Bài giảng Kiến trúc máy tính (Phần 1) - Chương 3: Thuật toán - Nguyễn Văn Huy

1
3.1 Khái niệm
 Thuật toán là một hệ thống chặt chẽ và rõ ràng các quy
tắc nhằm xác định một dãy các thao tác trên những dữ liệu vào
sao cho sau một số hữu hạn bước thực hiện các thao tác đó ta
thu được kết quả của bài toán.
 Dữ liệu vào (Input) Thuật toán Kết quả đầu ra (Output)
 2 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
 Ví dụ
Thuật toán Euclid là thuật toán tìm ước số chung lớn nhất (USCLN) 
của hai số nguyên dương a và b.
  Input: a, b là số nguyên dương
  Output: USCLN của a và b
Thuật toán tìm Euclid có thể được mô tả như sau:
  Bước 1: Nếu a < b thì hoán vị hai số a, b cho nhau
  Bước 2: Nếu b = 0 thì USCLN là a
  Bước 3: Ngược lại a > b, thì thực hiện :
 • Tìm số dư r của phép chia a cho b;
 • Gán a= b, b= r, rồi quay trở lại bước 2.
 33 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.2 Tính chất của thuật toán 
 Tính đúng: Thuật toán phải cho ra kết quả chính xác;
 Tính tổng quát: thuật toán phải áp dụng để giải một lớp bài 
 toán có dạng tương tự, chứ không phải chỉ áp dụng những bài 
 toán cụ thể riêng lẻ ;
 Tính xác định: Các bước trong thuật toán phải rõ ràng, trật 
 tự thực hiện phải xác định và là duy nhất ;
 Tính dừng: thuật toán phải cho ra kết quả sau một số hữu 
 hạn các bước ;
 Tính hiệu quả: một thuật toán được gọi là hiệu quả nếu nó
 đơn giản, dễ hiểu, thời gian thực hiện nhanh và chiếm ít bộ
 nhớ ;
 .....
 44 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.3 Biểu diễn thuật toán
Người ta thường biểu diễn thuật toán theo các cách sau :
 Dùng ngôn ngữ tự nhiên
 (Liệt kê các bước)
 Vẽ lưu đồ (Flowchart)
 Mã giả 
 55 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Biểu diễn thuật toán bằng ngôn ngữ tự nhiên
 Ta sử dụng ngôn ngữ con người để liệt kê từng bước thực hiện 
 của thuật toán.
 Ví dụ: Thuật toán tính tổng hai số a và b:
 Bước 1 : Nhập vào các số a và b;
 Bước 2 : Tính tổng a+b;
 Bước 3 : Xuất kết quả của tổng a+b.
 66 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Lưu đồ thuật toán (sơ đồ khối)
Ta sử dụng các hình sau để vẽ lưu đồ thuật toán :
 77 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Lưu đồ thuật toán (sơ đồ khối)
Ví dụ : Lưu đồ thuật toán tính tổng của hai số a và b :
 88 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Mã giả
 Mã giả là một ngôn ngữ gần giống với ngôn ngữ lập trình. Nó 
 sử dụng kết hợp ngôn ngữ tự nhiên, các ký hiệu toán học, và
 vay mượn một số cấu trúc của một ngôn ngữ lập trình nào đó 
 để thể hiện thuật toán
 Mã giả không thể thực thi được trên máy tính
 Mỗi tác giả viết có mỗi phong cách khác nhau, miễn là trình
 bày rõ ràng và thể hiện được cách giải quyết bài toán
 9 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Mã giả
 Ví dụ: Tìm số lớn nhất trong hai số a và b:
 Nhập giá trị a,b;
 if (a ≥ b) then
 Xuất kết quả: Số lớn nhất là a;
 else
 Xuất kết quả: Số lớn nhất là b;
 10 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.4 Các cấu trúc thuật toán cơ bản
3.4.1 Cấu trúc tuần tự (Sequential)
 Trong cấu trúc này, các công việc được thự hiện tuần tự nối
tiếp nhau.
