CN1135617A - 算法语言教育支援系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的旨在通过作成流程图理解算法语言。具有有选择地显示包含流程图符号和流程线的各种信息的显示器、输入各种指示的指示输入器、根据从指示输入器输入的指示利用显示器显示的流程图符号和流程线作成所希望的流程图的流程图作成器和验证由流程图作成器作成的流程图所表现的算法语言并使显示器显示其验证结果的验证器。

Description

算法语言教育支援系统

本发明涉及主要使用个人计算机(以后，简称为微机)等计算机学习算法语言的算法语言教育支援系统。

以往，使用微机及工作站等计算机学习算法语言时，通常都是使用程序语言。即，使用计算机学习算法语言时，是在作成与算法语言对应的程序时使用流程图使算法语言可视化，使用并使该流程图具体化即作成程序来学习算法语言，这种方法是大家所熟知的。这时，学习者必须学习流程图的画法和程序语言的内容。

另一方面，最近作为计算机的软件的操作系统，对于在画面上直观地显示图形及图表、易懂易操作的图形用户接口(GraphicalUser Interface：GUI)的研究已经兴盛起来。并且，采用这种GUI的方法已经实现了几个在程序世界由图形及图表这样的空间视觉信息构成的可视化程序。这是因为图形及图表可以比使用字符(现在的程序语言)这样的一维信息瞬时地传递更丰富的内容。反映这种动向、并在近期作为使程序可视化的方法，已经提案了根据程序生成NS图、PAD图、HIPO、数据流程图、状态迁移图等图像的系统，以及反过来根据图像及模块自动地生成程序的系统。

但是，为了学习程序语言，必须懂得语言格式、熟悉程序技巧，需要花费比较长的时间和付出很大努力。一方面虽然说程序语言是接近于人写的文章的语言即所谓的高级语言，但是，其学习仍然带有很强的专门技术性学习的色彩，所有开始学习的人不一定都能学习好，常有在开始学习不久或中途便失去学习的欲望而半途而废的情况。

另一方面，对于可视化方法，使用一看便可读取的图形及图表是适当的，但是，现在大多数这些方法还是用户不熟悉、不直观的，作成这些图形的系统尚未以统一的形式普及。

本发明的目的就是要解决这一问题。

为了达到上述目的，本发明采用了如下结构，亦即，本发明的算法语言教育支援系统的特征在于：具有有选择地显示包含流程图符号和流程线的各种信息的显示器、输入各种指示的指示输入器、根据从指示输入器输入的指示使用显示器显示的流程图符号和流程线作成所希望的流程图的流程图作成器、和验证由利用流程图作成器作成的流程图所表现的算法语言并且使显示器显示该验证结果的验证器。

为了学习和掌握流程图和程序的关系，除了上述结构外，最好进一步具有将由流程图作成器作成的流程图变换为所希望的程序语言的程序、并且使显示器显示该程序的变换器。本发明的程序语言包括Visual basic、C语言、COBOL等所谓的高级语言和将应用软件的操作顺序预先登录、根据需要调出使用的用于作成宏文件的语言即宏语言。

作为本发明的流程图作成器，典型的是具有从所显示的流程图符号和流程线中选择所希望的流程图符号和流程线的选择器、和对由选择器选择的流程图符号输入所希望的字符的字符输入器。

按照这样的结构，流程图作成器是根据指示输入器输入的指示利用显示器显示的流程图符号和流程线了作成流程图，验证器验证该流程图所表现的算法语言，并在显示器上显示该验证结果。因此，对于学习算法语言的人说来，通过作成依据构造化程序的流程图，便可理解所设想的算法语言。亦即，只要利用流程图这样的标准化的符号表现算法语言，就可以验证该算法语言，所以，就不必利用通常所采用的程序语言来表现算法语言了。这样，学习算法语言不必学习需要比较高的知识和记忆力的程序语言就可以验证所希望的算法语言。

