Циклический алгоритм

В этой статье будет рассмотрена работа циклического алгоритма — что это, как он работает, какие виды существуют. Также будут рассмотрены примеры циклических алгоритмов в разных языках программирования.

Прежде чем приступить к основной теме статьи, следует прояснить терминологию вопроса и рассмотреть основные определения: — цикл — вид управляющей конструкции в языках программирования. Он позволяет организовать многократное исполнение определённого набора инструкций (последовательность действий, при котором выполняется тело цикла); — тело цикла — последовательность инструкций, обеспечивающая их многократное исполнение; — итерация — однократное исполнение тела цикла; — условие выхода (условие окончания) — выражение, которое определяет, станет ли в очередной раз выполняться итерация либо произойдёт завершение цикла; — счётчик цикла — переменная, которая сохраняет номер итерации.

Счётчик не обязательно должен содержаться в цикле и счётчик совсем не обязательно должен быть один, то есть условие выхода порой зависит от нескольких изменяемых переменных. Вдобавок к этому, условие выхода иногда зависит от внешних условий (как пример — наступление определённого времени).

Работа любого цикла вне зависимости от его вида включает в себя: — первоначальную инициализацию циклических переменных; — проверку условия выхода из цикла; — выполнение тела; — обновление циклической переменной на каждой итерации.

Многие языки программирования предоставляют разработчику средства, обеспечивающие досрочное завершение цикла (выход из него вне зависимости от истинности условия выхода).

Виды циклических алгоритмов

Безусловные циклы

В некоторых программах и линейных алгоритмах на компьютерах выход из циклов не предусмотрен логикой. Эти циклы называются безусловными (другое название — бесконечные). При написании таких алгоритмов для решения поставленных задач специальных синтаксических средств не используют (они часто и не предусмотрены). На практике вполне достаточно конструкций, которые предназначены для формирования обычных (условных) циклов. Чтобы обеспечить бесконечное повторение, проверка условия или исключается (LOOP…END LOOP, язык программирования Ада), или заменяется константным значением (while true do …, Pascal).

Теперь следует рассмотреть группу циклов с условием.

Циклический алгоритм с предусловием

При наличии предусловия цикл выполняется до тех пор, пока истинно определённое условие, которое указано перед началом. Данное условие проверяется ещё до выполнения тела, в результате чего тело алгоритма может вообще ни разу не выполнится (пример такой ситуации с нулевым количеством итераций — условие изначально ложно). Что касается применения и реализации, то во многих процедурных языках программирования такой алгоритм реализуется с помощью оператора while.

Циклический алгоритм с постусловием

В данном случае проверка условия происходит уже после выполнения тела. Это означает, что тело цикла хотя бы раз, да выполнится. В Pascal такой алгоритм реализуется посредством оператора repeat..until, в языке программирования Си — с помощью do…while.

В зависимости от языка, трактовка условий бывает разной. В том же Pascal речь идёт об условии выхода (работа линейного алгоритма завершится, когда условие истинно; «цикл до»), а в вышеупомянутом Си можно говорить об условии продолжения (цикл завершится, когда условие ложно; «цикл пока»).

Циклический алгоритм с выходом из середины

Это самая общая форма условного линейного алгоритма. Синтаксически оформляется посредством 3-х конструкций: — начало цикла, — конец, — команда выхода.

Конструкция начала обеспечивает маркировку программной точки, где начинается тело, конструкция конца — где тело заканчивается. Внутри циклического алгоритма присутствует команда, обеспечивающая выход — цикл оканчивается, а управление передаётся оператору, следующему за конструкцией конца.

Если сравнивать этот алгоритм с вышеупомянутыми, то он имеет особенность: часть тела, которая расположена после начала и до команды выхода, выполнится всегда, а часть тела, расположенная после команды выхода, при последней итерации не выполнится.

Чтобы организовать выход из середины, в некоторых языках программирования необходимо использовать специальные конструкции. В Ада это LOOP…END LOOP и команда EXIT либо EXIT WHEN:

Внутри этого алгоритма может находиться любое число команд выхода обоих типов — как EXIT WHEN (используется, если проверяется лишь условие выхода), так и просто EXIT (используется, если выход осуществляется в одной из вариаций сложного условного оператора).

В некоторых языках специальные конструкции для выхода из середины отсутствуют. В таких случаях смоделировать выход можно, используя любой условный цикл и оператор досрочного выхода (тот же break в Си) или goto — оператор безусловного перехода.

Циклический алгоритм cо счётчиком

При реализации этого алгоритма на компьютере определённая переменная меняет своё значение с некоторым шагом (она имеет заданное начальное и конечное значения), причём для каждого значения переменной тело цикла выполнится хотя бы раз. Во многих процедурных языках программирования алгоритм со счётчиком реализуется с помощью оператора for. В нём указывается счётчик (его ещё называют переменной цикла), определённое число проходов (граничное значение счётчика) и, в некоторых случаях, шаг изменения счётчика. В качестве примера — циклический алгоритм со счётчиком в языке программирования Оберон-2:

Хотите знать про алгоритмы больше? Записывайтесь на специализированные курсы в OTUS!

Источник — https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1188296.