Ознакомление с понятием циклов в школьном курсе информатики на примере языка F#

АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ МЫШЛЕНИЕ, ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ИНВАРИАНТНОСТЬ, ИНФОРМАТИКА, ЦИКЛ

Цикл это разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования, предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций. Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом (например, с помощью условного перехода). Команда цикла является структурной командой в отличие от простых команд. Структурная команда включает в себя несколько действий: проверка условия, выполнение тела цикла, которое, в свою очередь, может состоять из нескольких команд.

Для составления циклических алгоритмов, следует сначала теоретически подготовить школьников. Необходимо подробно разобрать циклические алгоритмы при помощи блок схем и алгоритмического языка. После полного понимания смысла циклических конструкций, можно переходить к их программированию. Язык F# сочетает в себе как несколько парадигм программирования, так и множество структурных конструкций, может помочь взглянуть на проблемную ситуацию с разных сторон.

В языке F#, циклы представлены тремя конструкциями:

1. Выражение for...to

Несмотря на то, что технически for...to является выражением, оно больше похоже на традиционный оператор в императивном языке программирования. Эта конструкция используется для перебора данных в строго определенном диапазоне.

2. Выражение for...in

Эта конструкция для организации циклов используется для перебора в перечислимой коллекции при соответствии шаблона, например в выражении диапазона, в последовательности, в списке, в массиве или в другой конструкции, поддерживающей перечисление.

3. выражение while...do (F#)

Выражение while...do используется для выполнения итерации (в цикле), пока заданное проверяемое условие истинно.

Продемонстрируем примеры использование циклов при решении следующих задач:

1. Все числа от 5 до 17 необходимо возведите в квадрат, от полученных значений отнимите единицу.

Вариант 1.

let seq1 = seq { for i in 5 .. 17-> (i, i*i-1) }
for (a, asqr) in seq1 do
  printfn "%d squared is %d" a asqr

Вариант 2.

let funn () =
   for i=5 to 17 do
       let d1 = i * i - 1
       printf "%d " d1
   printfn ""

Вариант 3.

let mutable i = 5
while i 
2. Числа от 100 до 80 увеличить на 5 и найти квадрат.
Вариант 1.
let function2() =
  for i in 100 .. -1 .. 80 do
     let d1 = (i+5)*(i+5)
     printf "%d " d1
  printfn ""
function2()
Вариант 2.
let mutable i = 101
while i > 80 do
    i 
Вариант 3.
let List1 = [ 100 .. -1 .. 80]
for a in List1 do
  let d = (a+5)*(a+5)
  printfn "%d " d
Вариант4.
for i=100 downto 80 do
    let d1 = (i+5)*(i+5)
    printfn "%d" d1
3. Отобранные числа от 1 до 50 через каждые 4 , умножить на 8.
Вариант 1.
let mutable r = 0
for i=1 to 50 do
    if  r%4= 0 then let d = i * 8
                    printfn "%d" d
    r
Вариант 2.
for i=1 to 50 do
    if  i%4= 1 then let d = i * 8
                    printfn "%d" d
4. Выведите все нечетные числа от 15 до 29, предварительно возведя их в куб и отняв единицу.
Вариант 1.
let function2() =
  for i in 15 .. 2 .. 29 do
     printf "%d " (i*i*i-1)
  printfn ""
function2()
Вариант 2.
let seq1 = seq { for i in 15 .. 2 .. 29-> i }
for i in seq1 do
  printfn "%d" (i*i*i-1)
5. Создайте программу, которая выводила бы произвольные числа от 1 до 100 до тех пор, пока она не выдаст число введенное пользователем.
open System
let lookForValue value  =
  let mutable continueLooping = true
  let randomNumberGenerator = new Random()
  while continueLooping do
    let rand = randomNumberGenerator.Next(100)
    printf "%d " rand
    if rand = value then
       printfn "\nFound a %d!" value
       continueLooping 
6. Выведите все заглавные буквы русского алфавита.
Вариант 1.
let function3() =
  for c in 'А' .. 'Я' do
    printf "%c " c
  printfn ""
function3()
Вариант 2.
let list1 = ['А' .. 'Я']
for i in list1 do
   printfn "%A" i
7. Подсчитайте количество элементов в списке чисел от 100 до 1 (шаг -3).
let list1=[100..-7..1]
let mutable count = 0
for _ in list1 do
   count 
8. Подсчитайте количество элементов в списке чисел от 1 до 100 (шаг 3).
let list1=[1..3..100]
let mutable count = 0
for _ in list1 do
   count 
Решение задач несколькими способами, помогает развивать и инвариантность в поиске решения проблемных ситуаций, нахождения оптимальных подходов. Язык F# объединяя в себе императивную, объектно-ориентированную и функциональную технологии программирования позволяют предоставить инвариантные возможности решения одной и той же задачи. Предложенные алгоритмы являются простыми, но, тем не менее, позволяют школьнику продемонстрировать широту знаний и глубину мышления.
Таким образом,  изучение циклов поможет комплексно развить у школьников когнитивное,  алгоритмическое и логическое мышление. Предложенные методические материалы предназначаются для изучения в углубленном или профильном курсах информатики и ИКТ.