图1是本发明的一个实施例的简要结构的框图。

图2是同一实施例的初始画面上的控制顺序的流程图。

图3是同一实施例的插入功能的控制顺序的流程图。

图4是同一实施例的编辑功能的控制顺序的流程图。

图5是同一实施例的执行功能的控制顺序的流程图。

图6是同一实施例的程序语言选择功能的控制顺序的流程图。

图7是同一实施例的初始画面上算法语言作成窗口的显示状态的画面结构说明图。

图8是执行同一实施例的插入功能时所显示的命令插入/变更用窗口的显示状态的画面结构说明图。

图9是在同一实施例的插入功能下选择命令符号时所显示的命令字符串作成用窗口的显示状态的画面结构说明图。

图10是在同一实施例的插入功能下、在完成一个命令符号的插入的状态下算法语言作成窗口的显示状态的画面结构说明图。

图11是表示同一实施例作成的流程图的算法语言作成窗口的显示状态的后面结构说明图。

图12是表示同一实施例作成的流程图的算法语言作成窗口的显示状态的后面结构说明图。

图13是在同一实施例的变更功能下变更一个判断命令符号后的算法语言作成窗口的显示状态的画面结构说明图。

图14是在同一实施例中执行算法语言作成窗口显示的流程图时的CRT显示器的显示状态的画面结构说明图。

图15是在同一实施例的程序语言选择功能下，在作成程序后利用单步执行时的显示状态的画面结构说明图。

1...CRT显示器

2a…键盘

2b…鼠标器

3…计算机本体

3a…CPU

3b…输入输出接口

3c…RAM

3d…ROM

3e…辅助存储装置

下面，参照附图说明本发明的一个实施例。

图1所示的算法语言教育支援系统，由作为显示装置的CRT显示器1、作为输入装置的键盘2a及鼠标器2b和计算机本体3构成。对于这些硬件结构，没有特别限制，只要是现在通常使用的个人计算机或工作站等结构就可以，操作系统(以后，简称为OS)的种类等不成为问题。计算机3例如可以是具有32位的CPU(中央运算处理单元)3a、输入输出接口3b和由RAM3c、ROM3d、硬盘装置及软盘装置等构成的辅助存储装置3e的计算机。在这样的结构中，由CRT显示器1和装入了必要的软件的计算机本体3形成有选择地显示包含流程图符号和流程线的各种信息的显示器，由键盘2a和鼠标器2b以及装入了必要的软件的计算机本体2形成输入各种指示的指示输入器。同样，根据指示输入器输入的指示利用显示器显示的流程图符号和流程线作成所希望的流程图的流程图作成器和验证由流程图作成器作成的流程图表现的算法语言并使显示器显示该验证结果的验证器通过将后面所述的算法语言教育支援程序装入计算机本体3而形成。

另一方面，将实现GUI的OS装入计算机本体3内，便可利用图形显示装入的包含算法语言教育支援程序的应用软件等。在这样的OS例如Windows(美国微软公司之商标)中，通过使光标与促使由CRT显示器1显示的图形及菜单条那样的输入的特定的显示位置重合、或操作鼠标器，可以执行图形与光标重合的显示所表示的处理。所谓操作鼠标器2b，是指按动鼠标器2b上的开关按钮的操作，这样，通过选择上述图形及确定光标表示的位置，便可执行从键盘2a以外指示计算机本体3的作业。

算法语言教育支援程序，作为程序语言具有例如Visual BA-SIC、C语言、FORTRAN和COBOL，图2～图6示出了其简要结构。程序中使用的流程图的命令符号及其描述规则，应用根据JISX0121信息处理流程图符号确定的符号和规则。

首先，在S1，作为初始画面将与所希望的算法语言对应的流程图作成用的算法语言作成窗口101显示在CRT显示器1的画面上。在初始画面的算法语言作成窗口101中，在开始端子符号形状的内侧标记为“开始”的开始按钮102和在终了端子符号形状的内侧标记为“终了”的终了按钮103由纵的流程线符号的形状的流程线按钮104连接。在该显示中，显示的符号本身起按钮的作用。这时，所谓按钮，就是根据鼠标器2b的动作在使在CRT显示器1上移动的指针或光标与作为目的的显示部分重叠的状态下进行操作，发挥执行所定义的内容的开关的功能。另外，算法语言作成窗口101在调出已作成的存储在辅助存储装置3e内的流程图时，也与该流程图一起显示。因此，算法语言作成窗口101可以在CRT显示器1的画面上同时显示多个包括现在正在作成中的流程图。而且，和后面所述的其他窗口一样，可以自由地改变CRT显示器1的显示画面上的显示尺寸，最大显示尺寸与CRT显示器1的有效显示区域的大小基本上相同。在显示的算法语言作成窗口101中，对于不能全部显示的流程图，通过上下左右移动(上卷)显示范围便可进行显示。

