Algoritmické myšlení – 3. střední škola

MTL

umime.to/MTL

Algoritmické myšlení je součást obecnějšího informatického myšlení, která se zaměřuje na navrhování algoritmů.

Co zahrnuje algoritmické myšlení?

Algoritmus je přesně daný postup, kterým řešíme určitý problém. Algoritmické myšlení se typicky využívá při programování, tj. při zápisu algoritmů, které provádí počítač. Má však svoje využití i v běžném životě: typickými příklady jednoduchých algoritmů jsou recepty na vaření nebo instrukce k sledování cesty z jednoho místa na druhé.

Algoritmické myšlení zahrnuje nejen tvorbu algoritmu, ale i další související kroky:

Porozumění problému, jasná formulace problému.
Abstrakce, rozklad problému na podčásti, odlišení podstatných prvků od těch, které jsou méně důležité.
Zvážení různých přístupů k řešení problému, porovnání efektivity algoritmů, optimalizace postupů.
Porozumění algoritmu, který vymyslel někdo jiný, a jeho provedení.
Hledání a opravování chyb.

Algoritmické myšlení na Umíme informatiku

V rámci Umíme informatiku dělíme toto téma na několik podtémat:

Rozpoznávání vzorů – vyhledávání společných vzorů a vlastností, vzory v posloupnostech, popis vzorů
Posloupnosti příkazů – skládání algoritmů z více příkazů
Cykly a podmínky – opakované a podmíněné vykonávání příkazů
Proměnné – práce se stavovou informací, ukládání hodnot do proměnných
Funkce a zobecňování – zobecňování (abstrakce) vzorů, rozklad (dekompozice) problémů na části, použití funkcí
Vývoj programů – ladění, hledání chyb

Příklady v této části staví především na „mikrosvětech“, což jsou jednoduchá, intuitivní prostředí s omezeným množstvím příkazů a současně zajímavou dynamikou. Jsou začleněny jak variace na často používané principy (želví grafika, robot na mřížce), tak originální variace jako kouzla nebo deaktivace bomby.

Pro zápis programů zde využíváme blokové programování, k jehož použití nabízíme samostatný metodický text pro učitele.

Rozhodovačka

Rychlé procvičování výběrem ze dvou možností.

Algoritmické myšlení

Posloupnosti příkazů

Pořadí příkazů

Posloupnosti kouzel

Deaktivace bomby: posloupnosti

Vstup a výstup

Vnořené bloky

Cykly a podmínky

Opakuj N×

Opakovací kouzla

Deaktivace bomby: opakování

Podmínky a větvení

Podmíněná kouzla: oblékání příšerek

Deaktivace bomby: podmínky

Deaktivace bomby: rozhodovací stromy

Opakuj dokud

Deaktivace bomby: opakuj dokud

Opakované rozhodování

Vláček: opakované rozhodování

Vnořené cykly

Vnořeně opakovací kouzla

Deaktivace bomby: vnořené cykly

Cykly a podmínky: mix

Kouzla: mix

Deaktivace bomby: mix

Proměnné

Proměnné: základní princip

Proměnné: obecné principy

Proměnná kouzla

Deaktivace bomby: proměnné

Výrazy s proměnnými

Cykly s proměnnými

Podmínky s proměnnými

Typy proměnných

Pojmenování proměnných

Použití proměnných

Funkce a zobecňování

Funkce bez parametrů

Funkce s parametry

Zobecňování programů

Rozklad programů

Výrazy s proměnnými

Rozhodovačka • střední

Přesouvání

Přesouvání kartiček na správné místo. Jednoduché ovládání, zajímavé a neotřelé úlohy.

Algoritmické myšlení

Rozpoznávání vzorů

Vzory v posloupnostech

Doplňování řad: čísla

Doplňování řad: geometrické útvary

Rozklad obrázků na části

Rozklad obrázků

Posloupnosti příkazů

Pořadí příkazů

Stavby z kostek

Cykly a podmínky

Opakuj N×

Včelí smyčky

Podmínky a větvení

Sběr vlajek: podmínky

Rozhodovací stromy

Funkce a zobecňování

Abstrakce

Žebřík abstrakce

Funkce s parametry

Obrázkové funkce

Vývoj programů

Vývojové diagramy

Vývojové diagramy: úpravy textu

Vývojové diagramy: proměnné a čísla

Doplňování řad: čísla

Přesouvání • těžké

Označování

V zadaném obrázku či textu máte za úkol označit všechny oblasti, které splňují určitou vlastnost.

