Tin học 11 Cánh diều Chủ đề FCS Bài 10: Thiết kế chương trình từ trên xuống và phương pháp Mô đun hóa

Mô đun trong lập trình

- Thiết bị, đồ dùng được thiết kế theo mô đun để dễ tháo lắp, vận chuyển, sửa chữa, thay thế

- Mô đun là bộ phận hay phần của thiết bị hay chương trình phần mềm, được thiết kế tách thành khối riêng biệt và độc lập

- Tính độc lập của mỗi mô đun cho phép thay thế mô đun đó bằng cái tương đương mà vẫn giữ nguyên các mô đun khác

- Một chương trình lớn có thể gồm nhiều tệp mã nguồn, mỗi tệp mã nguồn là một mô đun phần mềm

- Một hàm trong chương trình cũng có thể coi là một mô đun, tương đối độc lập với những phần còn lại của chương trình.

Phương pháp mô đun hóa

- Mô đun hoá là phương pháp thông dụng để làm phần mềm và lập trình

- Áp dụng phương pháp mô đun hoá, người lập trình làm theo các giai đoạn sau:

 + Giai đoạn 1: Liệt kê các việc lớn: bằng các gạch đầu dòng để tuần tự nhập dữ liệu đến kết quả cuối cùng

 + Giai đoạn 2: Thiết kế các hàm: phân chia mỗi bước thành công việc độc lập và thiết kế các hàm thực hiện công việc đó, xác định tên hàm, đầu vào, đầu ra

 + Giai đoạn 3: Viết các hàm: lập trình từng hàm theo thiết kế; kiểm thử, gỡ lỗi từng hàm

 + Giai đoạn 4: Viết chương trình chính bằng cách gọi các hàm đã hoàn thành để thực hiện các bước từ giai đoạn 1, chạy thử và kiểm tra tổng thể.

- Lập trình theo phương pháp mô đun hoá dẫn đến chương trình có một số hàm do người lập trình định nghĩa

- Chương trình chính gọi các hàm để nhập dữ liệu, xử lý và xuất kết quả cuối cùng ra màn hình hoặc tệp, sau đó kết thúc

- Trái với lập trình kiểu nguyên khối, không có hàm nào do người lập trình tự định nghĩa

- Một chương trình dài mà không có hàm do người lập trình tự định nghĩa thì không phải là kết quả lập trình theo mô đun.

- Ước lượng độ phức tạp thời gian của thuật toán tìm kiếm tuần tự là \(O(n)\), tìm kiếm nhị phân là \(O(log_{2}n)\)

- Để minh hoạ trực quan, ta lập một dự án lập trình nhỏ để thực nghiệm và đo thời gian thực tế chạy thuật toán với các dãy số đầu vào ngẫu nhiên, lấy giá trị trung bình.

- Dưới đây là ví dụ minh hoạ việc áp dụng phương pháp mô đun hoá trong thiết kế chương trình và lập trình cho dự án này.

- Giai đoạn 1. Liệt kê các việc lớn

 + Sinh dãy ngẫu nhiên n số, gọi là dãy A.

 + Sắp xếp dãy A thành dãy B theo thứ tự tăng dần.

 + Đo thời gian tìm kiếm tuần tự và nhị phân của một số có trong dãy A và dãy B, tính trung bình cộng và xuất kết quả.

 + Đo thời gian tìm kiếm tuần tự và nhị phân của một số x bất kì trong dãy A và dãy B, tính trung bình cộng và xuất kết quả.

- Giai đoạn 2. Thiết kế các hàm

 + Phân tích chi tiết hơn những việc lớn cần làm trong từng bước kể trên thành các việc cụ thể hơn, Ví dụ:

* Hàm dayngaunhien: đầu vào hai số nguyên n và M, đầu ra một dãy n số ngẫu nhiên trong khoảng (0, M).

* Hàm sapxep: đầu vào một dãy số, đầu ra dãy số được sắp xếp theo thứ tự tăng dần.

