Навчальна програма з інформатики

виправити

Зміст

Введення

Глава 1. Дослідницька частина

1.1 Доцільність вибору мови програмування

1.2. Основні структури мови програмування C #

1.3. Кодування за методом парності / непарності

1.4. Кодування за методом Хеммінга

1.5. Машина Поста

Глава 2. Інструкція програміста

Глава 3. Інструкція користувача

3.1 Використання програми StudyProgram для засвоєння навчального матеріалу з кодування інформації методом парності і методом Хеммінга

3.2 Використання навчальної програми StudyProgram для оволодіння навичками складання програм для машини Посту

Висновок

Список літератури

Додаток

Введення

У курсовій роботі була поставлена задача створення навчальної програми з інформатики, за допомогою якої студенти зможуть перевірити свої знання в таких розділах даної дисципліни як кодування за методом Хеммінга, кодування за методом парності-непарності, програмування машини Посту.

Мета роботи: поліпшити і розширити навички роботи на мові програмування C #.

Основні функції навчальної програми: вивчення даних методів кодування двійкових чисел та програмування машини Посту. Курсовий проект складається з навчальної програми з розбивкою по розділах.

Для створення курсового проекту використовувався C # - нова мова програмування компанії Microsoft, що входить в Visual Studio. Net (v .7).

Глава 1. Дослідницька частина

1.1 Доцільність вибору мови програмування

У курсовому проекті була поставлена задача, реалізація якої може бути зроблена за допомогою різних мов програмування. Але ми вибрали мову С #, що входить в Visual Studio. Net (v .7), так як він має ряд переваг, які спрощують процес створення додатків. Важливу роль у виборі мови відіграло те, що C # - найкращий. NET-мова, так як він був спеціально спроектований для. NET Framework.

C # створювався Microsoft, як основна мова для. NET Framework. Microsoft спроектувала C # таким чином, що б С, С + + і Java-програмісти змогли легко перейти на нього. C # має коріння в мовах С, С + + і Java, тому такий перехід не повинен викликати труднощів.

Синтаксис у C # не такий складний як у С + +, тому його вивчення набагато легше. Більшість операцій, які ви можете робити на С + +, можна зробити і на C #, за винятком операцій доступу до низькорівневих функцій (це все-таки можна зробити за допомогою некерованого коду).

С # - перша мова, підтримуваний версіями. NET Framework для інших платформ.

Мова, яку використовує бібліотеку класів. NET Framework (FCL) і управляється загальномовних середовищем виконання (CLR) є. NET-сумісним мовою (мова, яку підтримує платформа. NET). Серед таких мов: Microsoft Visual Basic. NET (VB. NET), Microsoft Visual C + +. NET, а також COBOL, Eiffel, Jscript, RPG і інші. Як ми говорили раніше, C # був спроектований спеціально для. NET Framework і містить деяку функціональність, яку ви не знайдете в інших мовах.

Програміст, звиклий до платформи Microsoft, може уявити собі C # як проміжний варіант між C + + і Visual Basic, якщо розглядати складність мовних конструкцій і можливості мови.

C # має C стиль синтаксису (для керуючих конструкцій, блоків коду, опису сигнатури методів та ін), багато спільного з Java (відсутність множинного успадкування та шаблонів, наявність збирача сміття) і Дельфі (орієнтованість на створення компонент), в той же час має і свій колорит.

При створенні мови в основу дизайну лягла легкість використання, домінуюча над потужністю мови та швидкістю виконання. [7] Звідси і збирач сміття з керованими об'єктними посиланнями, який автоматично звільняє за Вас пам'ять, відбираючи при цьому процесорний час. Ви також отримуєте безпеку роботи з типами, а це, на думку багатьох, є другим важливим фактором уникнення помилок.
C # об'єктно-орієнтована мова, як і вся платформа. NET [7].

При створенні мови розглядалася не тільки простота написання додатків, але і їх підтримки - у зв'язку, з чим у мову включили підтримку XML коментарів і контролю версій. Справжній подарунок для програмістів.

У C # представлена концепція просторів імен, аналогічна пакетів в Java. Це дозволяє ієрархічно структурувати Вашу систему типів, роблячи код набагато більш зрозумілим і дозволяючи уникнути проблем з ім'ям. Ви можете розглядати простору імен як директорії, а мовні типи як файли в цих директоріях.

