Введение

Тенденция усиления фактора самостоятельной работы студентов привела к разработке данных методических указаний по выполнению индивидуальных заданий по информатике. Они призваны, с одной стороны, подробно ознакомить обучающихся с некоторыми практическими задачами информатики, а с другой – закрепить навыки прикладного программирования и составления блок-схем.

Настоящие методические указания состоят из трех самостоятельных частей, в которых излагаются три практические задачи современной информатики – адресация элементов данных линейного списка, автокоррекция естественно языковых текстов, сжатие данных.

Первая задача нашла свое применение в таких программных продуктах, как системы управления базами данных, операционные системы (организация поисковых операций в системных данных), компиляторы (работа с таблицами идентификаторов) и многих других. Алгоритмы адресации имеют универсальный характер и используются практически во всех задачах, в которых ведется организация и поиск информации в одномерных массивах, независимо от места ее нахождения – основная память или внешняя.

Вторая задача носит более частный характер, а изложенные методы используются при проверке орфографии в текстовых и табличных процессорах, издательских системах, а также как средство верификации результатов работы сканера – после распознавания текста для устранения возможных ошибок выполняется его орфографический анализ.

Проблема сжатия данных решается в современных архиваторах. Они, как правило, используют комбинацию методов, изложенных в третьей части.

Задачи программируются на языке программирования, который изучается в курсе «Алгоритмические языки и программирование», и, тем самым, закрепляют навыки, полученные в этой дисциплине. Кроме этого, требование подготовки блок-схем средствами WinWord позволяет углубить знания, связанные, с одной стороны, с логическим проектированием алгоритма, а с другой – с правилами начертания блок-схем.

Запрограммированные и отлаженные задачи должным образом оформляются, что также способствует умению студента правильно и аккуратно закреплять результат работы на бумажном носителе информации.

ЧАСТЬ 1. МЕТОДЫ АДРЕСАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Одной из проблем при создании информационных систем является работа со структурированными данными, которые чаще всего являются линейными списками – упорядоченным множеством элементов, порядковые номера которых определяют местоположение элемента в списке. Элементы списка имеют структуру – они состоят из конечного множества полей, каждое из которых имеет определенный смысл, например, фамилии, адреса и т.д. Для таких списков важна задача адресации элементов списков – определение адреса элемента списка по одному из его полей или по совокупному набору полей. Такие поля называются ключевыми (или ключами) (в простейшем случае ключом, например, может быть номер зачетной книжки студента).

Иногда бывает необходимо объединить несколько полей, чтобы образовать уникальный ключ, называемый в этом случае сцепленным ключом: например, ключ, идентифициру­ющий студента в институте, является комбинацией номера группы, фамилии, имени и отчества студента (есть случаи, когда в од­ной группе учатся студенты с одинаковыми фамилиями и именами).

Кроме простого и сцепленного, ключ может быть первичным – определять максимум один элемент в списке или вторичным – определять множество (в общем случае не одноэлементное) элементов в списке. Например, фамилия студента в учебной группе, как правило, является первичным ключом, а пол студента – вторичный ключ, поскольку одному значению этого ключа (мужской или женский) соответствует, в общем случае, группа студентов.

Основную проблему при адресации элементов списков можно сформулиро­вать следующим образом: как по первичному ключу определить местоположение элемента с данным ключом (задача поиска)? Существует несколько различных спосо­бов адресации. Они рассматриваются далее.

1. Теоретическая часть

1.1. Последовательное сканирование списка

Наиболее простым способом локализации элемента списка является сканирование списка с проверкой ключа каждого элемента. Этот спо­соб, однако, требует слишком много времени для большинства применений. Он может быть эффективен только при пакетной обра­ботке последовательного файла, находящегося, например, на маг­нитной ленте, когда каждая запись все равно должна быть прочи­тана.

1. 2. Блочный поиск

Если элементы упорядочены по ключу, то при сканировании списка не требуется чтение каждого элемента. Компьютер мог бы, напри­мер, просматривать каждый n-ный элемент в последовательности возрастания ключей. При нахождении элемента с ключом, большим, чем ключ, используемый при поиске, просматриваются последние n-1 элементов, которые были пропущены. Этот способ называется блочным поиском: элементы группируются в блоки, и каждый блок проверяется по одному разу до тех пор, пока ни будет найден нужный блок. Вычисление оптимального для блочного поиска раз­мера блока выполняется следующим образом: в списке, со­держащем N элементов, число просмотренных элементов минимально при длине блока, равной ÖN. При этом в среднем анализируется ÖN элементов.

1.3. Двоичный поиск

При двоичном поиске рассматривается элемент, находящийся в середине области, в которой выполняется поиск, и его ключ срав­нивается с поисковым ключом. Затем поисковая область делится пополам, и процесс повторяется. При этом, если N велико, то в среднем будет просмотрено примерно log2N-1 элементов. Это число меньше, чем число просмотров для случая блочного поиска.

1.4. Индексно-последовательная организация

В общем случае сканирование (последовательный поиск) в списках для нахождения в них элемента является процессом, требую­щим много времени, если он выполняется над всем списком. Однако его можно использовать для точной локализации элемента в небольшой области, если эта область найдена некоторым другим способом.

Если список упорядочен по ключам, то обычно при адресации используется таблица, называемая индексом. При обращении к таблице задается ключ искомого элемента, а результатом процедуры поиска в таблице является относительный или абсолютный адрес элемента.

Индекс можно определить как таблицу, с которой связана процедура, воспринимающая на входе информацию о некоторых зна­чениях атрибутов и выдающая на выходе информацию, способствую­щую быстрой локализации элемента или элементов, которые имеют за­данные значения атрибутов. Индекс использует в качестве входной информации ключ и дает на выхо­де информацию, относящуюся к физическому адресу данного элемента.

Если для адресации используется индекс, ЭВМ в ос­новном производит поиск в индексе, а не в списке. При этом существенно экономится время, но требуется память для хранения индекса. Это похоже на использование картотеки в библиотеке. Пользователь отыскивает название требуемой книги в картотеке и находит номер книги по каталогу, который является как бы отно­сительным адресом положения книги на полках.