Информатика II

Министерство образования и науки Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

ФАКУЛЬТЕТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ (ФДО)

А. В. Гураков, О. И. Мещерякова, П. С. Мещеряков

ИНФОРМАТИКА II

Учебное пособие

Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром
высшего профессионального образования для межвузовского
использования в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по направлениям подготовки бакалавров
11.03.04 (210100.62) «Электроника и наноэлектроника»,
38.03.01 (080100.62) «Экономика», 38.03.02 (080200.62) «Менеджмент»

Томск
2015

УДК
004.4(075.8)
ББК
32.973.2-018.1
Г 950

Рецензенты:

Миньков Л. Л., докт. физ.-мат. наук, профессор кафедры математической физики
Национального исследовательского Томского государственного университета;

Силич В. А., докт. техн. наук, профессор кафедры оптимизации систем
управления Института кибернетики Томского политехнического университета.

Гураков А. В.
Г 950
Информатика II : учебное пособие / А. В. Гураков, О. И. Мещерякова,
П. С. Мещеряков. — 2-е изд., доп. — Томск : ФДО, ТУСУР, 2015. — 112 с.

В учебном пособии по дисциплине «Информатика II» рассмотрены
основы алгоритмического подхода для создания программ, основы языка
программирования Free Pascal. Пособие снабжено большим количеством
примеров, иллюстрирующих рассматриваемый материал.

Учебное пособие по дисциплине «Информатика II» предназначено для
студентов факультета дистанционного обучения ТУСУРа.

УДК
004.4(075.8)
ББК
32.973.2-018.1

Гураков А. В.,
Мещерякова О. И.,
Мещеряков П. С., 2015

Оформление.
ФДО, ТУСУР, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
5

1
Основные понятия теории алгоритмов
7

2
Основы языка программирования Free Pascal
15

2.1
Алфавит языка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16

2.2
Структура программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18

2.3
Организация ввода/вывода данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22

2.4
Типы данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24

2.5
Выражения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27

2.6
Операторы языка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32

2.6.1
Условный оператор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

2.6.2
Оператор выбора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42

2.6.3
Оператор цикла While..do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44

2.6.4
Оператор цикла Repeat..until . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47

2.6.5
Оператор цикла For . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49

3
Структурированные типы данных Free Pascal
52

3.1
Массивы. Сортировки массивов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52

3.2
Строки типа String . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64

3.3
Записи. Оператор над записями With . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68

3.4
Файлы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70

4
Подпрограммы. Библиотеки подпрограмм Free Pascal
76

4.1
Подпрограммы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76

4.2
Run-Time Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82

4.3
Модули пользователя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87

5
Интегрированная среда программирования Free Pascal
94

5.1
Система Free Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94

5.2
Настройка IDE Free Pascal для работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95

5.3
Редактирование исходного текста программ . . . . . . . . . . . . . . . .
97

5.4
Работа с файлами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99

5.5
Компиляция и исполнение программ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99

Заключение
101

Литература
102

Оглавление

Приложение А Сообщения об ошибках в программе
103

Приложение Б
Сообщения при исполнении программы
105

Глоссарий
106

Предметный указатель
109

ВВЕДЕНИЕ

Языки программирования высокого уровня предназначены для записи алгоритмов в форме, более удобной для человека по сравнению с машинными языками,
низкоуровневыми и состоящими из одних цифр. С развитием информатики существует огромное количество языков программирования, однако в настоящее время
используются немногие из них. Язык Pascal создал в 1970 году Никлаус Вирт
специально для начального обучения программированию. Язык назван в честь великого физика и математика Блеза Паскаля, первого изобретателя суммирующего
механического устройства (арифмометра).

Язык Pascal является универсальным, потому что на нём можно писать программы для обработки данных различных видов (числовых, текстовых), как простых, так и организованных в сложные структуры. На нём можно записывать алгоритмы самых различных видов и самой разной сложности.

В первой главе учебного пособия даётся краткое знакомство с теорией алгоритмов. Теория алгоритмов является основополагающей теорией для наук, связанных
с вычислительной техникой — основным инструментарием информатики.

Во второй главе излагаются основные понятия и элементы языка Pascal: алфавит, структура программы, организация ввода/вывода на экран, простые типы
данных, выражения, операторы. Овладение основами языка позволит создавать
простые программы. Третья глава посвящена структурированным типам данных:
массивам, строкам, записям и файлам. Такие структуры языка, как подпрограммы
и библиотеки подпрограмм, позволяющие программировать сложные алгоритмы,
рассматриваются в четвёртой главе.

