Лабораторная работа №3

Программирование циклических алгоритмов

Цель лабораторной работы: освоить простейшие средства отладки модулей проекта и создать приложение, которое использует циклический алгоритм.

3.1. Отладка модулей проекта

Отладка представляет собой процесс обнаружения, локализации и устранения ошибок в проекте. Она занимает значительную часть рабочего времени программиста, нередко большую, чем разработка проекта.

Практически любой нетривиальный проект перед началом отладки содержит хотя бы одну синтаксическую или логическую ошибку.

3.1.1. Отладка синтаксических ошибок

Синтаксические ошибки состоят в нарушении формальных правил использования операторов. Эти ошибки появляются в результате недостаточного знания разработчиком языка программирования и невнимательности при наборе операторов на экране дисплея.

Поиск синтаксических ошибок в модулях проекта осуществляется компилятором. Чтобы дать программисту как можно больше информации об ошибках, допущенных в модуле, компилятор отмечает ошибки и продолжает работу до тех пор, пока не будут обработаны все операторы модуля. Следует иметь в виду, что:

1. компилятор распознает не все ошибки;

2. некоторые ошибки могут повлечь за собой то, что правильные операторы будут восприниматься компилятором как ошибочные, и наоборот – ошибочные операторы компилятор воспримет как верные;

3. ошибка в одном месте модуля может повлечь за собой серию диагностических сообщений компилятора в других местах модуля;

4. из-за некоторых ошибок компиляция модуля может вообще прекращаться и проверка последующих операторов не производится.

Информация обо всех ошибках, найденных в модуле, выводится в специальное окно, которое появляется в нижней части экрана. Каждая строка этого окна содержит имя файла, номер строки, в которой обнаружена ошибка и характер ошибки. Если дважды щелкнуть “мышью” на строке с описанием ошибки, курсор установится в той строке модуля, где обнаружена ошибка. Следует исправлять ошибки последовательно, сверху вниз и после исправления каждой ошибки компилировать программу заново. С целью сокращения времени компиляции рекомендуется осуществлять проверку наличия ошибок в режимах Syntax Check и Compile меню Project. Для получения более полной информации о характере ошибки можно обратится к HELP нажатием клавиши F1.

Отладка синтаксиса считается завершенной, когда после очередной компиляции в режиме Build All меню Project отсутствуют диагностические сообщения об ошибках.

3.1.2. Отладка логических ошибок

Логические ошибки условно можно разделить на ошибки алгоритма и семантические ошибки. Причинами таких ошибок могут быть несоответствие алгоритма поставленной задаче, неправильное понимание программистом смысла (семантики) операторов языка программирования, нарушение допустимых пределов и правил представления данных, невнимательность при технической подготовке проекта к обработке на компьютере.

Для выявления ошибок служат тесты. Тест – это такой набор исходных данных, который дает результат, не вызывающий сомнений. Промежуточные и конечные результаты теста используются для контроля правильности выполнения приложения.

Составление тестов – непростая задача. Тесты должны быть с одной стороны, достаточно простыми, чтобы результат легко проверялся, с другой стороны – достаточно сложными, чтобы комплексно проверить алгоритм.

Тесты составляются по схеме алгоритма до программирования, так как составление тестов помогает выявить многие ошибки в алгоритмизации.

Количество тестов и их сложность зависят от алгоритма. Комплекс тестов должен быть таким, чтобы все ветви схемы алгоритма были пройдены, по крайней мере, по одному разу. Несовпадение результатов, выдаваемых приложением с результатами тестов – признак наличия ошибок. Эти ошибки проявляются в том, что результат расчета оказывается неверным либо происходит переполнение, деление на 0 и др.

Для локализации места ошибки рекомендуется поступать следующим образом. В окне Редактора Кода установите курсор в строке перед подозрительным участком и нажмите клавишу F4 (выполнить до курсора). Выполнение приложения будет остановлено на той строке модуля, в которой был установлен курсор. Текущее значение любой переменной можно увидеть, если накрыть курсором идентификатор переменной на 1-2 сек. Нажимая клавишу F8 (пошаговое выполнение), можно построчно выполнять программу, контролируя содержимое переменных и правильность вычислений.

3.2. Пример создания приложения

Задание: создать Windows-приложение, которое выводит таблицу значений функции и ее разложения в ряд в виде суммы

для значений x от x_n до x_k c шагом h=(x_k - x_n)/10.

В панели интерфейса предусмотреть возможность управления выводом исходных данных и погрешности вычислений.

Один из возможных вариантов панели интерфейса создаваемого приложения показан на рис.3.1.

