандр (рис. 3.12), число витков которого зависит от положения правой стены.

Виток меандра умещается на клетчатом поле, если между клеткой, занимаемой Роботом, и правой стеной есть 1 клетка.

В зависимости от исходного положения Робота тело цикла пока может не выполниться ни разу. Такая ситуация не является отказом.

  • Подумайте, каким должно быть исходное положение Робота в программе рисования меандра, чтобы тело цикла не выполнилось ни разу.

Из-за логических ошибок, допущенных при составлении алгоритма, может возникнуть ситуация зацикливания. Это значит, что условие будет всегда соблюдаться, и выполнение цикла «пока» никогда не завершится.

Рассмотрим следующий пример:

  • Что будет происходить, если справа от Робота нет стены?

Условие в цикле «пока» проверяется только перед выполнением тела цикла, но не в процессе его выполнения.

  • Подумайте, что произойдет, если Робот начнет вы-полнять нашу программу рисования меандра с циклом «пока», находясь в следующем исходном положении:

  • Что общего у циклов «повторить п раз» и «пока»? Какие между ними отличия? Нужны ли две конструкции для описания повторяющихся действий?

Простые и составные условия

В цикле «пока» могут использоваться не только простые, но и составные условия.

Составное условие образуется из одного или нескольких простых условий и служебных слов И, ИЛИ, НЕ.

Рассмотрим составное условие А И В, где А, В — простые условия. Условие А И В выполнено, когда выполнено каждое из двух входящих в него простых условий.

Пусть А — простое условие сверху свободно, В — простое условие справа свободно. Рассмотрим подробно проверку составного условия А И В — сверху свободно и справа свободно (рис. 3.15).

Рис. 3.15

В случае а выполнено условие А (сверху свободно), выполнено условие В (справа свободно). Составное условие АИВ (сверху свободно И справа свободно) также выполнено.

В случае б выполнено условие А, условие В не выполнено. Составное условие А И В не выполнено.

В случае в не выполнено условие А, условие В выполнено. Составное условие А И В не выполнено.

В случае г не выполнено условие А, не выполнено условие В. Составное условие А И В не выполнено.

  • Нужно ли проверять условие В в составном условии А И В, если условие А не выполнено?

Составное условие А ИЛИ В выполнено, когда выполнено хотя бы одно из двух входящих в него простых условий.

Рассмотрим проверку составного условия А ИЛИ В — сверху свободно ИЛИ справа свободно (см. рис. 3.15).

В случае а выполнено условие А (сверху свободно), выполнено условие В (справа свободно). Составное условие А ИЛИ В (сверху свободно ИЛИ справа свободно) выполнено.

В случае б выполнено условие А, не выполнено условие В. Составное условие А ИЛИ В выполнено.

В случае в не выполнено условие А, выполнено условие В. Составное условие А ИЛИ В выполнено.

В случае г не выполнено условие А, не выполнено условие В. Составное условие А ИЛИ В не выполнено.

  • Нужно ли проверять условие В в составном условии А ИЛИ В, если условие А выполнено?

Составное условие НЕ А выполнено, когда не выполнено условие А.

Пусть А — простое условие закрашено. Рассмотрим проверку составного условия НЕ А (рис. 3.16).

Рис. 3.16

В случае а условие А выполнено, условие НЕ А (НЕ закрашено) не выполнено.

В случае б условие А не выполнено, условие НЕ А (НЕ закрашено) выполнено.

Рассмотрим пример использования составного условия.

Известно, что Робот находится где-то в вертикальном коридоре. Ни одна из клеток коридора не закрашена.

Составим алгоритм, под управлением которого Робот закрасит все клетки этого коридора и вернется в исходное положение.

Так как Роботу предстоит закрасить только клетки коридора, мы должны «научить» его их распознавать. Чем же клетки коридора отличаются от всех прочих клеток поля? Из рис. 3.17 видно, что каждая клетка коридора слева и справа ограничена стеной.

Рис. 3.17

Робот находится в коридоре, пока слева стена и справа стена. В СКИ нашего исполнителя такие условия не предусмотрены. Там есть противоположные условия: слева свободно, справа свободно. Используем служебное слово НЕ:

Нужное условие примет вид:

Представим план действий Робота укрупненными шагами (рис. 3.18).

Рис. 3.18

Для простоты предположим, что над коридором и под коридором есть хотя бы по одной клетке без стен (иначе придется делать дополнительные проверки сверху свободно, снизу свободно).

1. Чтобы закрасить все клетки коридора, находящиеся выше Робота, прикажем Роботу шагнуть вверх и выполним цикл «пока»:

Под управлением этого алгоритма Робот закрасит все клетки коридора, находящиеся выше от него, и окажется на клетке рядом с верхней границей коридора.

  • При каком исходном положении Робота этот цикл не выполнится ни разу?

2. Командой вниз вернем Робота в коридор. Наша задача — вернуть его в исходную точку. Эта точка имеет единственный отличительный признак — она не закрашена. Поэтому пока занимаемая Роботом клетка оказывается закрашенной, будем перемещать его вниз:

Под управлением этого алгоритма Робот окажется в исходной клетке.

3. Выполнив команду вниз, Робот пройдет исходную клетку и займет первую клетку, расположенную ниже исходной. Теперь можно закрашивать клетки коридора, расположенные ниже исходной:

  • Возможна ли ситуация, что этот цикл не выполнится ни разу?

