Контрольная работа по "Информатике". 312

Оглавление

1. Формы записи алгоритма, свойства алгоритма, основные элементы блок-схемы алгоритма, основные типы алгоритмических конструкций, организацию линейной структуры алгоритма, основные операторы ветвления на языке высокого уровня (Basic), основные операторы циклов (Презентация) 3

2. Графические редакторы, способы представления и хранения графической информации, форматы графических файлов. 9

Практическое  задание 1 17

Практическое  задание 2 20

Список  использованной литературы: 23

1. Формы записи алгоритма, свойства алгоритма, основные элементы блок-схемы алгоритма, основные типы алгоритмических конструкций, организацию линейной структуры алгоритма, основные операторы ветвления на языке высокого уровня (Basic), основные операторы циклов (Презентация)

Само слово «алгоритм» происходит от algorithmi - латинской формы написания имени великого математика IX века аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических действий.

Алгоритм:

• Последовательность действий (операций) и правил их выполнения или команд, предназначенных для решения определенной задачи или группы задач;
• Предписание, определяющее ход вычислительного процесса, связанного с преобразованием данных от некоторого их исходного состояния к требуемому результату.

Формальные описания алгоритмов аналогичны представлениям основных частей программ, которые их реализуют, поэтому  многое, что относят к описанию конкретных программ, применимо к  алгоритму и наоборот.

Свойства алгоритма.

• Дискретность (любой алгоритм можно разбить на отдельные простые команды – шаги)
• Понятность (алгоритм должен быть понятен исполнителю)
• Однозначность (команда алгоритма должна истолковываться однозначно)
• Массовость (алгоритм можно применить для решения множества однотипных задач)
• Результативность (алгоритм должен быть конечным и иметь результат)

Формы записи алгоритма

К основным способам описания алгоритмов можно отнести следующие:

• словесный (на естественном языке); недостаток – отсутствие строгой формализации и наглядности представления вычислительного процесса.
• формульно-словесный – основан на задании инструкций о выполнении конкретных действий с использованием математических символов и выражений в сочетании со словесными пояснениями;
• табличный – предполагает представление алгоритма в виде таблицы решений и обычно носит вспомогательный характер;
• графический – использует элементы блок-схем.

Основные элементы блок схемы

Блок-схемой называется графическое изображение структуры алгоритма, в котором каждый этап процесса переработки данных представляется в виде геометрических фигур (блоков), имеющих определенную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых при этом операций.

При блок-схемном описании алгоритм изображается геометрическими фигурами (блоками), связанными по управлению линиями (направлениями потока) со стрелками. В блоках записывается последовательность действий.

 Основные типы алгоритмических  конструкций

Вычислительные процессы, используемые для решения различного рода задач на ЭВМ, в общем виде могут быть разделены на три большие  группы:

• линейные,
• разветвляющиеся,
• циклические.

Линейный алгоритм.

Существует большое количество алгоритмов, в которых команды  должны быть выполнены последовательно  одна за другой. Такие последовательности команд будем называть сериями, а  алгоритмы, состоящие из таких серий, - линейными.

Алгоритм, в котором команды  выполняются последовательно одна за другой, называется линейным алгоритмом.

Для того чтобы сделать  алгоритм более наглядным, часто  используют блок-схемы. Если исполнителем алгоритма является человек, то по блок-схеме  легко проследить выполнение алгоритма. Каждый следующий шаг исполнения алгоритма указывают стрелки.

На рис. 1 изображена блок-схема линейного  алгоритма.

Алгоритмическая структура "ветвление".

В отличие от линейных алгоритмов в алгоритмическую структуру ветвление входит условие. В зависимости от выполнения или невыполнения условия реализуется одна или другая последовательность команд (серий).

В алгоритмической структуре "ветвление" в зависимости от истинности или ложности условия  выполняется одна или другая серия  команд.

Выделяют полную и неполную форму  ветвления. Неполная форма имеет  место, если по ветви "нет" не предусматривается  реализация серии. Алгоритмическую  структуру ветвление" можно представить с помощью блок-схемы, изображенной на рис.2.

