Bài giảng Tin học đại cương - Bài 3: Giải quyết bài toán - Bùi Trọng Tùng
TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG
Bài 3. Giải quyết bài toán
Bùi Trọng Tùng, SoICT, HUST
Nội dung
1. Thuật toán
2. Biểu diễn thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
2
1
Nội dung
2. Biểu diễn thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
3
Khái niệm Bài toán (problem)
• “Bài toán” hay “Vấn đề”
• Vấn đề có nghĩa rộng hơn bài toán
• Bài toán là một loại vấn đề mà để giải quyết phải
liên quan ít nhiều đến tính toán: bài toán trong vật
lý, hóa học, xây dựng, kinh tế…
• Biểu diễn vấn đề-bài toán: A → B
• A: Giả thiết, điều kiện ban đầu
• B: Kết luận, mục tiêu cần đạt
• Giải quyết vấn đề-bài toán
• Từ A dùng một số hữu hạn các bước suy luận có lý
hoặc hành động thích hợp để đạt được B
• Trong Tin học, A là đầu vào, B là đầu ra
4
2
Giải quyết bài toán bằng máy tính
• Máy tính không thể dùng để giải quyết các vấn
đề liên quan đến hành động vật lý hoặc biểu thị
cảm xúc
• Máy tính chỉ làm được những gì mà nó được
bảo phải làm. Máy tính không thông minh, nó
không thể tự phân tích vấn đề và đưa ra giải
pháp.
• Lập trình viên là người phân tích vấn đề, tạo ra
các chỉ dẫn để giải quyết vấn đề (chương
trình), và máy tính sẽ thực hiện các chỉ dẫn đó
5
Giải quyết bài toán bằng máy tính
• Phương án giải quyết bài toán được gọi là
thuật toán/giải thuật trong tính toán
• Một thuật toán là:
• một dãy hữu hạn các thao tác và trình tự thực
hiện các thao tác đó sao cho sau khi thực hiện dãy
thao tác này theo trình tự đã chỉ ra, với đầu vào
(input) ta thu được kết quả đầu ra (output) mong
muốn.
6
3
Các đặc trưng của thuật toán
•
Tính dừng: phải cho ra kết quả sau một số hữu hạn
các bước
•
Tính đúng đắn: kết quả tính toán của giải thuật là chính
xác
•
•
Tính xác định: các bước thực hiện có trình tự xác định
Tính khách quan: cho kết quả như nhau khi chạy trên
các máy tính khác nhau
•
•
Tính tổng quát: áp dụng cho các bài toán cùng dạng
mong muốn
Tính hiệu quả: đánh giá dựa trên khối lượng các phép
toán cần thực hiện
7
Giải quyết bài toán bằng máy tính
• Không chỉ đơn giản là lập trình
• Phức tạp, gồm nhiều giai đoạn phát triển
• Các giai đoạn quan trọng
• Bước 1. Xác định yêu cầu bài toán
• Bước 2. Phân tích và thiết kế bài toán
• Lựa chọn phương án giải quyết (thuật toán)
• Xây dựng thuật toán
• Bước 3. Lập trình
• Bước 4. Kiểm thử và hiệu chỉnh chương trình
• Bước 5. Triển khai và bảo trì
8
4
Hai giai đoạn chính để hiện thực hóa bài
toán
Giai đoạn giải quyết vấn đề
Giai đoạn thực hiện
9
Nội dung
1. Thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
10
5
Biểu diễn thuật toán
• Cách 1: Ngôn ngữ tự nhiên
• Cách 2: Ngôn ngữ lưu đồ (lưu đồ/sơ đồ khối)
• Cách 3: Mã giả (pseudocode) gọi là ngôn ngữ
mô phỏng chương trình PDL (Programming
Description Language).
• Cách 4: Các ngôn ngữ lập trình như Pascal,
C/C++ hay Java. Tuy nhiên, không nhất thiết
phải sử dụng đúng ký pháp của các ngôn ngữ
đó mà có thể được bỏ một số ràng buộc.
11
Nội dung
1. Thuật toán
2.1. Ngôn ngữ tự nhiên
2.2. Lưu đồ thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
12
6
Nội dung
1. Thuật toán
2. Biểu diễn thuật toán
2.2. Lưu đồ thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
13
2.1. Ngôn ngữ tự nhiên
• Sử dụng một loại ngôn ngữ tự nhiên để liệt kê
các bước của thuật toán
• Ưu điểm
• Đơn giản
• Không yêu cầu người viết và người đọc phải có
kiến thức nền tảng
• Nhược điểm
• Dài dòng
• Không làm nổi bật cấu trúc của thuật toán
• Khó biểu diễn với những bài toán phức tạp
14
7
Ví dụ
• Ví dụ 1: Tính tổng, tích, hiệu, thương của hai
số a và b.