4. Так как, выполнив предыдущий алгоритм, Робот окажется под коридором, командой вверх вернем его в коридор. Возвращение в исходную точку обеспечивается алгоритмом:

5. По команде закрась Робот закрашивает исходную точку.

Полностью программа управления Роботом выглядит так:

Команда ветвления

Вспомним, что форма организации действий, при которой в зависимости от выполнения или невыполнения некоторого условия совершается либо одна, либо другая последовательность действий, называется ветвлением.

Графически ветвление можно представить, как показано на рис. 3.19.

Рис. 3.19

Для организации ветвлений в СКИ Робота предусмотрена специальная команда ЕСЛИ. Ее общий вид:

Служебные слова ЕСЛИ, ТО, ИНАЧЕ имеют обычный смысл.

Между ТО и ИНАЧЕ записываются одно или несколько действий, составляющих серию действий 1. Между ИНАЧЕ и КОНЕЦ помещается серия действий 2. Служебное слово ИНАЧЕ вместе с серией действий 2 может отсутствовать (сокращенная форма ветвления).

Пусть теперь Робот находится в горизонтальном коридоре, нижняя граница которого сплошная, а в верхней имеются выходы (рис. 3.20). Требуется провести Робота через весь коридор и закрасить клетки коридора, не имеющие верхних границ.

Рис. 3.20

Единственным признаком коридора является наличие нижней границы, т. е. выполнение условия НЕ снизу свободно. Если при этом выполняется условие сверху свободно, то клетку нужно закрасить, иначе — красить не надо. Аналогично случаю закрашивания вертикального коридора, предполагаем, что слева и справа от горизонтального коридора есть клетки. Блок-схема алгоритма имеет вид, показанный на рис. 3.21.

Рис. 3.21

Программа:

Коротко о главном

Исполнитель Робот действует на прямоугольном клетчатом поле. Между некоторыми клетками поля могут быть расположены стены. Некоторые клетки могут быть закрашены. Робот занимает ровно одну клетку поля.

Система команд исполнителя представлена в следующей таблице:

Робот может выполнять цикл «повторить n раз».

Если заранее не известно, сколько именно раз следует выполнить тело цикла, используется специальная конструкция алгоритмического языка — цикл «пока».

В цикле «пока» могут использоваться не только простые, но и составные условия. Составное условие образуется из одного или нескольких простых условий и служебных слов И, ИЛИ, НЕ.

Для организации ветвлений в СКИ Робота предусмотрена специальная команда ЕСЛИ.

Вопросы и задания

  1. Приведите все алгоритмы из трех команд, которые переместят Робота из исходного положения в клетку Б.

    Существует ли для этой задачи алгоритм, при выполнении которого Робот делает: а) два шага; б) четыре шага; в) пять шагов; г) семь шагов; д) 2001 шаг; е) 2006 шагов?

  2. Петя составил алгоритм, переводящий Робота из клетки А в клетку Б с закрашиванием каких-то клеток. Что должен сделать Коля с этим алгоритмом, чтобы получить алгоритм, переводящий Робота из Б в А и закрашивающий те же клетки?
  3. Петя составил алгоритм, при выполнении которого Робот вернулся в исходное положение. Коля стер одну из команд. При выполнении Колиного алгоритма Робот также вернулся в исходное положение. Какую команду стер Коля?
  4. Маша придумала узор для Робота. Коля стер ровно половину закрашенных клеток. Восстановите рисунок, зная, что он симметричен относительно вертикальной оси. Напишите программу для Робота.

  5. Напишите программу, с помощью которой Робот сможет попасть в клетку Б во всех трех лабиринтах.

  6. Напишите программу, с помощью которой Робот попадет в клетку Б.

  7. Известны два вспомогательных алгоритма Робота:

    Нарисуйте, что получится при выполнении Роботом следующих основных алгоритмов:

  8. Составьте алгоритмы, под управлением которых Робот закрасит указанные клетки:

  9. Известно, что где-то правее Робота есть стена.

    Составьте алгоритм, под управлением которого Робот закрасит ряд клеток до стены и вернется в исходное положение.

  10. Известно, что где-то правее Робота есть закрашенная клетка.

    Составьте алгоритм, под управлением которого Робот закрасит ряд клеток до закрашенной клетки и вернется в исходное положение.

  11. Известно, что Робот находится рядом с левым входом в горизонтальный коридор.

    Составьте алгоритм, под управлением которого Робот закрасит все клетки этого коридора и вернется в исходное положение.

  12. Известно, что Робот находится где-то в горизонтальном коридоре. Ни одна из клеток коридора не закрашена.

    Составьте алгоритм, под управлением которого Робот закрасит все клетки этого коридора и вернется в исходное положение.

  13. В ряду из десяти клеток правее Робота некоторые клетки закрашены.

    Составьте алгоритм, который закрашивает клетки:

    а) ниже каждой закрашенной клетки;
    б) выше и ниже каждой закрашенной клетки.

  14. Что можно сказать о правильности следующего фрагмента алгоритма?

  15. Напишите программу, с помощью которой Робот сможет попасть в клетку Б во всех трех лабиринтах.

  16. Напишите программу, следуя которой Робот сможет пройти по коридору от левого нижнего угла поля к правому верхнему. Коридор имеет ширину одна клетка и тянется в направлении слева-снизу вправо-вверх. Пример возможного коридора изображен на рисунке.

Рейтинг@Mail.ru