Как найти ошибку в алгоритме

Основной инструмент при поиске ошибок в коде

Данная статья рассчитана на начинающих, однако, определённый опыт программирования уже надо иметь. И мне хотелось бы рассказать об одном потрясающем инструменте поиска ошибок. Имееются ввиду те ошибки, которые связаны с алгоритмом, а не с синтаксисом (забыли точку с запятой, не закрыли кавычки, скобки и так далее). Вот в этой статье я расскажу о своём (да и любого другого, кто уже давно программирует) основном инструменте поиска ошибок в коде.

Итак, давайте определимся, какие же ошибки мы будем искать. Допустим, мы написали функцию, цель которой складывать два числа и возвращать результат. Давайте её напишем (в коде специально сделана ошибка):

<?php
  function summa($x, $y) {
    $sum = $x + $y;
    return $x;
  }
  echo summa(5, 4);
?>

В результате, мы видим, что у нас вывелось 5, хотя мы хотели увидеть 9 (5 + 4). Данный код очень простой, поэтому, конечно, здесь Вы легко сразу обнаружите ошибку. Однако, данный пример является не более, чем примером. Его задача рассказать о механизме поиска ошибок в алгоритме. Так вот, мы должны выяснить, на каком шаге происходит ошибка. И это делается с помощью просмотра значения переменных на каждом шаге. Вот пример того, что нужно делать, чтобы найти ошибку:

<?php
  function summa($x, $y) {
    echo $x." - ";
    echo $y." - ";
    $sum = $x + $y;
    echo $sum;
    return $x;
  }
  echo summa(5, 4);
?>

Далее мы анализируем каждый вывод переменной:

1. Так, переменная x выдала значение 5. Следовательно, эта переменная передалась верно.
2. Переменная y имеет значение 4, что так же верно, ведь именно 4 мы и передавали.
3. И, наконец, переменная sum показала значение 9. Это то самое значение, которое является истинным.

Дальше идёт return, следовательно, ошибка именно в этой строке. До неё всё шло прекрасно, следовательно, внимательно приглядываемся к этой строке и видим, что вместо того, чтобы возвращать значение переменной sum, мы возвращаем переменную x.

Итак, подведём итог. Основным инструментом поиска ошибок является оператор echo (либо функция print_r(), если переменная является массивом). Всё, что нужно, это просто смотреть на необходимую переменную на каждом шаге алгоритма. И понять, на каком моменте возникает ошибка. Если, допустим, ничего вообще не выводится, то это значит, что функция даже не вызывается. Следовательно, ищем ошибку там, где она должна была вызваться.

Данный подход к устранению ошибок в алгоритме я использую постоянно, нет ни одной программы (скрипта), разве что совсем простого, где я бы данный подход не использовал. Более того, данный подход является универсальным и подходит для других языков тоже. Поэтому его надо освоить Вам в самые кратчайщие сроки, чего я Вам искренне и желаю.

• 

  Создано 01.09.2011 23:17:13

• 
  Михаил Русаков

Копирование материалов разрешается только с указанием автора (Михаил Русаков) и индексируемой прямой ссылкой на сайт (http://myrusakov.ru)!

Если у Вас остались какие-либо вопросы, либо у Вас есть желание высказаться по поводу этой статьи, то Вы можете оставить свой комментарий внизу страницы.

Если Вам понравился сайт, то разместите ссылку на него (у себя на сайте, на форуме, в контакте):

1. Кнопка:

   Она выглядит вот так:

2. Текстовая ссылка:

   Она выглядит вот так: Как создать свой сайт

3. BB-код ссылки для форумов (например, можете поставить её в подписи):
   

  PROGRAM MAIN
    IMPLICIT NONE
    
    ! triangle parameters
    REAL a, b, c, d, f
    COMMON /TRIANGLE/ a, b, d
    
    REAL CosMinAngle, q1, q2, q3
     
    ! function declaration
    REAL Area, MinAngle 
    REAL Side
    INTEGER NUM
    
    CALL TriangleInput()
    