В пятой главе рассматривается интегрированная среда программирования Free
Pascal (в дальнейшем IDE), которая позволяет создавать тексты программ, компилировать их, находить ошибки и оперативно их исправлять, компоновать программы из отдельных частей, отлаживать и выполнять отлаженную программу. Приводятся команды вызова системы информационной контекстной помощи и даются
некоторые рекомендации по настройке системы Free Pascal для работы.

В приложении приводятся сообщения об основных ошибках, выводимых системой Free Pascal при трансляции и выполнении программы.

Для более детального изучения языка Free Pascal следует обратиться к дополнительной литературе.

При изучении данного пособия рекомендуется набирать примеры программ на
компьютере, запускать их на исполнение, вносить изменения для проверки неяс

Введение

ных моментов и собственных предположений. Запомните — невозможно научиться
программированию, не программируя. Если Вы не знакомы с интегрированной
средой программирования Free Pascal, то, возможно, Вам в первую очередь стоит
прочитать пятую главу.

Соглашения, принятые в книге

Для улучшения восприятия материала в данной книге используются пиктограммы и специальное выделение важной информации.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает определение или новое понятие.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает внимание. Здесь выделена важная информация, требующая акцента на ней. Автор здесь может поделиться с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых
ошибок.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает совет. В данном блоке можно указать
более простые или иные способы выполнения определенной задачи. Совет может касаться практического применения только что
изученного или содержать указания на то, как немного повысить
эффективность и значительно упростить выполнение некоторых
задач.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Эта пиктограмма означает пример. В данном блоке автор может привести практический пример для пояснения и разбора основных моментов, отраженных в теоретическом материале.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ
АЛГОРИТМОВ

Наверняка можно утверждать, что каждый знаком с термином «алгоритм». Его
применяют весьма широко не только в области вычислительной техники и программирования. Так же несомненно и то, что у каждого сформировалось своё
(пусть даже большей частью интуитивное) понимание смысла этого термина.

Под алгоритмом всегда (и до возникновения строгой теории) понималась процедура, которая позволяла путём выполнения последовательности элементарных
шагов получать однозначный результат (независящий от того, кто именно выполнял эти шаги) или за конечное число шагов прийти к выводу о том, что решения
не существует.

Конечно, это нестрогое определение понятия алгоритма, и именно попытки
сформулировать такое понятие привели к возникновению теории алгоритмов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Теория алгоритмов — это раздел математики, изучающий общие
свойства алгоритмов. С возникновением и развитием вычислительной техники и смежных наук выяснилось, что в основе этих
наук должна лежать теория алгоритмов.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Существует несколько определений термина «алгоритм». Приведем некоторые
из них.

Точное описание некоторого процесса (необязательно вычислительного), инструкция по его выполнению. . .1

1Демидович Н. Б., Монахов В. М. Программирование и ЭВМ. — М. : Просвещение, 1977. —
240 с.

Глава 1. Основные понятия теории алгоритмов

Понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или на решение поставленной задачи1.

Алгоритм — это последовательность действий со строго определенными правилами выполнения2.

Алгоритм — это набор точных предписаний исполнителю выполнить заданную
последовательность действий, направленных на достижение поставленной цели3.

Несмотря на различие в формулировках рассматриваемого термина, есть и нечто общее — это словосочетание «последовательность действий». Действия выполняются строго друг за другом, т. е. эта последовательность строго определена. Если
необходимо получить какой-то результат выполнения этих действий, их количество
должно быть ограничено, т. е. конечно. Если алгоритм построен таким образом, что
действия повторяются по нескольку раз, то мы говорим, что сам процесс должен
быть, естественно, конечным. Что мы можем сказать о конкретном действии? Каждое действие должно быть элементарным, т. е. простым. Каждое действие должно
быть понятным. Понятным оно должно быть исполнителю. А так как исполнителем алгоритма могут быть и машина, и человек, или кто-то еще, или что-то ещё,
форма записи одного и того же алгоритма может быть различна. И каждое действие должно быть точным или однозначным.

Приведем простой пример составления алгоритма.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример 1.1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Составить алгоритм вычисления выражения Y = (A + B) − ( 1

A).