在S2，判断初始画面显示后的有效输入。在菜单条105的文件项目中，这时，作为有效的输入，准备了“打开文件”、“向文件内保存”、“编辑流程图”和“终了”。另外，移动光标，使之位于在算法语言作成窗口101中显示的流程线按钮104上的命令符号的插入位置和插入的指令的输入也是有效的。在S2对输入的判断，是按S2a“打开文件”、S2b“向文件内保存”、S2c“向流程图内插入命令符号”(有无操作流程线按钮104)、S2d“编辑流程图”、S2e“终了”的顺序进行。在S2a判定为“打开文件”时，就进入S3。在S2b判定为“向文件内保存”时，就进入S4。在S2c判定为“向流程图内插入命令”时，就进入S5。在S2d判定为“编辑流程图”时，就进入S6。在S2e判定为“终了”时，就结束所有的处理。

在S3，从辅助存储装置3e存储的文件中读入流程图。在S4，将作成或编辑过的流程图保存到辅助存储装置3e内。在S5，根据输入的指示，进行将新规格的命令符号201插入流程图、或者将从别的文件或同一文件中分割出来的或拷贝的内容插入(贴付插入)流程图、或者将别的的文件插入(文件插入)流程图的插入处理。关于该插入处理的详细情况，后面将参照图3所示的流程图进行说明。在S6，按命令块的单位对流程图进行编辑。所谓命令块，是指与结构化程序中的“连锁”、“判断”、“反复”对应的命令符号201的1组，对于显示的流程图，用虚线框将“判断”围起来表示，用实线框将“反复”围起来表示。

在S2c的插入处理即将命令插入流程图的处理，在操作显示的流程图的流程线按钮104时进行。具体说来，首先，在S10检测指定的流程线按钮104的位置。这可以利用所操作的指针的位置进行。在S11，显示命令插入/变更用窗口106。在命令插入/变更用窗口106内，各种命令符号201与其符号的意义一起显示。在S12，判断可以进行何种插入处理，并根据其结果将位于命令插入/变更用窗口106的下部的各插入按钮设定为可选择的状态。在选择插入处理之前，进行分割或拷贝处理时，贴付插入按钮112成为可选择的状态。通常，在命令插入/变更用窗口106内，可选择的按钮为命令插入按钮107、文件插入按钮108和取消按钮109。

在S13，检测所选择的命令符号201，然后，确认已操作了命令插入按钮107。在S14，确认已操作了命令插入按钮107后，显示命令字符串作成用窗口110(图9)。该命令字符串作成用窗口110是为了输入对命令符号201输入字符，可以使用鼠标器2b进行字符输入。在可以输入字符的状态下，可以从命令字符串作成用窗口110和键盘2a进行字符串输入。能输入的字符串是仅与显示相关的汉字、假名、字母、与算法语言的运算相关的各种函数、作为变量的字母和四则运算符号等。在S15，确认输入的字符串后，作成插入字符串。输入的字符串显示在设置在命令字符串作成用窗口110的上部的显示区域110a内。在图9中，示出了输入字母“a”及“b”和作为分隔输入的字符的分隔符号“，”的状态。在S16，确认已操作了命令字符串作成用窗口110内的OK按钮111或者按下了键盘2a的回车键后，便完成命令插入。在S17，在进入该插入处理之前，插入通过分割或拷贝而存储的命令块。在S18，从已作成并存储的文件读入流程图，并插入该读入的流程图。