    DO WHILE (.TRUE.)
        CALL MENU
        ! reading command number
        READ *, NUM
        PRINT *
        ! process input
        SELECT CASE(NUM)
            CASE(1)
                CALL TriangleInput
            CASE(2)
                f = AREA(a, b, d)
                PRINT *,'Area of a triangle: ', f
            CASE(3)
                CALL MinAngle()
                PRINT *,'Minimum triangle angle: ', MinAngle()
            CASE(4)
                CALL CosMinAngle()
                PRINT '(A,$)','Cosine of minimum angle: ' 
                PRINT *, CosMinAngle()
            CASE(5)
                PRINT *, 'Enter one of the 2 sides and angle: '
                READ *, a, b , d
                c = Side(a, b, d)
                PRINT *,'The 3rd side of the triangle: ', Side()
            CASE(6)
                PRINT *, 'Goodbuy!'   
                STOP 
            CASE DEFAULT 
                PRINT *, 'Number entered incorrectly'
        END SELECT
    END DO
  END
  
  SUBROUTINE MENU
    IMPLICIT NONE 
    ! display the menu
    PRINT '(/,A,$)','Enter one of the suggested commands:'
    PRINT *
    PRINT *,'1. Entering a new triangle'
    PRINT *,'2. Triangle area calculation'
    PRINT *,'3. Minimum angle calculation'
    PRINT *,'4. Cosine calculation of the minimum angle'
    PRINT *,'5. Find the 3rd side of the triangle' 
    PRINT *,'6. Exit'
  END 
        
  ! Entering a new triangle
  SUBROUTINE TriangleInput
  
    IMPLICIT NONE 
    
    REAL a, b, d
    COMMON /TRIANGLE/ a, b, d
    
    REAL c, Side
    
    DO WHILE (.TRUE.)
        PRINT *,'Enter the two sides and an angle: '
        READ *, a, b, d

        c = Side(a, b, d)
        
        ! triangle existence test
        IF (((a+b).GE.c).AND.((a+c).GE.b).AND.((b+c).GE.a))THEN
            PRINT *, 'Triangle set.'
            RETURN
        ELSE 
            PRINT *, 'The triangle does not exist'
            RETURN 
        END IF    
    END DO 
  END 
  
  ! Triangle area calculation
  REAL FUNCTION Area()
    IMPLICIT NONE 
    
    REAL a, b, d
    COMMON /TRIANGLE/ a, b, d
    
    REAL Pi
    PARAMETER (Pi = 3.141592652) 
    
    Area = 1/2*(a*b*SIN(d))
    RETURN 
  END 
  
  ! Minimum angle calculation
  REAL FUNCTION MinAngle()
    IMPLICIT NONE 
    
    REAL a, b, d
    COMMON /TRIANGLE/ a, b, d
    
    REAL CosMinAngle
    
    REAL Pi, f
    PARAMETER (Pi = 3.141592652)
    
    MinAngle = ACOS(CosMinAngle())*180/Pi
    
    RETURN
  END 
  
  ! Cosine calculation of the minimum angle
  REAL FUNCTION CosMinAngle()
    IMPLICIT NONE
    
    REAL a, b, c, d
    COMMON /TRIANGLE/ a, b, d
    
    REAL q1, q2, q3, Side
    
    c = Side(a, b, d)
    ! Find the minimum side of the triangle
        IF (a .LT. b) THEN 
            IF (a .LT. c) THEN
                q1 = a
                q2 = b
                q3 = c
            ELSE
                q1 = c
                q2 = a
                q3 = b
            END IF
        ELSE
            IF (b .LT. c) THEN
                q1 = b
                q2 = a
                q3 = c
            ELSE
                q1 = c
                q2 = a
                q3 = b
            END IF
        END IF
        
    CosMinAngle = (q3**2 + q2**2 - q1**2) / (2 * q3 * q2)
    
    RETURN
  END 

  ! Find the 3rd side of the triangle
  REAL FUNCTION Side()
    IMPLICIT NONE 
    
    REAL a, b, d
    COMMON /TRIANGLE/ a, b, d 

    Side = SQRT(a**2+b**2-2*a*b*COS(d))
    
    RETURN 
  END 

На ввод: 2 стороны и угол между ними. Найти площадь (area), косинус минимального угла, минимальный угол и 3 сторону треугольника. Подпрограмма для вычисления площади выдает ноль. Остальные подпрограммы выдают значения при Rad (радианах), поэтому третья сторона получается неправильной (например, для 3 4 90 3-я сторона равна 5,8, хотя должно быть 5). Если вводить угол в радианах, то можно получить приближенные значения минимального угла и косинуса, но при вычислении неизвестной стороны выходит большая погрешность (например, при 3 4 1,57 3-я сторона = 3.4688246, а не 5)

Получив приказ
исполнить алгоритм, компьютер выполняет
следующие действия:

1. Находит в памяти
   алгоритм с указанным именем.