Алгоритмическая структура "цикл".

В алгоритмическую структуру цикл входит серия команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.

Циклические алгоритмические  структуры бывают двух типов:

• цикл со счетчиком, в котором тело цикла выполняется определенное количество раз;
• цикл по условию, в котором тело цикла выполняется, пока истинно условие.

Цикл со счетчиком.

Алгоритмическая структура цикл со счетчиком используется, если известно заранее, какое число повторений тела цикла необходимо выполнить. Цикл со счетчиком может быть зафиксирован с помощью блок-схемы, представленной на рис. 3

Цикл с условием используется, когда заранее неизвестно, какое количество раз должно повториться тело цикла. В таких случаях количество повторений зависит от некоторого условия.

Цикл называется циклом с предусловием, если условие выхода из цикла стоит в начале, перед  телом цикла. Цикл с предусловием может ни разу не выполниться, если условие окажется ложным.

Цикл называется циклом с постусловием, если условие выхода из цикла стоит в конце, после  тела цикла. Цикл с постусловием выполняется обязательно, как минимум, один раз, независимо от того, истинно условие или нет.

Алгоритмическая структура цикл может  быть зафиксирован с помощью блок-схем, представленных на рис. 3

Описание различных алгоритмических  структур на языке блок-схем

2. Графические редакторы, способы представления и хранения графической информации, форматы графических файлов.

Представление данных на мониторе компьютера в графическом  виде впервые было реализовано в  середине 50-х годов для больших  ЭВМ, применявшихся в научных  и военных исследованиях. С тех  пор графический способ отображения  данных стал неотъемлемой частью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности  персональных.

Компьютерная  графика - это специальная область  информатики, изучающая методы и  средства создания и обработки изображений  с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления  изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, киноплёнка, ткань и прочее).

Графический редактор — это программа, предназначенная для автоматизации  процессов построения на экране дисплея  графических изображений. Предоставляет  возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и т.д.

Большинство редакторов позволяют  обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров, а также  выводить картинки в таком виде, чтобы они могли быть включены в документ, подготовленный с помощью  текстового редактора.

Некоторые редакторы позволяют  получать изображения трёхмерных объектов, их сечений, разворотов, каркасных моделей  и т.п.

Графические редакторы можно разделить на две категории: растровые и векторные.

Растровые графические редакторы. Растровые  графические редакторы являются наилучшим средством обработки  фотографий и рисунков, поскольку  растровые изображения обеспечивают высокую точность передачи градаций цветов и полутонов. Среди растровых  графических редакторов есть простые, например стандартное приложение Paint, и мощные профессиональные графические  системы, например Adobe Photoshop и CorelPhoto-Paint.

Растровое изображение хранится с помощью  точек различного цвета (пикселей), которые образуют строки и столбцы. Любой пиксель имеет фиксированное  положение и цвет. Хранение каждого  пикселя требует некоторого количества бит информации, которое зависит  от количества цветов в изображении.

Качество  растрового изображения определяется размером изображения (числом пикселей по горизонтали и вертикали) и  количества цветов, которые могут  принимать пиксели.

Растровые изображения очень чувствительны  к масштабированию (увеличению или  уменьшению). Когда растровое изображение  уменьшается, несколько соседних точек  превращаются в одну, поэтому теряется разборчивость мелких деталей изображения. При укрупнении изображения увеличивается  размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который виден  невооруженным глазом. Векторные  графические редакторы. Векторные  графические изображения являются оптимальным средством для хранения высокоточных графических объектов (чертежи, схемы и т. д.), для которых  имеет значение наличие четких и  ясных контуров. С векторной графикой вы сталкиваетесь, когда работаете  с системами компьютерного черчения и автоматизированного проектирования, с программами обработки трехмерной графики.

К векторным  графическим редакторам относятся  графический редактор, встроенный в  текстовый редактор Word. Среди профессиональных векторных графических систем наиболее распространены CorelDRAW и Adobe Illustrator.