3.2.1. Размещение компонентов на Форме

Вместо компонента Edit используем компонент SpinEdit, который обеспечивает отображение и редактирование целого числа с возможностью его изменения посредством двойной кнопки.

Рис. 3.1

Компонент SpinEdit находится на странице Samples Палитры Компонентов. В тех случаях, когда объем выводимой информации превышает размер поля компонента Memo, целесообразно снабдить его линейками прокрутки. В свойстве ScrollBars компонента Memo1 установим значение ssVertical – появится вертикальная линейка прокрутки. Присвоим модулю имя UnCiklAlg.

3.2.2. Текст модуля UnCiklAlg

Unit UnCiklAlg;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs,

StdCtrls, ExtCtrls, Spin;

type

TForm1 = class(TForm)

Memo1: TMemo;

Button1: TButton;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

Label3: TLabel;

Edit1: TEdit;

Edit2: TEdit;

SpinEdit1: TSpinEdit;

CheckBox1: TCheckBox;

CheckBox2: TCheckBox;

CheckBox3: TCheckBox;

procedure FormCreate(Sender: TObject);

procedure Button1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.DFM}

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

SpinEdit1.text:='3'; // начальное значение N

Edit1.text:='0.1'; // начальное значение Xn

Edit2.text:='2.0'; // начальное значение Xk

Memo1.Clear;

Memo1.Lines.Add('Лабораторная работа №3 - Циклический алгоритм');

end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var xn,xk,x,h,c,s,y,al,del:extended;

n,k:integer;

begin

n:=StrToInt(SpinEdit1.Text);

xn:=StrToFloat(Edit1.Text);

xk:=StrToFloat(Edit2.Text);

if CheckBox1.Checked then

Memo1.Lines.Add(‘Исходные данные: n=’+IntToStr(n)+

' Xn='+FloatToStrF(xn,ffFixed,6,1)+

' Xk='+FloatToStrF(xk,ffFixed,6,1));

h:=(xk-xn)*0.1; // шаг h

x:=xn;

repeat // цикл по x

c:=-x*x*0.5;

S:=1;

for k:=1 to n do

begin

s:=s+c*(2*k*k+1);

c:=-c*x*x/((2*k+1)*(2*k+2));

end;

y:=(1-x*x*0.5)*cos(x)-0.5*x*sin(x);

if CheckBox2.Checked then

if CheckBox3.Checked then

begin

al:=s-y; // абсолютная погрешность

del:=abs((s-y)/y)*100; // относительная погрешность

Memo1.Lines.Add('x='+FloatToStrF(x,ffFixed,6,2)+

' S='+ FloatToStrF(s,ffFixed,6,3)+

' Y='+ FloatToStrF(y,ffFixed,6,3)+

' A='+ FloatToStrF(al,ffFixed,6,3)+

' D='+ FloatToStrF(del,ffFixed,6,0)+'%');

end

else

begin

al:=s-y;

Memo1.Lines.Add('x='+FloatToStrF(x,ffFixed,6,2)+

' S='+ FloatToStrF(s,ffFixed,6,3)+

' Y='+ FloatToStrF(y,ffFixed,6,3)+

' A='+ FloatToStrF(al,ffFixed,6,3));

end

else

if CheckBox3.Checked then

begin

del:=abs((s-y)/y)*100;

Memo1.Lines.Add('x='+FloatToStrF(x,ffFixed,6,2)+

' S='+ FloatToStrF(s,ffFixed,6,3)+

' Y='+ FloatToStrF(y,ffFixed,6,3)+

' D='+ FloatToStrF(del,ffFixed,6,0)+'%');

end

else

Memo1.Lines.Add('x='+FloatToStrF(x,ffFixed,6,2)+

' S='+ FloatToStrF(s,ffFixed,6,3)+

' Y='+ FloatToStrF(y,ffFixed,6,3));

x:=x+h;

until x>xk;

end;

end.

3.3. Выполнение индивидуального задания

По указанию преподавателя выберите свое индивидуальное задание. Создайте приложение и протестируйте его работу.

Индивидуальные задания

В заданиях с №1 по №15 необходимо вывести на экран таблицу значений функции Y(x) и ее разложения в ряд S(x) для значений x от до с шагом . Близость значений S(x) и Y(x) во всем диапазоне значений x указывает на правильность вычисления S(x) и Y(x).

№			S(x)	n	Y(x)
1	0.1	1		16
2	0.1	1		10
3	0.1	1		12
4	0.1	1		8
5	0.1	1		14
6	0.1	1		8
7	0.1	1		12
8	0.1	1		10
9	0.1	1		14
10	0.1	0.5		15
11	0.1	0.8		10
12	0.1	1		8