Учебными исполнителями называют различные образы на экране компьютера, которыми можно управлять, отдавая команды. Используются они для обучения составлению управляющих алгоритмов.

Есть много учебных исполнителей, придуманных для занятий по информатике. У них разные, часто забавные названия: Черепашка, Робот, Чертежник, Кенгуренок, Пылесосик. Муравей, Кукарача и другие. Одни исполнители создают рисунки на экране, другие складывают слова из кубиков с буквами, третьи перетаскивают предметы из одного места в другое. Все эти исполнители управляются программным путем. Любому из них свойственна определенная среда деятельности, система команд управления, режимы работы. С помощью каждого из таких исполнителей можно учиться строить алгоритмы управления.

Мы опишем одного из существующих исполнителей, которого зовут Кенгуренок Ру. Он очень похож на остальных исполнителей в главном: системой команд, языком и приемами программирования.

Многие из учебных исполнителей занимаются рисованием на экране компьютера. Из названных выше это Черепашка, Чертежник и Кенгуренок. Эту группу можно назвать графическими исполнителями или просто ГРИС (ГРафический ИСполнитель).

Что умеет делать ГРИС? Он может перемещаться по полю и своим хвостом рисовать на этом поле (предположим, что у него есть хвост, к которому привязан кусочек мела).

Обстановка, в которой действует Кенгуренок, называется средой исполнителя. Среда графического исполнителя показана на рисунке 1.1. Это лист (страница экрана) для рисования. ГРИС может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях с постоянным шагом. На рисунке 1.1 пунктиром показана сетка с периодом, равным шагу исполнителя. Кенгуренок может двигаться только по линиям этой сетки. ГРИС не может выходить за границы поля.

Рис. 1.1. Среда графического исполнителя. Стрелка указывает состояние исполнителя (место положения и направление)

Состояние исполнителя на поле определяется, во-первых, его местоположением (в какой точке поля он находится) и направлением (куда он смотрит). Направление будем определять как на географической карте: вверх – на север, вниз – на юг, влево – на запад, вправо – на восток. ГРИС может шагать или прыгать по линиям сетки, а также поворачиваться. Поворачиваться он умеет только против часовой стрелки.

Графический исполнитель – это объект управления. А управлять им будем мы с вами. Целью управления является получение определенного рисунка. Понятно, что этот рисунок может состоять только из горизонтальных и вертикальных отрезков, в других направлениях ГРИС двигаться не умеет.

Задача обычно ставится так: Кенгуренок находится в данной точке поля, смотрит в данном направлении. Требуется получить определенный рисунок. Например: ГРИС находится в середине поля и смотрит на восток. Нарисовать букву «Т» с длиной линий, равной четырем шагам.

Первоначально исполнителю придается исходное состояние. Это делается в специальном режиме установки.

Теперь перейдем к управлению графическим исполнителем. Здесь возможны два режима: режим прямого управления и режим программного управления.

Работа в режиме прямого управления происходит так: человек отдает команду, ГРИС ее выполняет; затем отдается следующая команда и т.д. (как в примере с хозяином и собакой).

В режиме прямого управления система команд исполнителя следующая:

шаг – перемещение ГРИС на один шаг вперед с рисованием линии;

поворот – поворот на 90 градусов против часовой стрелки;

прыжок – перемещение на один шаг вперед без рисования линии.

Эти команды будем называть простыми командами.

Например, требуется нарисовать квадрат со стороной, равной одному шагу. Исходное положение ГРИС: в левом нижнем углу квадрата, направление – на восток. Будем отмечать состояние исполнителя маленькой стрелкой. Тогда последовательность команд и результаты их выполнения будут следующими:

Работа в программном режиме имитирует автоматическое управление исполнителем. Управляющая система (компьютер) обладает памятью, в которую заносится программа. Человек составляет программу и вводит ее в память. Затем ГРИС переводится в режим установки и человек вручную (с помощью определенных клавиш) устанавливает исходное состояние исполнителя. После этого производится переход в режим выполнения и ГРИС начинает работать по программе. Если возникает ситуация, при которой он не может выполнить очередную команду (выход за границу поля), то выполнение программы завершается аварийно. Если аварии не происходит, то работа исполнителя заканчивается на последней команде.

Таким образом, программное управление графическим исполнителем проходит этап подготовки (программирование и установка исходного состояния) и этап исполнения программы.

В режиме программного управления по-прежнему используются команды шаг, поворот, прыжок. Однако в этом режиме есть еще и другие команды. С ними вы познакомитесь позже.

Язык программирования для графического исполнителя – это учебный алгоритмический язык (АЯ). Поэтому алгоритмы управления ГРИСом, записанные на АЯ, являются для него одновременно и программами.

Будем осваивать программирование на примерах решения конкретных задач. С новыми командами СКИ будем знакомиться по мере появления потребности в них.

Составим и выполним программу, по которой ГРИС нарисует на поле букву «Т». Пусть длина вертикального и горизонтального отрезков равна четырем шагам.

Исходное состояние – чистый лист. Кенгуренок – в точке, где будет находиться левый конец горизонтального отрезка, направление – на восток.

Программа и результат ее выполнения показаны на рисунке. Стрелка указывает конечное состояние исполнителя.

Рис. 1.2. Программа и результат ее выполнения

1. Какую работу может выполнять ГРИС?

2. Что представляет собой среда исполнителя ГРИС?

3. В чем разница между управлением в прямом режиме и в программном режиме?

4. Какие простые команды входят в СКИ ГРИС; как они выполняются?

5. В какой последовательности происходит выполнение команд в линейном алгоритме?

6. Может ли Кенгуренок нарисовать: прямоугольник, треугольник, пятиконечную звезду, квадрат, буквы «Н», «X», «Р», «М», «З», «Л»?

7. Какие из этих линий сможет нарисовать Кенгуренок:

№ 1. Составить программы рисования символов: «Р», «О», «Г», «Е», «П», «Б», «Ч», «Ц», «Ш», а также других фигур, состоящих из горизонтальных и вертикальных отрезков.

№ 2. Составить для исполнителя программу, с помощью которой можно нарисовать:

1) прямоугольник;

2) квадрат.

3) следующие рисунки

№ 3. Какие цели достижимы для Кенгуренка, умеющего выполнять лишь следующие действия:

а) шаг и прыжок;

б) прыжок и поворот;

в) поворот?

№ 4. Кенгуренок-30 и Кенгуренок-45 очень похожи на обычного Кенгуренка. Единственное отличие состоит в том, как они понимают команду поворот. Но этой команде Кенгуренок-30 поворачивается на 30°, а Кенгуренок-45 – на 45° против часовой стрелки. Какого из этих двух исполнителей вы предпочтете для рисования следующих фигур:

а) квадрат со стороной 1 см;

б) правильный шестиугольник со стороной 1 см;

в) правильный восьмиугольник со стороной 1 см;

г) отрезок длины 5 см?

№ 5. Для каждого натурального N создан Кенгуренок-N, который по команде поворот поворачивается на угол N0 против часовой стрелки. Найти такое N, что для Кенгуренка-N достижима каждая из двух целей: «нарисовать правильный десятиугольник» и «нарисовать квадрат». Для какого N суммарное число действий в алгоритмах рисования этих фигур наименьшее?