• Đầu vào: Hai số a và b
• Đầu ra: Tổng, tích, hiệu và thương của a và b.
• Ý tưởng:
• Tính tổng, tích, hiệu của a và b
• Tính thương a/b
• Nếu b khác 0, tính thương
• Nếu b bằng 0, đưa ra thông báo không thực hiện được
phép chia
15
Mô tả bằng ngôn ngữ tự nhiên
• B1: Nhập số a và số b.
• B2: tong ß a + b; hieu ß a – b; tich ß a * b
• B3: Hiển thị tong, hieu, tich
• B3: Nếu b = 0, thông báo lỗi “Không thực hiện
được phép chia”.
Ngược lại thuong ß a/b. Hiển thị thương
• B5: Kết thúc
16
8
Nội dung
1. Thuật toán
2. Biểu diễn thuật toán
2.1. Ngôn ngữ tự nhiên
3. Một số thuật toán cơ bản
17
2.2. Lưu đồ thuật toán
Một số khối trong sơ đồ khối dùng biểu diễn thuật toán
Bắt đầu hoặc kết thúc
Thao tác tính toán hoặc phức tạp
Lệnh vào, lệnh ra (read hoặc write)
Kiểm tra điều kiện
Nối tiếp đoạn lệnh
Luồng thực hiện
18
9
Cấu trúc tuần tự
• Các bước được thực hiện theo 1 trình tự tuyến
tính, hết bước này đến bước khác
Công việc 1
Công việc 2
…
Công việc n
19
Cấu trúc rẽ nhánh
• Nếu biểu thức điều kiện đúng (giá trị chân lý là True)
thực hiện công việc 1.
• Nếu biểu thức điều kiện sai (giá trị chân lý là False) thực
hiện công việc 2.
20
10
Cấu trúc lặp
• Khi biểu thức điều kiện còn
đúng, thực hiện công việc
• Thực hiện công việc khi
biểu thức điều kiện còn
đúng
21
Ví dụ
Bắt đầu
Nhập a, b
• B1: Nhập số a và số b.
• B2: tong ß a + b;
hieu ß a – b
tong ß a + b;
hieu ß a – b
tich ß a * b
tich ß a * b
Hiển thị tong,
hieu, tich
• B3: Hiển thị tong, hieu, tich
Đ
S
• B4: Nếu b = 0, thông báo lỗi
“Không thực hiện được
phép chia”.
b = 0
thuong ß a / b;
Thông
báo lỗi
Ngược lại thuong ß a/b.
Hiển thị thuong
Hiển thị thương
• B5: Kết thúc
Kết thúc
22
11
Lưu đồ thuật toán
• Ưu điểm
• Trực quan, dễ hiểu, dễ thiết kế
• Cung cấp toàn cảnh, tổng quan về thuật toán
• Nhược điểm
• Cồng kềnh, đặc biệt với bài toán phức tạp
23
Nội dung
1. Thuật toán
2. Biểu diễn thuật toán
3.1. Thuật toán số học
3.2. Thuật toán về dãy
3.3. Thuật toán đệ quy
24
12
Nội dung
1. Thuật toán
2. Biểu diễn thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
3.2. Thuật toán về dãy
3.3. Thuật toán đệ quy
25
Giải phương trình bậc 1
• Bài toán: Giải phương trình bậc I
• Đầu vào: Hai hệ số a, b
• Đầu ra: Nghiệm của phương trình ax + b = 0
• Ý tưởng:
• Lần lượt xét a = 0 rồi xét b = 0 để xét các trường hợp
của phương trình
26
13
Mô tả tuần tự các bước
• B1: Nhập a và b.
• B2: Nếu a ≠ 0 thì x ← -b/a. Hiển thị “Phương
trình có 1 nghiệm duy nhất x”.
Ngược lại sang B3
• B3: Nếu b ≠ 0 thì hiển thị “Phương trình vô
nghiệm”.
Ngược lại Hiển thị “Phương trình vô
số nghiệm”
B4: Kết thúc
27
Lưu đồ thuật toán
28
14
Bài tập
• Bài toán: Giải phương trình bậc II
• Đầu vào: Ba hệ số a, b, c
• Đầu ra: Nghiệm của phương trình
ax2 + bx + c = 0 (a ≠ 0)
• Ý tưởng:
• Tính định thức và biện luận nghiệm
29
Bài toán số nguyên tố
• Cho một số nguyên dương p. Làm thế nào để biết
được p có phải số nguyên tố hay không?