 Векторные  изображения формируются из объектов (точка, линия, окружность и  т. д.), которые хранятся в памяти  компьютера в виде графических  примитивов и описывающих их  математических формул.

Например, графический примитив точка задается своими координатами (X, У), линия —  координатами начала (XI, У1) и конца (Х2, У2), окружность — координатами центра (X, У) и радиусом (Я), прямоугольник  — величиной сторон и координатами левого верхнего угла (XI, У1) и правого  нижнего угла (Х2, У2) и т. д. Для  каждого примитива назначается  также цвет.

Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем. Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

Панели  инструментов графических редакторов. Графические редакторы имеют  набор инструментов для создания или рисования простейших графических  объектов: прямой линии, кривой, прямоугольника, эллипса, многоугольника и т. д. После  выбора объекта на панели инструментов его можно нарисовать в любом  месте окна редактора. Выделяющие инструменты. В графических редакторах над  элементами изображения возможны различные  операции: копирование, перемещение, удаление, поворот, изменение размеров и т. д. Чтобы выполнить какую-либо операцию над объектом, его сначала необходимо выделить.

Для выделения объектов в растровом  графическом редакторе обычно имеются  два инструмента: выделение прямоугольной  области и выделение произвольной области. Процедура выделения аналогична процедуре рисования.

Выделение объектов в векторном редакторе  осуществляется с помощью инструмента  выделение объекта (на панели инструментов изображается стрелкой). Для выделения  объекта достаточно выбрать инструмент выделения и щелкнуть по любому объекту  на рисунке.

Инструменты редактирования рисунка позволяют  вносить в рисунок изменения: стирать его части, изменять цвета  и т. д. Для стирания изображения  в растровых графических редакторах используется инструмент Ластик, который  убирает фрагменты изображения (пиксели), при этом размер Ластика можно  менять.   

В векторных  редакторах редактирование изображения  возможно только путем удаления объектов, входящих в изображение, целиком. Для  этого сначала необходимо выделить объект, а затем выполнить операцию Вырезать.

Операцию  изменения цвета можно осуществить  с помощью меню Палитра, содержащего  набор цветов, используемых при создании или рисовании объектов.

Текстовые инструменты позволяют добавлять  в рисунок текст и форматировать  его.

В растровых  редакторах инструментом Надпись (буква  А на панели инструментов) создаются  текстовые области на рисунках. Установив  курсор в любом месте текстовой  области, можно ввести текст. Форматирование текста производится с помощью панели Атрибуты текста. В векторных редакторах тоже можно создавать текстовые  области для ввода и форматирования текста. Кроме того, надписи к  рисункам вводятся посредством, так  называемых выносок различных форм.   

Масштабирующие  инструменты в растровых графических  редакторах дают возможность увеличивать  или уменьшать масштаб представления  объекта на экране, не влияя при  этом на его реальные размеры. Обычно такой инструмент называется Лупа.

Графический формат — это способ записи графической  информации. Графические форматы  файлов предназначены для хранения изображений, таких как фотографии и рисунки.

Рассмотрим  расширения растрового графического формата:

1) Формат  файла BMP (сокращенно от BitMaP) - это  "родной" формат растровой графики  для Windows, поскольку он наиболее  близко соответствует внутреннему  формату Windows, в котором эта система хранит свои растровые массивы. Для имени файла, представленного в BMP-формате, чаще всего используется расширение BMP, хотя некоторые файлы имеют расширение RLE, означающее run length encoding (кодирование длины серий). Расширение RLE имени файла обычно указывает на то, что произведено сжатие растровой информации файла одним из двух способов сжатия RLE, которые допустимы для файлов BMP-формата.

В файлах BMP информация о цвете каждого  пиксела кодируется 1, 4, 8, 16 или 24 бит (бит/пиксел). Числом бит/пиксел, называемым также глубиной представления цвета, определяется максимальное число цветов в изображении. Изображение при  глубине 1 бит/пиксел может иметь  всего два цвета, а при глубине 24 бит/пиксел - более 16 млн. различных  цветов.