Реалізація структур як типів, робота з якими йде за значенням, разом з можливістю використовувати не тільки вкладені масиви (як в Java), але і багатовимірні дозволяє оптимізувати продуктивність додатків.

Через дуже зручного об'єктно-орієнтованого дизайну, C # є гарним вибором для швидкого конструювання різних компонентів - від високорівневої бізнес логіки до системних додатків, що використовують низькорівневий код [6]. Також слід зазначити, що C # є і Web орієнтованим - використовуючи прості вбудовані конструкції мови ваші компоненти можуть бути легко перетворені в Web сервіси, до яких можна буде звертатися з Internet за допомогою будь-якої мови на будь-якій операційній системі. Додаткові можливості та переваги перед іншими мовами приносить в C # використання передових Web технологій, таких як: XML (Extensible Markup Language) і SOAP (Simple Object Access Protocol). Середовище розробки Web сервісів дозволяє програмісту дивитися на існуючі сьогодні Web додатки, як на рідні C # об'єкти, що дає можливість розробникам співвіднести наявні Web сервіси з їх знаннями в об'єктно-орієнтованому програмуванні [6].

Як було показано вище, обрана мова програмування найбільш зручний для виконання поставленого завдання.

1.2. Основні структури мови програмування C #

Класи

Класи - серце кожного об'єктно-орієнтованої мови. Як ви пам'ятаєте, клас є інкапсуляцією даних і методів їх обробки. Це справедливо для будь-якого об'єктно-орієнтованої мови і відрізняються вони в цьому плані лише типами тих даних, які можна зберігати у вигляді членів, а також можливостями класів. У тому, що стосується класів та багатьох функцій мови, С # дещо запозичує з C + + і Java, і привносить трохи винахідливості, що допомагає знайти елегантні вирішення старих проблем.

Синтаксис визначення класів на С #, простий, особливо якщо ви програмуєте на C + + або Java. Помістивши перед ім'ям вашого класу ключове слово class, ви вставляєте члени класу, укладені у фігурні дужки, наприклад:

class Employee

{

private long employeeld;

}

Як бачите, цей найпростіший клас з ім'ям Employee містить єдиний член - employeeld. Зауважте: імені члена передує ключове слово private - це модифікатор доступу (access modifier).

Члени класу

Типи, визначені в CIS (Common Type System) підтримуються як члени класів С # і бувають наступних видів.

Поле. Так називається член-змінна, що містить деяке значення. У ООП поля іноді називають даними об'єкту. До полю можна застосовувати кілька модифікаторів в залежності від того, як ви збираєтеся це поле використовувати. У число модифікаторів входять static, readonly і const.
Метод. Це реальний код, що впливає на дані об'єкта (або поля).
Властивості. Їх іноді називають "розумними" полями (smart fields), так як вони насправді є методами, які клієнти класу сприймають як поля. Це забезпечує клієнтам велику ступінь абстрагування за рахунок того, що їм не потрібно знати, звертаються вони до поля безпосередньо або через виклик методу-аксессора.
Константи. Як можна припустити, виходячи з імені, константа - це поле, значення якого змінити не можна.
Індексатори. Якщо властивості - це "розумні" поля, то індексатори - це "розумні" масиви, так як вони дозволяють індексувати об'єкти методами-аксессорамі get і set. За допомогою індексатора легко проіндексувати об'єкт для установки або отримання значень.
Події. Подія викликає виконання деякого фрагмента коду. Події - невід'ємна частина програмування для Microsoft Windows. Наприклад, події виникають при русі миші, клацнути або зміну розмірів вікна. Події З # використовують ту ж стандартну модель публікації / підписки (publish / subscribe), що і в MSMQ (Microsoft Message Queuing) і асинхронної моделі подій СОМ +, яка дає додатком кошти асинхронної обробки подій. Але в С # це базова концепція, вбудована в мову.
Оператори. Використовуючи перевантаження операторів С #, можна додавати до класу стандартні математичні оператори, які дозволяють писати більш інтуїтивно зрозумілий код.

Масиви

Масиви в C # дуже прості і схожі на масиви в C + +. У C # є три основних типи масивів: одномірні, багатомірні і нерівні (jagged):
З одновимірними масивами все як завжди:

Ініціалізація.