• Input: p nguyên dương
• Output: kết luận về tính nguyên tố của p
• Ý tưởng?
• Nếu p = 0 hoặc 1: Không phải số nguyên tố
• Nếu p > 1:
• Kiểm tra từ 2 đến p - 1 có phải là ước số của p không
• Nếu có thì kết luận p không là số nguyên tố, ngược lại không có
số nào thì kết luận p là số nguyên tố
30
15
Mô tả các bước
31
Lưu đồ thuật toán
32
16
Tìm UCLN, BCNN của hai số
• B1 : Nhập 2 số a, b
• B2 : x ß a, y ß b
• B3 : Nếu y ≠ 0, sang B4
Ngược lại, sang bước 5
• B4 : r ß x mod y
x ß y
y ß r
Quay lại B3.
• B5: ucln ß x, bcnn ß (a*b) / ucln.
• B6: Hiển thị ucln, bcnn.
• B7: Kết thúc
33
Tìm ước số
Tìm tất cả các ước số của một số nguyên dương N
•
Ý tưởng : Duyệt lần lượt các giá trị từ 1 tới N và in ra
nếu giá trị đó là ước số của N.
Giải thuật
•
•
•
B1 : Nhập N
B2 : Gán i ß 1
B3 : Nếu i ≤ N tới B4
Ngược lại kết thúc
•
•
B4 : Nếu N chia hết cho i, hiển thị i.
B5 : i ß i + 1. Quay lại B3
34
17
Tìm ước số chẵn
Tìm tất cả các ước số chẵn của một số nguyên dương N
• Ý tưởng : Duyệt lần lượt các số chẵn từ 2 tới N và in ra nếu
giá trị đó là ước số của N.
Giải thuật
• B1 : Nhập N
• B2 : Gán i ß 2
• B3 : Nếu i ≤ N tới B4
Ngược lại, kết thúc
• B4 : Nếu N chia hết cho i, xuất i.
• B5 : i ß i + 2. Quay lại B3
• B6 : Kết thúc
35
Số hoàn hảo
Kiểm tra tính hoàn hảo của số nguyên dương N.
• B1 : Nhập N
• B2 : Gán i ß 1, tongUoc ß 0,
• B3 : Nếu i < N tới B4
Ngược lại, tới B6
• B4 : Nếu N chia hết cho i, gán tongUocß tongUoc + i
• B5 : i ß i + 1. Quay lại B3
• B6 : Nếu tongUoc = N, kết luận N là số hoàn hảo.
Ngược lại, kết luận N không phải là số hoàn hảo
• B7 : Kết thúc
36
18
Tính số Fibonacci
Tìm số Fibonacci thứ N
Thuật giải
•B1 : Nhập N
•B2 : Gán i ß 2, Fn-1 ß 1, Fn-2 ß 1, Fn ß 1
•B3 : Nếu i < N tới B4.
Ngược lại, tới B5
•B4 : Gán Fn ß Fn-1 + Fn-2
Gán Fn-2 ß Fn-1
Gán Fn-1 ß Fn
Gán i ß i + 1
Quay lại B3
• B5: Hiển thị Fn.
• B6: Kết thúc.
37
Nội dung
1. Thuật toán
2. Biểu diễn thuật toán
3. Một số thuật toán cơ bản
3.1. Thuật toán số học
3.3. Thuật toán đệ quy
38
19
3.2. Thuật toán về dãy
• Làm việc với một dãy số
• Các bài toán điển hình
• Tìm số lớn nhất, nhỏ nhất trong dãy
• Kiểm tra dãy có phải là dãy tăng hoặc dãy giảm
• Sắp xếp dãy tăng dần hoặc giảm dần
• Tìm trong dãy có phần tử nào bằng một giá trị cho
trước
• Tính trung bình cộng của dãy
• …
39
Tìm số lớn nhất trong dãy
• Bài toán: Tìm giá trị lớn nhất của một dãy số
nguyên có n số
• Đầu vào: Số nguyên dương n và n số nguyên a0,
a1,…, an-1
• Đầu ra: số nguyên lớn nhất của dãy
• Ý tưởng:
• Khởi tạo giá trị max = a0
• Lần lượt so sánh max với ai với i = 1, 2, …, n-1
nếu max < ai ta gán giá trị mới cho max = ai
40
20
Tải về để xem bản đầy đủ
27 trang
19960
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tin học đại cương - Bài 3: Giải quyết bài toán - Bùi Trọng Tùng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_tin_hoc_dai_cuong_phan_1_tin_hoc_can_ban_bai_3_gia.pdf