Algoritmické myšlení

Proměnné

Proměnné: obecné principy

Průzkum vesmíru: proměnné

Cykly s proměnnými

Vybarvování: cykly s proměnnými

Podmínky s proměnnými

Vybarvování: podmínky s proměnnými

Funkce a zobecňování

Funkce s parametry

Vybarvování: funkce s parametry

Rekurze

Vybarvování: rekurze a fraktály

Vybarvování: podmínky s proměnnými

Označování • střední

Pexeso

Hledání dvojic, které k sobě patří.

Algoritmické myšlení

Rozpoznávání vzorů

Stejné vzory

Knoflíky a nitě

Proměnné

Proměnné: obecné principy

Typy proměnných

Funkce a zobecňování

Abstrakce

Abstrakce příšerek

Typy proměnných

Pexeso • střední

Krok po kroku

Doplňování jednotlivých kroků v rozsáhlejším postupu.

Algoritmické myšlení

Cykly a podmínky

Opakuj N×

Podmínky a větvení

Opakuj dokud

Proměnné

Proměnné: obecné principy

Funkce a zobecňování

Funkce s parametry

Vývoj programů

Ladění, hledání chyb

Ladění programů s proměnnými

Úprava programů

Úprava programů s proměnnými

Ladění programů s proměnnými

Krok po kroku • střední

Doplňování textu

Krátké texty, do kterých doplňujete na vybraná místa správnou variantu ze dvou možností.

Algoritmické myšlení

Proměnné

Proměnné: obecné principy

Pojmenování proměnných

Použití proměnných

Proměnné: obecné principy

Doplňování textu • střední

Psaná odpověď

Cvičení, ve kterém píšete odpověď na klávesnici.

Algoritmické myšlení

Rozpoznávání vzorů

Vzory v posloupnostech

Psaná odpověď • těžké

Želví grafika

Vykreslování obrázků želví grafikou za využití blokového programování.

Základy

Pro začátek naučíme želvu základní příkazy pro posun a zatáčení a nakreslíme s ní pár jednoduchých obrazců. Pokud si sami potřebujete ujasnit, jak fungují úhly, zkuste nejdřív pexeso na úhly.

Obrázky s opakováním

Přidáme želvě možnost opakovat příkazy, díky čemuž zvládne vykreslit už trochu zajímavější obrázky.

Kreslení

Aby to kreslení nebylo tak fádní, naučíme želvu malovat barevně a zvedat štětec.

Kreslení II

A teď si zkusíme nakreslit pár obrázků z (želvího) života. Kreslení těchto obrázků není sice úplně jednoduché, ale nevyžaduje žádný složitý nápad.

Vzory s opakováním

Když správně použijete vnořené opakování, želva dokáže vykreslit zajímavé obrazce.

Želva s limitem

V této sadě máte za úkol psát pro želvu krátké programy –⁠ každá úloha má limit na počet příkazů. Dokážete najít ten správný, stručný zápis programu?

Vzory s opakováním II

Pár dalších vzorů s pravidelným opakováním. Některé vypadají komplikovaně, ale jdou všechny vykreslit snadno. Jen je potřeba se na ně správně podívat.

Proměnné

Naučíme želvu používat proměnné a ta nám díky tomu nakreslí pěkné spirály.

Proměnné II

Složitější příklady s proměnnými.

Ladění obrázků

V této sadě máte připravené programy, které jsou skoro správně. Ale jenom skoro. Zkuste v nich najít chybu a opravit ji.

Úprava programů

V této sadě máte k dispozici hotové řešení, které je ale nepěkné. Úkolem je program vylepšit, aby byl stručnější a vešel se do limitu na počet příkazů.

Správné úhly

Želva zvládne nakreslit pěkné hvězdy a další obrazce. Musíte jí ale říct, o jaký úhel má přesně zatočit. Zkuste ten správný úhel nehádat, ale vypočítat.

Želva s limitem II

Druhá, náročnější sada s limity na počet příkazů.

Záludné

Směsice těžších úloh. Jdou často řešit krátkým programem, ale může k tomu být potřeba ten správný nápad.