图4所示的流程图，是按命令块单位编辑算法语言作成窗口101显示的流程图的命令时的流程图。首先，在S20，确认在操作位置和按压着键盘2a的Shift键的操作位置已指定了编辑的命令块。在S21，判断指定了编辑的命令块后的有效的输入。进行编辑时，有效的输入为“分割”、“拷贝”、“变更”、“删除”和“其他编辑”。对有效的输入的判断，按照S21a“分割”、S21b“拷贝”、S21c“变更”、S21d“删除”、S21e“其他编辑”的顺序进行。在S21a判定为“分割”时，就进入S22。在S21b判定为“拷贝”时，就进入S23。在S21c判定为“变更”时，就进入S24。在S21d判定为“删除”时，就进入S25。在S21e判定为“其他编辑”时，就进入S26。

然后，在S22，为了将指定的命令块用于贴付插入而暂时存储，并从流程图中删除该命令块。即，将指定的命令块从算法语言作成窗口101上暂时消去即从流程图中删除，就是在计算机本体3内暂时存储。这样分割的命令块，在输入贴付插入的指示时，插入到指定的位置(S18)。在S23，为了进行贴付插入而暂时存储指定的命令块。即，指定的命令块与“分割”不同，不从算法语言作成窗口101消去而暂时存储。在S24，改变位于指定的命令块的开头的命令符号201。这时，显示命令插入/变更用窗口106，将指定的命令块的开头的命令符号201置换为从命令插入/变更用窗口16选择的命令符号201。在S25，删除指定的命令块。在S26，进行上述以外的编辑处理。例如，当交替输入判断的命令块的“Yes”和“No”、用反复命令符号及判断命令符号将命令块包围起来、将连续的同种命令归纳为1个命令的融合处理或者反过来将多个字符串记录在1个命令的命令符号中时，有在1个命令符号内变更为逐行描述的分离处理等编辑处理。

图5所示的流程图，例如是如图11或图12所示的那样执行与指定的算法语言对应的流程图时的顺序。首先，在S30，在选择菜单条105的执行菜单后判断有效的输入。当选择了执行菜单时，有效的输入为“开始”、“单步”、“中断”和“再开始”。对有效的输入的判断，按照S30a“开始”、S30b“单步”、S30c“中断”、S30d“再开始”的顺序进行。当输入判断的结果为开始时，在S31，在算法语言执行窗口113内显示执行结果(图14)。当输入判断的结果为单步时，在S32，每当操作或按了空格键就将逐个命令符号执行的结果显示在算法语言执行窗口113内。即，在S32，与S31不同，不是暂时显示执行的结果，而是每操作或输入1次空格只执行1个命令符号。当输入判断的结果中断时，在S33就中断开始的执行。当再次开始输入判断的结果时，在S34就从中断的命令符号201再次开始执行。

在本实施例中，具有使用所希望的程序语言将作成的流程图作成源程序的结构。只要选择了菜单条105的语言项目，就显示所准备的语言的种类，指定了其中的一个，就可以使用指定的程序语言作成与流程图对应的程序。在图6中，S40是输入判断，按照VisualBasic(S40a)、C语言(S40b)、FORTRAN(S40c)、COBOL(S40d)的顺序判断是否选择了所显示的程序语言中的某一种。当选择了程序语言时，就在程序语言作成窗口114内显示从Visual Basic、C语言、FORTRAN和COBOL中选择的语言的源程序(S41、S42、S43、S44)。即，当选择了程序语言时，就开始进行将流程图变换为所选择的程序语言的处理，并将其结果即作成的程序显示在程序语言作成窗口114内(图14)。

将流程图变换为程序语言的处理的顺序按如下进行。首先，判断在流程图内所写的各命令符号201，判断对各命令符号201输入的字符串，根据命令符号201和字符串作成对应的程序的步骤，另外，判断是否还有未进行判断的命令符号201，如果还有时，就反复执行上述步骤，当没有了未进行判断的命令符号201时，处理即告结束。这时，预先存储与一个命令符号201对应的程序，将对该命令符号201输入的字符串与其程序组合，作成与流程图对应的程序的步骤。

在上述结构中，算法语言的学习首先是在算法语言作成窗口101内从作成流程图开始的。当作成所希望的流程图时，就在算法语言作成窗口101的开始按钮102与终了按钮103之间插入所需要的命令符号201，作成与目的算法语言对应的流程。