Ініціалізуть вони також як в C + +:

int [] array = new int [10];

int [] array = {1, 2, 3, 4, 5};

Доступ

Доступ до елементів проводиться за допомогою оператора []:

int element = array [0];

Елементи нумеруються індексами від 0 до N - 1, де N - розмір масиву.
Багатовимірні масиви являють собою багатовимірні куби значень. Елементи таких масивів ідентифікуються набором індексів - "координат" у багатовимірному просторі. Кожен вимір має свою розмірність, не залежну від інших. Відзначимо, що багатовимірні масиви є важливою відмінністю від інших подібних мов (Java), бо в порівнянні з нерівними масивами, забезпечують значно більшу продуктивність.

Ініціалізація

При ініціалізації розмірності вимірювань вказуються через кому:

int [,] array = new int [10, 20];

int [,] array = {{1, 2}, {3, 4}};

Доступ

Доступ до елементів проводиться за допомогою оператора [], в якому індекси також вказуються через кому:

int element = array [0, 2];

Елементи нумеруються наборами індексів, кожний з яких може приймати значення від 0 до N - 1, де N - розмір відповідного розмірності масиву.

Керуючі конструкції

Керуючі конструкції - це той засіб, який дозволяє вам створювати алгоритми. Стандартними керуючими конструкціями є if, for, while goto. До того ж в C # є багато додаткових конструкцій: switch, do і foreach.

if .. else

Блок if .. else, як випливає з назви, дозволяє виконувати код при виконанні певної умови.

if (a> b)

{

Console.WriteLine ("a> b");

}

else

{

Console.WriteLine ("a <= b");

}

Логічний вираз в дужках повинно мати тип bool (на відміну від C / C + +, де вираз був цілим). Якщо воно істинне, виконається перший блок команд, якщо помилково - другий. При цьому якщо якийсь блок команд складається лише з однієї команди, що обрамляють фігурні дужки можна опустити [8]:

if (serverObject! = null)

serverObject.Initialize ();

Покажемо кілька прикладів:

/ / Йде перевірка, щоб уникнути поділу на 0

if (x! = 0)

{

d / = x;

}

else

return;

/ / Перевіряємо, повернула процедура значення і, якщо немає, повертаємо null

if (command.Parameters ["RETURN_VALUE"]. Value! = Convert.DBNull)

return command.Parameters ["RETURN_VALUE"]. Value;

else

return null;

Цикл for

Цикл for представляє цикл з ініціалізація командою, умовою закінчення і командою переходу.

ArrayList items = new ArrayList (); / / Ініціалізіруем список деяким чином

CreateArray (items); / / Виводимо всі його елементи по черзі

for (int i = 0; i <items.Count; i + +)

{

Console.WriteLine ("i [{0}] = {1}", i, items [i]);

}

Логіка виконання циклу наступна: спочатку виконується инициализирующая команда, далі йде крок циклу: перевіряється умова закінчення, якщо воно помилкове, то цикл припиняється і управління переходить на наступну за циклом команду, інакше виконується тіло циклу, а після нього - команда переходу.

У найпростішому випадку цикл for оформлений наступним чином:

/ / Складаємо всі елементи масиву

for (int i = 0; i <10; i + +)

sum + = array [i];

Така форма циклу використовується, якщо вам потрібно проітеріроваться з цілим параметром із зазначенням номера ітерації або якщо просто потрібно виконати дію певна кількість (у нашому прикладі 10) разів.

while

Цикл while є циклом з передумовою: спочатку перевіряється певну умову переходу, а потім виконується ітерація циклу. Синтаксис циклу while в загальному випадку наступний:

/ / Задаємо число

int num = 678;

/ / Число розрядів - 0

int len = 0;

/ / Вважаємо скільки розрядів у числі

while (num> 0)

{

len + +;

num / = 10;

}

Console.WriteLine (len);

Семантика дуже проста: перевіряємо умову переходу. Якщо воно істинне, то переходимо до тіла циклу і потім знову до перевірки умови, інакше - припиняємо виконання циклу.

switch

Оператор switch є розширеним оператором розгалуження, який дозволяє в залежності від значення виразу перейти до виконання певного коду. По суті, він еквівалентний набору блоків if, але набагато більш оптимальний.