2. Проверяет,
   соблюдаются ли начальные условия,
   указанные в строке дано
   (в примерах
   этого параграфа в дано
   пишутся
   только комментарии, но позднее мы
   научимся помещать там условия, которые
   компьютер сможет проверять).

3. Последовательно
   читает команды после строки нач
   и передает
   их исполнителю. Каждый такой приказ на
   выполнение команды называется вызовом
   этой команды.

4. Встретив строку
   кон,
   проверяет,
   достигнута ли цель алгоритма, указанная
   в строке надо
   (см. примечание
   к п. 2).

5. Заканчивает
   выполнение алгоритма.

Пример.
Компьютер
получает приказ исполнить алгоритм
«ход конем».

1. Компьютер находит
   в памяти алгоритм А1.

2. В строке дано
   записан
   комментарий — компьютер его пропускает.

3. Компьютер
   последовательно командует Роботу
   вправо,
   вправо, вниз.
   Робот
   исполняет
   эти команды.

4. В строке надо
   помещен
   комментарий — компьютер его пропускает.

5. Компьютер
   заканчивает выполнение алгоритма «ход
   конем».

7.6. Ошибки в алгоритмах

Если при составлении
алгоритма мы случайно вместо вниз
напишем внис
или вместо вправо
— направо,
то компьютер нашу запись не поймет и,
даже не приступая к выполнению алгоритма,
сообщит об ошибке. Ошибки в записи
алгоритма называются синтаксическими.

Но даже если все
команды записаны правильно, это еще не
значит, что алгоритм составлен без
ошибок. Ошибки в составлении алгоритма
называются логическими.

Иногда логическая
ошибка может привести к отказу
— невозможности
выполнить очередную команду. Например,
при попытке выполнить алгоритм «ход
конем» (А1) в обстановке, изображенной
на рисунке 2, компьютер попытается
последовательно вызвать команды вправо,
вправо, вниз.
Однако вторую команду вправо
Робот выполнить
не сможет — возникает отказ. Получив
от исполнителя сигнал отказа, компьютер
сообщает об ошибке и прекращает выполнение
алгоритма.

Рис. 2

У каждого исполнителя
могут быть свои причины отказов. Отказ
Робота
возникает
при попытке идти сквозь стену.

Ошибки в алгоритме
не всегда приводят к отказам. Возможны
логические ошибки, не обнаруживаемые
компьютером ни до, ни во время выполнения
алгоритма. Так, если в алгоритме А1 мы
вместо вправо
случайно напишем влево,
то компьютер выполнит алгоритм, Робот
из клетки А
переместится в клетку В (см. рис. 2), но
никаких сообщений об ошибках мы не
получим (да и откуда компьютеру знать,
куда мы на самом деле хотели переместить
Робота!).

В правильно
составленных алгоритмах никаких ошибок
быть не должно. Но если синтаксические
ошибки обычно легко устранимы, то поиск
и устранение логических ошибок могут
оказаться весьма трудным делом. Таким
образом, все возможные ошибки можно
представить в виде таблицы:

Таблица 1. Ошибки
в алгоритмах.

№	Смысл ошибки	Название	Пример
1	Цель не достигнута	Логическая	Робот не попал куда надо
2	Команда не входит в СКИ	Синтаксическая	наверх, направо
3	Авария при попытке исполнения команды	Семантическая (отказ)	Попытка пройти сквозь стену

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Автор материалов — Лада Борисовна Есакова.
Самая распространенная ошибка, которую нужно найти и исправить – это неправильное использование вложенных условных операторов. Для усложнения поиска возможно неправильное форматирование текста (неправильно поставленные отступы).