具体说来，就是首先操作算法语言作成窗口101内显示的开始按钮102和终了按钮103之间的流程线按钮104，显示命令插入/变更用窗口106(图8)。从命令插入/变更用窗口106显示的命令符号201中操作指针使之位于与目的命令符号201对应的命令选择按钮201a，然后，操作命令插入按钮107。当操作了命令插入按钮107时，命令插入/变更用窗口106就从画面上消失，代之以显示命令字符串作成用窗口110(图9)。

通过显示该命令字符串作成用窗口110，可以输入表示对命令符号201输入的内容的字符串，所以，就从键盘2a或所显示的命令字符串作成用窗口110内显示的键盘输入所需要的字符串。如果输入的字符串没有问题，操作OK按钮111或按下键盘2a的回车键，字符输入作业便告结束。当该字符输入作业结束时，命令字符串作成用窗口110就从画面上消失，在算法语言作成窗口101内显示包含插入的命令符号201的流程图。当插入命令符号201时，就在该命令符号201与开始按钮102及终了按钮103之间作成新的流程线按钮104(图10)。当插入判断的命令符号201时，就在算法语言作成窗口101内作成与“真(Yes)”对应的流程线按钮104和与“伪(No)”对应的流程线按钮104，并且，通过插入判断的命令符号201，用虚线表示作成的结构化程序的“判断”的命令块的范围。

这样，选择位于插入命令符号201的位置的流程线按钮104，选择位于该位置的命令符号201，反复进行输入字符串的作业，便可完成流程图。这时，算法语言教育支援程序执行S1→S2c→S5，然后，执行S10→S11→S12→S13→S14→S15→S16，利用鼠标器将所希望的字符串和命令符号201插入到学习者指示的位置(图11和图12)。

关于算法语言作成窗口101显示的流程图，通过选择菜单条105的编辑项目，还可以插入在其他文件中作成的某个命令块及流程图，取代命令符号201。即，在已作成的流程图中有在现在作成中的流程图中可以采用的命令块时，就打开存在该命令块的文件，拷贝所需要的部分，然后，贴付到作成中的流程图中。同样，也打开已作成的流程图的文件进行拷贝，贴付到作成中的流程图内。这时，相同的程序在执行S12后执行S17或S18。或者暂时变更作成的流程图时，就指定包含变更的命令符号的命令块，向该命令块的开头的命令符号指示进行变更。这样，如图13所示的那样，交替地输入图12的流程图的最初判断命令符号的真伪，根据其变更而改变总体结构。

通过执行这样作成的流程图，验证作为目的的算法语言。流程图的执行，是通过操作算法语言作成窗口101的菜单条105显示的执行项目，打开项目，在连续地执行命令符号201时，通过操作“开始”而执行流程图。这时，相同的程序执行S30a→S31。执行结果显示在算法语言执行窗口113内。该算法语言执行窗口113和算法语言作成窗口101同时显示在CRT显示器1上，可以识别正在执行的流程图的全体。另一方面，在对每个命令符号201执行作成的流程图时，在执行项目内，使进行单步操作或按压空格键的指针位于算法语言执行窗口113内的适当位置，对每个命令符号201验证其结果。在该单步的执行中，相同的程序执行S30b→S32，将每个命令符号201的结果显示在算法语言执行窗口113内(图14)。执行流程图时，如果存在不能执行的命令符号，可以将不能执行该命令符号的理由显示在错误信息窗口内。

因此，学习者作成流程图后不直接接触该流程图即程序语言便可验证流程图所表现的算法语言。即，学习者完全不必知道与所希望的算法语言对应的流程图作成的对应的程序。尽管如此，和执行与所希望的算法语言对应的程序时一样，可以即时地验证算法语言的好坏。另外，作成的流程图利用虚线表示结构化程序的命令块，所以，当确认了流程图时，就很容易理解算法语言。由于可以逐个执行作成的流程图的命令符号201，所以，可以可靠而迅速地掌握算法语言的各个命令符号201的意义。