Найбільш поширеним синтаксисом switch є наступний:

int a = 1;

switch (a)

{

case 0:

/ / Оператори, що виконуються якщо a = 0

Console.WriteLine ("A = 0");

break;

case 1:

/ / Оператори, що виконуються якщо a = 1

Console.WriteLine ("A = 1");

break;

default:

/ / Оператори, що виконуються, якщо жоден з явних випадків не підійшов

Console.WriteLine ("A <> 0 і A <> 1");

break;

}

Блок case x виконується, якщо вираз, вказане в дужках після switch одно x. Блок default - якщо жодна з case-виразів не виповнилося. Зручно switch використовувати для обробки виразів перелічуваних типів.

Для переходів між блоками можна використовувати команди goto case і goto default.

Оператор do реалізує цикл з постусловіем. Суть цього циклу аналогічна while, але умова виходу перевіряється не до ітерації, а після. Це іноді буває зручним.

string s = "A, B, C, D";

{

s = s.Substring (s.IndexOf (",") + 1);

} While (s.Length> 0);

Зазвичай його використовують, коли перевірку потрібно виконати після того, як пройшла хоча б одна ітерація.

Поля і методи

Оголошення полів аналогічна декларації змінних і має вигляд:

<Модіфікатор_доступності> <тип> <ідент_поля>;

Існує кілька різних модифікаторів доступу. Ми будемо використовувати тільки один - public. В якості типу може використовуватися будь-який із стандартних або користувачів. Ідентифікатор прийнято починати з літери f із зазначенням, яке властивість реального об'єкта відображає це поле, наприклад, fSpeed.

Якщо ім'я поля складається з декількох слів, то використовується верблюжа нотація fMaxFloor. Наприклад, оголошення полів класів може мати вигляд:

public int fLevel;

public int fPassenger;

public float fSpeed;

При оголошенні методів використовується конструкція виду:

<Модіф_дост> <тіп_возвр_знач> <ідент_метода> (<формальн_парам> _opt)

{

<Тело_метода>

}

Метод в процесі своєї роботи може не тільки змінювати поля об'єкту, але й обчислювати деякі додаткові значення. Тип повертається методом значення і вказується замість <тіп_возвр_знач>.

Якщо повертати значення не потрібно, то як типу значення вказується void.

Параметри методів бувають формальні і реальні. Формальні параметри використовуються при оголошенні методу в круглих дужках, що йдуть за ідентифікатором методу. Реальні параметри передаються в метод при зверненні до нього в круглих дужках. У разі якщо у методу є параметри, його оголошення буде мати вигляд:

<Модіф_дост> <тіп_возвр_знач> <ідент_перем> (<спісок_форм_пар>)

{

<Тело_цікла>

}

<Список_формальных_параметров >::=< тип> <ідент>, <тип> <ідент> _opt ..

Наприклад, public void Move (byte level)

Як реальний параметра в метод може передаватися константа, змінна, результат виконання операції, значення повертається функції й т.д. Єдине обмеження - тип реального параметра повинен збігатися з типом формального параметра [9].

У разі використання простих типів для оголошення формальних параметрів значення передаються в метод, і навіть якщо їх у методі змінювати, реальний параметр не зміниться.

У випадку, коли методом потрібно повернути більше 1 значення, для 2, 3 і т.д. значення, що повертається перед типом формального параметра, що використовується для повернення значення, ставиться ключове слово ref. У разі виклику такого методу перед реальним параметром також вказується ключове слово ref, і реальний параметр в цьому випадку може бути тільки змінної.

1.3. Кодування за методом парності / непарності

Для контролю правильності передачі інформації, а також як засіб шифрування інформації використовуються різні коди. Коди, що використовують для передачі інформації два різних елементарних сигналу, називаються двійковими. Ці сигнали зручно позначати символами 0 і 1. Тоді кодове слово буде складатися з послідовності нулів та одиниць.

При виконанні арифметичних операцій в цифровому автоматі правильний результат буде отриманий тільки у випадку, якщо машина працює без порушень. При виникненні будь-якої помилки в двійковому коді результат операції буде невірним, проте користувач про це не дізнається, якщо не будуть передбачені заходи, що сигналізують про появу помилки. Тобто повинна бути розроблена певна система контролю роботи цифрового автомата. Для цієї мети і служать різні методи кодування двійкової інформації.