Для того, чтобы найти ошибку, нужно поставить в соответствие друг другу все части условного оператора if и else.

Помним, что часть else относится к ближайшему if. При этом наличие части else не обязательно.

Кроме того, часто присутствует ошибка при вводе или выводе. Обязательно нужно проверить, та ли информация выводится на экран.

Особого внимания требует инициализация переменных.

Формат книги не позволяет рассмотреть все основные типы задач 2 части, рассмотрим лишь те, которые встречались на проверочных и экзаменационных работах последних двух лет.

Пример 1.

На об­ра­бот­ку по­сту­па­ет по­ло­жи­тель­ное целое число, не пре­вы­ша­ю­щее 10⁹. Нужно на­пи­сать про­грам­му, ко­то­рая вы­во­дит на экран сумму цифр этого числа, мень­ших 7. Если в числе нет цифр, мень­ших 7, тре­бу­ет­ся на экран вы­ве­сти 0. Про­грам­мист на­пи­сал про­грам­му не­пра­виль­но. Ниже эта про­грам­ма для Ва­ше­го удоб­ства при­ве­де­на на пяти язы­ках про­грам­ми­ро­ва­ния.

По­сле­до­ва­тель­но вы­пол­ни­те сле­ду­ю­щее.

1. На­пи­ши­те, что вы­ве­дет эта про­грам­ма при вводе числа 456.

2. При­ве­ди­те при­мер та­ко­го трёхзнач­но­го числа, при вводе ко­то­ро­го про­грам­ма выдаёт вер­ный ответ.

3. Най­ди­те все ошиб­ки в этой про­грам­ме (их может быть одна или не­сколь­ко). Из­вест­но, что каж­дая ошиб­ка за­тра­ги­ва­ет толь­ко одну стро­ку и может быть ис­прав­ле­на без из­ме­не­ния дру­гих строк. Для каж­дой ошиб­ки:

1) вы­пи­ши­те стро­ку, в ко­то­рой сде­ла­на ошиб­ка;

2) ука­жи­те, как ис­пра­вить ошиб­ку, т.е. при­ве­ди­те пра­виль­ный ва­ри­ант стро­ки.

До­ста­точ­но ука­зать ошиб­ки и спо­соб их ис­прав­ле­ния для од­но­го языка про­грам­ми­ро­ва­ния. Об­ра­ти­те вни­ма­ние, что тре­бу­ет­ся найти ошиб­ки в име­ю­щей­ся про­грам­ме, а не на­пи­сать свою, воз­мож­но, ис­поль­зу­ю­щую дру­гой ал­го­ритм ре­ше­ния. Ис­прав­ле­ние ошиб­ки долж­но за­тра­ги­вать толь­ко стро­ку, в ко­то­рой на­хо­дит­ся ошиб­ка.

Решение:

Ре­ше­ние ис­поль­зу­ет за­пись про­грам­мы на Пас­ка­ле. До­пус­ка­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние про­грам­мы на любом из четырёх дру­гих язы­ков.

1. Про­грам­ма вы­ве­дет число 4.

2. При­мер числа, при вводе ко­то­ро­го про­грам­ма выдаёт вер­ный ответ: 835.

Про­грам­ма ра­бо­та­ет не­пра­виль­но из-за не­вер­ной вы­во­ди­мой на экран пе­ре­мен­ной и не­вер­но­го уве­ли­че­ния суммы. Со­от­вет­ствен­но, про­грам­ма будет ра­бо­тать верно, если в числе стар­шая цифра (край­няя левая) равна сумме цифр, мень­ших 7.

3. В про­грам­ме есть две ошиб­ки.

Пер­вая ошиб­ка. Не­вер­ное уве­ли­че­ние суммы.

Стро­ка с ошиб­кой:

sum := sum + 1;

Вер­ное ис­прав­ле­ние:

sum := sum + digit;

Вто­рая ошиб­ка. Не­вер­ный вывод от­ве­та на экран.

Стро­ка с ошиб­кой:

writeln(digit)

Вер­ное ис­прав­ле­ние:

writeln(sum)

Пример 2.