Ví dụ: Chẳng hạn như lưu đồ thuật toán
tính tổng của hai số a và b ở phần trước:
 11 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.4.2 Cấu trúc lựa chọn (Selection)
 Lựa chọn một công việc để thực hiện căn cứ vào một điều
kiện nào đó. Điều kiện ở đây là một biểu thức logic có hai giá trị
là đúng (T hoặc 1) và sai (F hoặc 0).
 Đúng Điều Sai Điều 0
 kiện kiện
 1
 Cách biểu diễn của cấu trúc lựa chọn trong lưu đồ thuật toán.
 12 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.4.2 Cấu trúc lựa chọn (Selection)
Ví dụ : Lưu đồ thuật toán kiểm tra số nguyên a là số chẵn hay số lẻ.
 Bắt đầu
 Nhập a
 Số dư = a mod 2
 T F
 Số dư = 0
 a là số chẵn a là số lẻ
 Kết thúc
 13 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.4.3 Cấu trúc lặp (Repeating)
 Thực hiện lặp lại một công việc nhiều lần căn cứ vào một
điều kiện nào đó. Có hai dạng như sau:
- Lặp xác định: là loại lặp mà khi viết chương trình, người lập
trình đã xác định được công việc sẽ lặp bao nhiêu lần.
- Lặp không xác định: là loại lặp mà khi viết chương trình người
lập trình chưa xác định được công việc sẽ lặp bao nhiêu lần. Số
lần lặp sẽ được xác định khi chương trình thực thi.
 14 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.4.3 Cấu trúc lặp (Repeating)
Cấu trúc lặp có thể được biểu diễn bằng sơ đồ khối như sau:
 Điều kiện 0
 lặp Các công việc
 1
 Các công việc 1 Điều kiện 
 lặp
 0
 15 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
3.4.3 Cấu trúc lặp (Repeating)
Ví dụ: Lưu đồ thuật toán tính tổng: S = 1 + 2 + ... + N. 
 Bắt đầu
 Nhập N
 0
 N > 0
 1
 S = 0
 i = 1
 Đúng
 i <= N
 Sai S = S + i
 i = i + 1
 Xuất S
 Kết thúc
 1616 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bài tập
 Vẽ lưu đồ thuật toán giải các bài toán sau đây:
Bài 1: Tính P(n) = 1*3*5*...*(2n+1), với n ≥ 0.
Bài 2: Cho n là số nguyên dương, x là số thực. Tính tổng:
Bài 3: Cho một năm bất kỳ nào đó. Kiểm tra xem năm này có 
phải là năm nhuận hay không? Biết rằng, năm nhuận là năm chia 
hết cho 4 nhưng không chia hết cho 100 hoặc là chia hết cho
400.
 17 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bài tập
Bài 4: Cho 3 cạnh a, b, c. Kiểm tra xem có tồn tại tam giác được 
tạo thành từ 3 cạnh này không? Nếu có, hãy tính diện tích của
tam giác.
Bài 5: Tìm tất cả các số lẻ nằm trong đoạn từ 0 đến 1000.
Bài 6: Cho một dãy số nguyên a0, a1, a2,..., an-1. Tính trung bình
cộng của các số chia hết cho 3.
Bài 7: Cho số nguyên n. Tính trị tuyệt đối của n
Bài 8: Trong trang trại của một nông dân có nuôi một số gà và
dê. Biết rằng, có tất cả 43 đầu và 108 chân. Hỏi trang trại có bao
nhiêu con gà và bao nhiêu con dê ?
 18 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật
Bài tập
Bài 9: Tính lương của nhân viên dựa vào lương_theo_ngày và 
số_ngày_công như sau:
 lương = (lương_ theo_ngày) * (số_ngày_công)
 Nếu (số_ngày_công) > 25, thì số ngày làm dư sẽ được 
tính lương gấp đôi. 
Bài 10: Nhân viên của một siêu thị thực hiện sắp xếp N quả 
trứng (N > 0) vào trong từng hộp, mỗi hộp có 12 quả trứng. Hỏi 
có bao nhiêu hộp trứng và bao nhiêu trứng còn dư ?
 Ví dụ: với 43 quả trứng, nhân viên sẽ sắp xếp được 3 hộp
trứng và còn thừa lại 7 quả trứng.
 19 Khoa CNTT - Bài giảng THDC - Khối ngành kỹ thuật