Želví experimentárium

Na závěr tu máme úlohy „na hraní“. U těchto úloh není žádné jasné zadání k vyřešení. Máte připravený program, se kterým můžete experimentovat.

Správné úhly

Želví grafika

ProgMalování

Tvorba obrázků skládáním základním tvarů (např. kruh, čtverec), využití blokového programování.

Skládání tvarů

Skládáním základních tvarů se dají vykreslit zajímavé geometrické obrazce. Zvlášť když zapojíme speciální inverzní štětec.

Skládání tvarů II

Dokážete se na útvary správně podívat a poskládat je ze základních?

Malovací rozcvička

Sada příkladů na rozcvičení a vyzkoušení ovládání.

Obrázky

Kreslení obrázků pomocí základních operací. Bude potřeba se trochu zamyslet nad správným pořadím...

Obrázky II

Trochu rozsáhlejší obrázky. Nevyžadují žádný velký nápad, jen trochu důslednosti.

Vzory s opakováním I

Zde máme navíc příkaz pro opakování, který využijeme pro vykreslování řad a vzorů.

Vzory s opakováním II

Pokročilejší sada využívající opakování.

Proměnné

A teď si přidáme proměnné, což dohromady s opakováním umožňuje dělat nové zajímavé vzory.

Funkce

Pomocí funkcí můžeme vytvořit nové vzory a umisťovat je na různá místa na plátně.

Ladění obrázků

Důležitou součástí programování je ladění, tedy hledání chyb a jejich opravování. V této sadě si to můžete natrénovat: dostanete připravený program a jen ho musíte mírně doladit.

Záludné

Sbírka náročnějších úloh na závěr.

Funkce

ProgMalování

Plošinovka

Ovládejte skákající postavu pomocí blokového programování.

Čarování

Pan Blob umí kouzlit! Dokáže třeba odčarovat všechny plošinky s trávou.

Duch

Pan Blob se dokáže proměnit na ducha. Jako duch dokáže přejít přes nebezpečné ostny nebo pavouky, ale neumí sbírat mince.

Interakce

Vytvořte si vlastní pravidla hry a pak si hru zahrajte! V této sadě pan Blob dokáže reagovat nejen na prvky na plánu, ale i na kliknutí.

Interakce a střílení

Vytvořte si vlastní střílečku! Za využití klikání pomozte panu Blobovi překonat pavouky.

Interakce a čarování

Pan Blob bude čarovat a vy mu u toho můžete pomoct klikáním ve správnou chvíli.

Podmínky: základy

Pan Blob je inteligentní a nemusí u každého kaktusu dělat to stejné. Může se rozhodnout podle toho, zda kaktus roste na trávě, nebo písku.

Pavouci a střely

Pozor, některé plošinky hlídají obří pavouci. Pan Blob je však umí sestřelit.

Rozšířené podmínky

Aby se pan Blob mohl lépe rozhodovat, naučíme ho nové podmínky na směr chůze a počet mincí.

Interakce a podmínky

Nyní se pan Blob pustí do průzkumu záludnějších plošinových světů, na což se bude hodit využít podmínky i událost klikání.

Duch a podmínky

Pan Blob se opět potřebuje měnit v ducha, tentokrát ale jen za vhodných podmínek.

Čarování s podmínkami

Nyní pan Blob bude potřebovat jak čarování, tak podmínky.

Kombinace podmínek

V této sadě využijeme kombinace podmínek (logické spojky, vnořené podmínky).

Čítače

Pan Blob umí i počítat. Sice jen po jedné, ale i to stačí.

Záludné

Výběr těžších úloh. Některé jdou vyřešit i jednoduchým programem, nemusí být ale snadné to správné řešení najít.

Duch a podmínky

Plošinovka

Stavitel

Pomocí blokového programování vytvořte program pro stavitele Standu.

Základy stavitelství

Stavitel Standa se představuje a natrénuje si základní akce (chůze, přesun materiálu, stavění, kácení).

Stavby s plánováním

V této sadě čekají Standu úkoly jen za využití základních příkazů. Postup je však potřeba dobře naplánovat, aby byl efektivní.

Stavby s opakováním

Standa je pracovitý a dokáže toho postavit hodně. Pro zadávání úkolu se nám bude hodit příkaz opakuj.

Stavby s opakováním: těžší

Úkoly využívající jen základní cyklus opakuj. Je ale potřeba to dobře vymyslet.