另外，例如将未完成的流程图预先存储到辅助存储装置3e内，使学习这儿通过完成该流程图，理解已有的流程图所表现的算法语言，完成该流程图，也可以学习算法语言。即，为了完成给定的未完成的流程图，必须理解该流程图。并且，通过理解该流程图，就可以理解该流程图所表现的算法语言是什么。这一系列的作业，与逐行理解用程序语言描写的程序、掌握未完成的部分来学习算法语言相比，可以很容易地掌握。

而且，在本实施例中，在算法语言作成窗口101的菜单条105的语言项目内，只要操作了所希望的程序语言名，就可以作成该程序语言的程序。这时，可以在同一画面上确认作成的流程图和对应的源程序。即，如果该算法语言教育支援程序例如是C语言，就执行S40b→S41，在语言作成窗口114内显示该程序语言和与流程图对应的程序的全文。在这样作成程序语言的源程序后，按1个命令符号201的单位执行流程图时，在源程序的显示中，利用带网格的显示表示对应的部分，从而可以很容易地掌握执行状况(图15)。

本发明不限于以上说明的实施例。例如，也可以通过操作命令符号201而输入关于该命令的注释。即，对于算法语言作成窗口101显示的流程图的各个命令符号201，预先准备注释窗口用以用短文说明算法语言中所设想的内容，当操作命令符号201时，就显示该注释窗口，可以输入输出注释文。这种注释显示功能可以省略例如某一命令符号中所写的一部分字符串，也可以用于在该命令符号的注释窗口内预先用文章表示该命令符号所希望的处理，通过输入省略的字符串来完成该流程图。

另外，当使用可以进行彩色显示的显示装置时，也可以构成为使命令符号201内的字符串的显示颜色对于输入的字符串和为了预先显示而准备的字符串不同。即，例如在上述实施例中，图10中的“a，b”取为黑色，用蓝色显示“を入力”，便于相对于背景色的灰色容易识别。这种显示颜色的变更，例如，用可以在执行作成的流程图时发生错误时或插入命令符号201时插入位置和命令符号201不适当、判定不能执行时而用红色显示该命令符号201内的字符串。

另外，作为程序语言，只要准备了特定的应用软件的宏语言，通过作成流程图，不学习复杂的宏语言也可以作成所希望的操作顺序描述的宏语言的程序。这时，通过将作成的程序与其特定的应用软件相联系，便可作成所希望的宏文件。

此外，各部分的结构不限于图示的例子，在不超出本发明的主旨的范围内可以进行种种变形。

如上所述，本发明利用流程图作成器作成流程图，使算法语言具体化，利用验证器验证由该流程图所表现的算法语言并用显示器显示验证的结果，所以，可以容易地理解所有的算法语言。学习算法语言时使用流程图，因此，验证算法语言时实际上可以显示与算法语言不相关的命令及结构化程序的命令块，从而可以可视化地理解算法语言，即使是刚开始学习算法语言的人也可以很容易地加深对算法语言的理解。因此，学习算法语言不需要花费多少时间，从而可以提高解决问题的能力和创造力。

另外，由于具有将流程图变换为程序语言的程序的变换器，在学习算法语言时不需要花费学习程序语言的时间，但是，可以确认与流程图对应的程序，所以，又可以同时进行程序语言的学习。

Claims (3)

1.一种算法语言教育支援系统，其特征在于：具有有选择地显示包含流程图符号和流程线的各种信息的显示器、输入各种指示的指示输入器、根据从指示输入器输入的指示利用显示器显示的流程图符号和流程线作成所希望的流程图的流程图作成器和验证由流程图作成器作成的流程图所表现的算法语言并使显示器显示其验证结果的验证器。

2.如权利要求1所述的算法语言教育支援系统，其特征在于：进而还具有将由流程图作成器作成的流程图变换为所希望的程序语言的程序并使显示器显示该程序的变换器。

3.如权利要求1和2所述的算法语言教育支援系统，其特征在于：流程图作成器具有从显示的流程图符号和流程线中选择所希望的流程图符号和流程线的选择器和向选择器选择的流程图符号输入所希望的字符的字符输入器。

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