Для за­дан­но­го по­ло­жи­тель­но­го ве­ще­ствен­но­го числа A не­об­хо­ди­мо найти мак­си­маль­ное целое число K, при ко­то­ром вы­пол­ня­ет­ся не­ра­вен­ство

(при K = 0 сумма счи­та­ет­ся рав­ной 0).

Для ре­ше­ния этой за­да­чи уче­ник на­пи­сал такую про­грам­му.

По­сле­до­ва­тель­но вы­пол­ни­те сле­ду­ю­щее.

1. На­пи­ши­те, что вы­ве­дет эта про­грам­ма при вводе числа 1.2.

2. При­ве­ди­те при­мер числа, при вводе ко­то­ро­го про­грам­ма даст вер­ный ответ.

3. Най­ди­те в про­грам­ме все ошиб­ки (их может быть одна или не­сколь­ко).

Для каж­дой ошиб­ки вы­пи­ши­те стро­ку, в ко­то­рой она до­пу­ще­на, и при­ве­ди­те эту же стро­ку в ис­прав­лен­ном виде.

Об­ра­ти­те вни­ма­ние: вам нужно ис­пра­вить при­ведённую про­грам­му, а не на­пи­сать свою. Вы мо­же­те толь­ко ис­прав­лять оши­боч­ные стро­ки; уда­лять стро­ки или до­бав­лять новые стро­ки нель­зя. По­ста­рай­тесь также не вне­сти новые ошиб­ки – за это оцен­ка сни­жа­ет­ся.

Решение:

Ре­ше­ние ис­поль­зу­ет за­пись про­грам­мы на Пас­ка­ле. До­пус­ка­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние про­грам­мы на дру­гих язы­ках.

1. При вводе числа 1.2 про­грам­ма вы­ве­дет число 2.

2. При­ме­ры чисел, при вводе ко­то­рых про­грам­ма вы­во­дит вер­ный ответ: 1.6, 2.05.

Про­грам­ма со­дер­жит две ошиб­ки, одна из ко­то­рых при­во­дит к уве­ли­че­нию от­ве­та, дру­гая – к умень­ше­нию.

В не­ко­то­рых слу­ча­ях эти ошиб­ки ком­пен­си­ру­ют друг друга, и ответ ока­зы­ва­ет­ся пра­виль­ным. Это про­ис­хо­дит, если зна­че­ние A по­па­да­ет в один из сле­ду­ю­щих диа­па­зо­нов: 1.5 < A < 1.83, 2 < A < 2.08.

3. Про­грам­ма со­дер­жит две ошиб­ки.

1) Не­вер­ная ини­ци­а­ли­за­ция. На­чаль­ное зна­че­ние S долж­но быть равно нулю.

В при­ведённом ва­ри­ан­те вы­чис­лен­ная сумма ока­зы­ва­ет­ся на 1 боль­ше пра­виль­но­го зна­че­ния.

Стро­ка с ошиб­кой:

s := 1;

Пра­виль­ная стро­ка:

s := 0;

2) Не­вер­ное опре­де­ле­ние от­ве­та. При­ведённая про­грам­ма на­хо­дит не мак­си­маль­ное K, при ко­то­ром вы­пол­ня­ет­ся не­ра­вен­ство, а ми­ни­маль­ное, при ко­то­ром оно не вы­пол­ня­ет­ся, то есть уве­ли­чи­ва­ет вер­ное зна­че­ние на 1.

Кроме того, ис­поль­зо­ван­ный по­ря­док дей­ствий в цикле (уве­ли­че­ние K после уве­ли­че­ния S) при­во­дит к уве­ли­че­нию ещё на 1. Это можно было бы ис­пра­вить, из­ме­нив по­ря­док дей­ствий в цикле и умень­шив K после за­вер­ше­ния цикла, но эти дей­ствия не раз­ре­ше­ны по усло­вию за­да­чи.

По­это­му для ис­прав­ле­ния ошиб­ки можно про­сто скор­рек­ти­ро­вать зна­че­ние при вы­во­де.

Стро­ка с ошиб­кой:

write(k);

Пра­виль­ная стро­ка:

write(k-2);