Opakuj dokud

Tentokrát vyzkoušíme formu příkazu opakuj s využitím podmínek.

Opakuj dokud: těžší

Mírně náročnější úkoly využívající cyklus opakuj dokud.

Opakování a podmínky

Standu čekají náročnější stavební úkoly, bude se muset opakovaně rozhodovat podle aktuální situace v terénu.

Opakování a podmínky: těžší

Vnořené cykly

Funkce bez parametrů

Rekurze

Bonusová sada, ve které nejsou dostupné bloky pro opakování. Místo toho je potřeba vhodně využít rekurzivní funkce (funkce, které volají sami sebe).

Ladění programů

V této sadě jsou připravené programy, které jsou skoro správně. Jsou v nich drobné chyby, které máte za úkol najít a opravit ji.

Záludné

Opakuj dokud

Stavitel

Robotanik

Jednoduché grafické ovládání, zapeklité programátorské úlohy.

Trénink

Vyzkoušejte si základní ovládání Robotanika.

Lehké

Sada úloh, které zvládne s trochou přemýšlení vyřešit i programátorský nováček.

Středně těžké

U těchto úloh už se budete muset trochu víc zamyslet, ale nejsou v nich ještě žádné záludné finty.

Těžké

Tady už to začíná být komplikovanější. U těchto příkladů už je často potřeba využít naplno princip rekurze (zanořování a vynořování z funkcí).

Opravdová výzva

Tyto úlohy už mohou dát zabrat i zkušenému programátorovi.

Trénink

Robotanik

Python želva

Tvorba programů v Pythonu, kreslení obrázků želví grafikou.

Rekurze a fraktály

Náročné, bonusové téma pro pokročilé. Za využití rekurze můžeme pomocí želví grafiky kreslit elegantní fraktály. Jde to často krátkým programem, který však vůbec není lehké vymyslet...

Rekurze a fraktály

Python želva

Filtr podle ročníku

Cvičení

Algoritmické myšlení – 3. střední škola

umime.to/MTL

Co zahrnuje algoritmické myšlení?

Algoritmické myšlení na Umíme informatiku

Rozhodovačka

Posloupnosti kouzel (těžké)

zadání: 48

Deaktivace bomby: posloupnosti (střední)

zadání: 46

Deaktivace bomby: posloupnosti (těžké)

zadání: 48

Vstup a výstup (střední)

zadání: 54

Vnořené bloky (střední)

zadání: 38

Vnořené bloky (těžké)

zadání: 40

Opakuj N× (střední)

zadání: 50

Opakuj N× (těžké)

zadání: 48

Opakovací kouzla (těžké)

zadání: 43

Deaktivace bomby: opakování (střední)

zadání: 50

Deaktivace bomby: opakování (těžké)

zadání: 56

Podmínky a větvení (střední)

zadání: 60

Podmínky a větvení (těžké)

zadání: 58

Podmíněná kouzla: oblékání příšerek (střední)

zadání: 40

Podmíněná kouzla: oblékání příšerek (těžké)

zadání: 44

Deaktivace bomby: podmínky (střední)

zadání: 53

Deaktivace bomby: podmínky (těžké)

zadání: 44

Deaktivace bomby: rozhodovací stromy (střední)

zadání: 40

Opakuj dokud (těžké)

zadání: 50

Deaktivace bomby: opakuj dokud (střední)

zadání: 41

Vláček: opakované rozhodování (střední)

zadání: 35

Vnořené cykly (střední)

zadání: 34

Vnořeně opakovací kouzla (střední)

zadání: 40

Deaktivace bomby: vnořené cykly (střední)

zadání: 40

Cykly a podmínky: mix (střední)

zadání: 190

Cykly a podmínky: mix (těžké)

zadání: 156

Kouzla: mix (střední)

zadání: 128

Kouzla: mix (těžké)

zadání: 87

Deaktivace bomby: mix (střední)

zadání: 184

Deaktivace bomby: mix (těžké)

zadání: 100

Proměnné: základní princip (střední)

zadání: 44

Proměnné: základní princip (těžké)

zadání: 44

Proměnné: obecné principy (střední)

zadání: 50

Proměnné: obecné principy (těžké)

zadání: 51

Proměnná kouzla (těžké)

zadání: 43

Deaktivace bomby: proměnné (střední)

zadání: 48

Deaktivace bomby: proměnné (těžké)