2) PCX стал первым стандартным форматом  графических файлов для хранения  файлов растровой графики в  компьютерах IBM PC. На этот формат, применявшийся в программе Paintbrush фирмы ZSoft, в начале 80-х гг. фирмой Microsoft была приобретена лицензия, и затем он распространялся  вместе с изделиями Microsoft. В  дальнейшем формат был преобразован  в Windows Paintbrush и начал распространяться  с Windows. Хотя область применения  этого популярного формата сокращается,  файлы формата PCX, которые легко  узнать по расширению PCX, все еще  широко распространены сегодня.

Файлы PCX разделены на следующие три  части: заголовок PCX, данные растрового массива и факультативная таблица  цветов. 128-байт заголовок PCX содержит несколько  полей, в том числе поля размера  изображения и числа бит для  кодирования информации о цвете  каждого пикселя. Информация растрового массива сжимается с использованием простого метода сжатия RLE; факультативная таблица цветов в конце файла  содержит 256 значений цветов RGB, определяющих цвета изображения. Формат PCX первоначально  был разработан для адаптеров CGA- и EGA-дисплеев и в дальнейшем был  модифицирован для использования  в адаптерах VGA и адаптерах истинных цветов. Кодирование цвета каждого  пикселя в современных изображениях PCX может производиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.

3) Если PCX - один из самых простых для  декодирования форматов растровой  графики, то TIFF (Tagged Image File Format, формат  файлов изображения, снабженных  тегами) - один из самых сложных.  Файлы TIFF имеют расширение TIFF. Каждый  файл начинается 8-байт заголовком  файла изображения (IFH), важнейший  элемент которого - каталог файла  изображения (Image File Directory, IFD) - служит  указателем к структуре данных. IFD представляет собой таблицу  для идентификации одной или  нескольких порций данных переменной длины, называемых тегами; теги хранят информацию об изображении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег одного типа хранит информацию о ширине изображения в пикселах, другого - информацию о его высоте. В теге третьего типа хранится таблица цветов (при необходимости), а тег четвертого типа содержит сами данные растрового массива. Изображение, закодированное в файле TIFF, полностью определяется его тегами, и этот формат файла легко расширяется, поскольку для придания файлу дополнительных свойств достаточно лишь определить дополнительные типы тегов.

Так что же делает TIFF столь сложным? С  одной стороны, составление программ, различающих все типы тегов, - это  непростое дело. В большинстве  программ для чтения файлов TIFF реализуется  только подмножество тегов, именно поэтому  созданный одной программой файл TIFF иногда не может быть прочитан другой. Кроме того, программы, создающие  файлы TIFF, могут определять собственные  типы тегов, имеющие смысл только для них. Программы чтения файлов TIFF могут пропускать непонятные для  них теги, но всегда существует опасность, что это повлияет на внешний вид  изображения.

Еще одна сложность заключается в  том, что файл TIFF может содержать  несколько изображений, каждому  из которых сопутствуют собственный IFD и набор тегов. Данные растрового массива в файле TIFF могут сжиматься  с использованием любого из нескольких методов, поэтому в надежной программе  для чтения файлов TIFF должны быть средства распаковки RLE, LZW (LempelZivWelch) и несколько  других. Ситуацию еще больше ухудшает то обстоятельство, что пользование  программами распаковки LZW должно осуществляться в соответствии с лицензионным соглашением  с фирмой Unisys Corp. на право пользования  алгоритмом LZW и часто за плату. В  результате даже самые лучшие программы  считывания TIFF нередко "сдаются", когда сталкиваются со сжатым по методу LZW изображением.

Несмотря  на свою сложность, файловый формат TIFF остается одним из лучших для передачи растровых массивов с одной платформы  на другую благодаря своей универсальности, позволяющей кодировать в двоичном виде практически любое изображение  без потери его визуальных или  каких-либо иных атрибутов.