* Tìm kiếm tuần tự: tên hàm tktuantu,...

* Tìm kiếm nhị phân: tên hàm tknhiphan...

 + Sinh ngẫu nhiên một số nguyên i trong khoảng (0, n − 1).

 + Chọn x = a[i] (phần tử chỉ số i trong dãy A).

 + Xác định x cũng có mặt trong dãy B.

 + Tìm số có mặt trong dãy: tên hàm tkcomat 

 + Đầu vào: x = a nói trên; hai dãy số A, B.

 + Đầu ra: khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tìm kiếm cho đến khi tìm thấy:

* Bằng tìm kiếm tuần tự trong dãy A.

* Bằng tìm kiếm nhị phân trong dãy B. 

 + Tìm số x bất kì: tên hàm tkbatki.

 + Đầu vào: một số x sinh ngẫu nhiên; hai dãy số A, B. 

 + Đầu ra: khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tim kiếm cho đến khi:

* Bằng tìm kiếm tuần tự trong dãy A.

* Bằng tìm kiếm nhị phân trong dãy B.

 + Kết thúc tìm kiếm:

- Ghi lại khoảng thời gian tìm kiếm: sử dụng hàm time để bắt đầu và kết thúc thời gian tìm kiếm bằng cách đặt trước và sau câu lệnh gọi tìm kiếm tuần tự (hoặc tìm kiếm nhị phân).

- Tính trung bình cộng thời gian tìm kiếm và xuất kết quả: tính tổng thời gian tìm kiếm và chia cho số lần thực hiện để tính trung bình. Không cần viết thành hàm riêng.

- Với Giai đoạn 3 và Giai đoạn 4, học sinh thực hiện dựa vào các kiến thức đã học đồng thời làm theo gợi ý của thầy, cô giáo.

- Phối hợp cùng lập trình: Tổ chức thành vài tệp mã nguồn riêng biệt để lập trình và tránh trùng lặp.

- Chương trình dễ hiểu hơn: Lập trình theo mô đun hoá dẫn đến chương trình ngắn gọn và dễ hiểu hơn, có các hàm với tên gợi nhớ cho biết chức năng của chúng.

- Dễ kiểm thử và sửa lỗi hơn: Phương pháp mô đun hoá tách biệt các công việc nên dễ thấy lỗi xảy ra khi xử lí việc gì, ở phần chương trình thực hiện hàm nào.

- Khả năng tái sử dụng: Những hàm do người lập trình tự định nghĩa có thể được dùng không chỉ trong chương trình vừa hoàn thành mà còn ở những chương trình khác sau này.

Hãy nêu các ưu điểm của lập trình theo mô đun?

Hướng dẫn giải:

Ưu điểm của lập trình theo mô đun: Tăng tính tái sử dụng, dễ bảo trì, dễ mở rộng và giảm thiểu các lỗi liên quan đến tính tương tác giữa các phần của hệ thống.

Học xong bài này, em sẽ:

- Giải thích được phương pháp thiết kế chương trình thành các mô đun cho một bài toán cụ thể.

- Nhận biết được lợi ích của phương pháp nêu trên: hỗ trợ làm việc đồng thời, dễ dàng bảo trì, phát triển chương trình và tái sử dụng các mô đun.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Tin học 11 Cánh diều Chủ đề FCS Bài 10 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Tin học 11 Cánh diều Chủ đề FCS Bài 10 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Khởi động trang 131 SGK Tin học 11 Cánh diều - CD

Hoạt động trang 132 SGK Tin học 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 1 trang 134 SGK Tin học 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 2 trang 134 SGK Tin học 11 Cánh diều - CD

Vận dụng trang 134 SGK Tin học 11 Cánh diều - CD

Câu hỏi 1 trang 134 Tin học 11 Cánh diều - CD

Câu hỏi 2 trang 134 SGK Tin học 11 Cánh diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Toán học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!