Систематичний код - це код, який містить в собі інформаційні та контрольні розряди. До контрольних розряди записується деяка інформація про вихідний числі, тому систематичний код має надмірністю.

При цьому абсолютна надмірність буде виражатися кількістю контрольних розрядів - k, а відносна надмірність - , Де m - кількість інформаційних розрядів.

Поняття корегуючої здатності коду пов'язують з можливістю виявлення та виправлення помилки. Кількісно коригуюча здатність коду визначається імовірністю виявлення або виправлення помилки [4].

Однією з найпростіших форм перевірки помилок є контроль на парність. У чому ж полягає сенс кодування за методом парності / непарності? Його суть полягає в тому, що кожної кодової комбінації додається один розряд, в який записується одиниця, якщо число одиниць у кодовій комбінації непарне, або нуль, якщо парне. При декодуванні підраховується кількість одиниць в кодової комбінації. Якщо воно виявляється парних, то надійшла інформація вважається правильною, якщо немає, то помилковою.

Крім перевірки по горизонталі контроль на парність і непарність може проводитися і по вертикалі.

Переваги контролю на парність полягає в мінімальному значенні коефіцієнта надмірності (для пятіелементного коду К = 0,17) і в простоті його технічної реалізації, а недолік - в тому, що виявляються помилки, що мають тільки непарну кратність.

Однак така методика перевірки не може виявити помилки у разі подвійного перекидання (наприклад, дві одиниці перекинулись в нуль), що може привести до високого рівня помилок у деяких передачах. Багаторівнева модуляція (коли перевірка сигналу здійснюється за двома або трьома бітам) потребує більш складної техніки.

Перевірка на парність / непарність по одному біту також є неприйнятною і для багатьох аналогових ліній мовного діапазону через групування помилок, який зазвичай відбувається в лініях зв'язку такого типу.

Подвійна перевірка на парність / непарність є удосконаленням одинарної перевірки. У цій методиці замість біта парності в кожному символі визначається парність або непарність цілого блоку символів. Перевірка блоку дозволяє виявляти помилки як усередині символу, так і між символами. Ця перевірка називається також двовимірним кодом перевірки на парність. Вона має значну перевагу в порівнянні з одинарною. За допомогою такої перехресної перевірки може бути істотно поліпшена надійність роботи звичайної телефонної лінії, ймовірність появи помилки в якій становить 10. Однак, як ординарна, так і подвійна перевірка на парність означають збільшення накладних витрат і відносне зменшення виходу інформації для користувача.

Розглянемо докладно спосіб знаходження однієї помилки. Якщо в математичному коді виділений один контрольний розряд, то до кожного бінарного числа додається один надлишковий розряд. До цього розряду записується 1 або 0 з такою умовою, щоб сума цифр за модулем 2 була дорівнює 0 для випадку парності або 1 для випадку непарності. Поява помилки в кодуванні виявляється з порушення парності / непарності. При такому кодуванні допускається, що може виникнути тільки одна помилка.

Приклад реалізації методу парності:

Число	Контрольний розряд	Перевірка
10101011	1	0
11001010	0	0
10010001	1	0
11001011	0	1 - помилка

Можна уявити і дещо видозмінений спосіб контролю за методом парності / непарності. Довге слово розбивається на групи, кожна з яких містить n розрядів. Контрольні розряди - k, виділяються всім групам по рядках і стовпцях згідно з наступною схемою:

Збільшення надмірності призводить до того, що з'являється можливість не тільки виявити помилку, але і виправити її.

Наприклад: число 1000111011010101110010101 представимо за згаданою вище схемою, отримаємо:

1	0	0	0	1	0
1	1	0	1	1	0
0	1	0	1	0	0
1	1	1	0	0	1
1	0	1	0	1	1
0	1	0	0	1

Тепер, якщо при передачі було отримано число:

1	0	0	0	1	0
1	1	0	1	1	0
0	1	0	0	0	0
1	1	1	0

n	1,2,3,4 ...	8, ..., 15	16, ... 31	...
m	0,0,1,1 ...	4, ... 11	11, ... 26	...
k	1,2,2,3	4 ... 4	5 ... 5	...