4) Большинство  ведущих специалистов-графиков, имеющих  дело с алгоритмом LZW, сталкиваются  с аналогичными юридическими  проблемами при использовании  популярного межплатформенного  формата файлов растровой графики  GIF (Graphics Interchange Format - формат обмена  графическими данными, произносится "джиф"), разработанного компанией CompuServe. Обычно для имени файлов GIF используется расширение GIF, и тысячи таких файлов можно получить в CompuServe.

Структура файла GIF зависит от версии GIF-спецификации, которой соответствует файл. В  настоящее время используются две  версии, GIF87a и GIF89a. Первая из них проще. Независимо от номера версии, файл GIF начинается с 13-байт заголовка, содержащего сигнатуру, которая идентифицирует этот файл в  качестве GIF-файла, номер версии GIF и  другую информацию. Если файл хранит всего  одно изображение, вслед за заголовком обычно располагается общая таблица  цветов, определяющая цвета изображения. Если в файле хранится несколько  изображений (формат GIF, аналогично TIFF, позволяет в одном файле кодировать два и больше изображений), то вместо общей таблицы цветов каждое изображение  сопровождается локальной таблицей цветов.

5) Формат PNG (Portable Network Graphic - переносимый сетевой  формат, произносится "пинг") был  разработан для замены GIF, чтобы  обойти юридические препятствия,  стоящие на пути использования  GIF-файлов. PNG унаследовал многие  возможности GIF и, кроме того, он  позволяет хранить изображения  с истинными цветами. Еще более  важно, что он сжимает информацию  растрового массива в соответствии  с вариантом пользующегося высокой  репутацией алгоритма сжатия LZ77 (предшественника LZW), которым любой  может пользоваться бесплатно. 

6) Формат  файла JPEG (Joint Photographic Experts Group - Объединенная  экспертная группа по фотографии, произносится "джейпег) был разработан  компанией C-Cube Microsystems как эффективный  метод хранения изображений с  большой глубиной цвета, например, получаемых при сканировании  фотографий с многочисленными  едва уловимыми (а иногда и  неуловимыми) оттенками цвета.  Самое большое отличие формата  JPEG от других рассмотренных здесь  форматов состоит в том, что  в JPEG используется алгоритм сжатия  с потерями (а не алгоритм без  потерь) информации. Алгоритм сжатия  без потерь так сохраняет информацию  об изображении, что распакованное  изображение в точности соответствует  оригиналу. При сжатии с потерями  приносится в жертву часть  информации об изображении, чтобы  достичь большего коэффициента  сжатия. Распакованное изображение  JPEG редко соответствует оригиналу  абсолютно точно, но очень часто  эти различия столь незначительны,  что их едва можно (если вообще  можно) обнаружить.

Рассмотрим  самые распространенные расширения графических файлов векторного формата.

1) Encapsulated PostScript (EPS) — расширение формата  PostScript, данные в котором записываются  в соответствии со стандартом DSС (английский, Document Structuring Conventions), но при этом c рядом расширений, позволяющих использовать этот  формат как графический.

Формат EPS был создан компанией Adobe на основе языка PostScript и послужил базой для  создания ранних версий формата Adobe Illustrator.

В своей минимальной  конфигурации EPS-файл имеет так называемый BoundingBox DSC comment — информацию, описывающую  размер изображения. Таким образом, даже если приложение не может растеризовать  данные, содержащиеся в файле, оно  имеет доступ к размерам изображения  и его preview.

Программа QuarkXPress версий 4, 5 и 6 не может растеризовать данные из EPS-файла, поэтому использует в  верстке только preview — уменьшенную  копию всего изображения, которая  хранится в EPS-файле отдельно от основных данных. Программа Adobe InDesign версий CS-CS4 такого ограничения не имеет. Использование  уменьшенной по качеству копии изображения  предназначено для упрощения  вывода изображения на экран и, как  следствие, значительного ускорения  работы с вёрсткой. Preview может быть записано в формате TIFF или WMF (только для РС) или вовсе опущено.