Прежде всего нужно вспомнить приоритеты арифметических операций. Мы
знаем, что первая операция вычисления в скобках, поэтому

1-й шаг: мы определим, как сложение A и B, результат запишем в переменную Z1, т. е. Z1 = A + B;

2-й шаг: операция деления, результат запишем в переменную Z2, т. е. Z2 =

= 1

A;

3-й шаг: операция вычитания, результат запишем в искомую переменную Y,
которая представляет собой разность сохраненных на предыдущих шагах
операций Z1 и Z2, т. е. Y = Z1 − Z2.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Таким образом, простой алгоритм представлен тремя строчками. Для его выполнения исполнителю достаточно знать операции сложения, вычитания, деления.

1Ершов А. П., Монахов В. М. Основы информатики и вычислительной техники. — М. : Просвещение, 1985. — 96 с.
2Каймин В. А., Щеголев А. Г., Ерохина Е. А., Федюшин Д. П. Основы информатики и вычислительной техники. — М. : Просвещение, 1989. — 272 стр.
3Давыдова Н. А., Боровская Е. В. Программирование: учебное пособие. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 238 с.

Объединяя вышесказанное, определим свойства, которыми должен обладать
алгоритм.

1. Однозначность. Однозначность (она же понятность) — это свойство, которое говорит о том, что каждое действие должно быть понятно исполнителю. Каждое действие выполняется только так и никак иначе.

2. Конечность, т. е. алгоритм должен выполняться за определенное количество шагов. И если у нас некоторые действия алгоритма повторяются несколько раз, то речь идет, конечно же, о конечности процесса.

3. Корректность, т. е. алгоритм должен выдавать правильный результат. Недопустимо допущение ошибок при разработке алгоритма, поскольку это может привести как к неправильному результату, так и невозможности получить результат. Возвращаясь к примеру 1.1, можно увидеть, что ничего не сказано о переменных A и B. Составленный нами алгоритм будет
некорректно работать при определенном наборе данных, а именно при A,
равном B.

4. Наличие входных и выходных данных. Любой алгоритм направлен на достижение какой-то конкретной цели. Так как мы будем решать вычислительные задачи и составлять алгоритмы для написания в дальнейшем программ, то цели наших алгоритмов будут представлять собой набор некоторых данных. Нужно отметить, что сначала необходимо найти и выделить
входные данные и определить цели, т. е. какие должны получиться выходные данные в данной задаче. И только после этого приступать к решению
задачи и составлению алгоритма.

5. Массовость (или общность), т. е. алгоритм предназначен для решения некоторого класса задач.

6. Эффективность, т. е. составление алгоритма таким образом, чтобы поставленная задача была решена с наименьшими ресурсными затратами (например, процессорное время, объем оперативной памяти и т. д.). Оценить
эффективность бывает очень тяжело. Существуют специальные методы,
позволяющие оценить эффективность.

Для записи алгоритмов, например в примере 1.1, используется естественный
язык. Иногда используют полуформальный язык с ограниченным словарем (часто
на основе английского языка), промежуточный между естественным и языком программирования, который называют псевдокодом. Для разработки структуры программы удобнее пользоваться записью алгоритма в виде блок-схемы. Обозначения,
применяемые при составлении блок-схем, приведены на рисунке 1.1.

Стрелки на блок-схемах показывают передачу управления.
Далее рассмотрим несколько примеров на составление алгоритмов.

Глава 1. Основные понятия теории алгоритмов

Рис. 1.1 – Обозначения, используемые в блок-схемах алгоритмов

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример 1.2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Заданы первый и второй элементы возрастающей арифметической прогрессии. Требуется вычислить N-й элемент. Причем N больше либо равно трем.

Прежде чем составлять алгоритм, необходимо проанализировать задание и найти
решение задачи. Анализ задачи будет заключаться в следующем. Сначала определяем, какие данные на входе, то есть какие данные используются для решения
задачи. И какие данные должны получить на выходе. Первое — на что следует обратить внимание — задана арифметическая прогрессия. Поэтому прежде чем говорить о входных и выходных данных, необходимо вспомнить, что это такое.

Арифметическая прогрессия — это некая последовательность чисел. Так как
последовательность возрастающая, следовательно, для нее установлено строгое
правило: то число, которое слева, меньше числа, стоящего справа. Это правило
верно для любой пары чисел. Для арифметической прогрессии существует строгое правило: расстояние между соседними элементами одинаково, то есть разность
между соседними элементами всегда одинакова и обозначается d.

Нам даны первый и второй элементы арифметической прогрессии. Необходимо
вычислить N-ый элемент. Для этого нужно знать, чему он равен.

Итак, входными данными является: a1 — первый элемент арифметической прогрессии, a2 — второй элемент арифметической прогрессии и n — определяет поря