Блок-схема: определение, виды, построение¶

Блок-схема (flowchart, от англ. flow — «поток» и chart — «диаграмма») — это графическое представление алгоритма, процесса или workflow, в котором отдельные шаги изображаются в виде блоков различной формы, соединённых линиями или стрелками, указывающими последовательность выполнения. Блок-схемы относятся к классу графов и являются одним из наиболее распространённых инструментов визуального моделирования, применяемых в программировании, инженерии, бизнес-планировании и документировании.

¶История возникновения

Первые графические методы описания алгоритмов появились в начале XX века. В 1921 году инженеры Фрэнк и Лилиан Гилбрет предложили «диаграмму процесса» для изучения производственных операций, что считается отправной точкой в развитии структурных схем. В 1947 году математик Джон фон Нейман при создании архитектуры ЭВМ использовал блок-схемы для описания работы вычислительных машин.

Современный стандарт на блок-схемы был разработан в 1960-х годах Американским национальным институтом стандартов (ANSI), а в 1970 году принят Международной организацией по стандартизации (ISO) под номером ISO 1028. В СССР действовал аналогичный ГОСТ 19.701-90, описывающий правила выполнения схем алгоритмов и программ. С развитием языков структурного программирования в 1970-х годах популярность блок-схем несколько снизилась, однако они остались востребованными для документирования и обучения.

¶Основные элементы

Стандартная блок-схема строится из ограниченного набора графических символов, каждый из которых имеет строго определённое значение:

• Терминатор (овал или скруглённый прямоугольник) — обозначает начало или конец алгоритма.
• Процесс (прямоугольник) — описывает выполнение операции, вычисление или действие.
• Решение (ромб) — представляет точку ветвления, где проверяется условие и выбирается один из двух или более путей.
• Данные (параллелограмм) — обозначает ввод или вывод информации.
• Предопределённый процесс (прямоугольник с двойными боковыми линиями) — указывает на вызов подпрограммы или отдельного модуля.
• Соединитель (окружность) — используется для разрыва линии потока при переносе схемы на другую страницу или для избежания пересечения линий.
• Комментарий (прямоугольник с волнистой или разорванной линией) — содержит пояснительный текст.

Линии потока соединяют блоки и показывают направление выполнения. По стандарту, линии должны идти сверху вниз или слева направо; при нарушении этого правила на стрелку наносится маркер направления. Каждый символ сопровождается краткой текстовой надписью, поясняющей выполняемое действие.

¶Классификация блок-схем

По назначению выделяют несколько разновидностей блок-схем:

Алгоритмические блок-схемы описывают последовательность операций в программе или вычислительном процессе. Они применяются при разработке программного обеспечения, проектировании алгоритмов и в учебных курсах по программированию.

Блок-схемы бизнес-процессов визуализируют организационные процедуры, документооборот, логистические цепочки. Такие схемы часто дополняются «дорожками» (swimlanes), разделяющими зоны ответственности различных отделов или исполнителей.

Функциональные блок-схемы (в нотации IDEF0) акцентируют внимание на входах, выходах, управлении и механизмах каждой функции системы. Они широко применяются в системном анализе и проектировании сложных технических комплексов.

По структуре блок-схемы делятся на линейные (последовательное выполнение шагов), разветвляющиеся (содержат условные переходы) и циклические (включают повторяющиеся участки).

¶Правила построения

При разработке блок-схем соблюдаются следующие требования:

• Схема начинается одним терминатором «Начало» и заканчивается терминатором «Конец».
• Каждый блок должен иметь один вход и один или два выхода (для ромба решения — два или три).
• Линии потока не должны пересекаться без необходимости; для обхода пересечений применяются соединители.
• Ветви, исходящие из блока решения, подписываются словами «Да» и «Нет» или условиями перехода.
• Надписи внутри блоков должны быть краткими, формулировки — однозначными и не допускающими двойного толкования.

¶Программные средства

Современные инструменты для создания блок-схем делятся на две категории. К первой относятся графические редакторы общего назначения (Microsoft Visio, draw.io, Lucidchart), предоставляющие библиотеки готовых фигур и автоматическое выравнивание. Ко второй — специализированные средства моделирования, такие как Enterprise Architect, ARIS и диаграммные модули сред разработки (например, встроенный редактор в IntelliJ IDEA или Visual Studio).

Для автоматической генерации блок-схем из текстового описания используются языки разметки, наиболее известным из которых является Mermaid. Он позволяет описывать графы и диаграммы простым текстовым синтаксисом, который затем преобразуется в изображение. Также существуют инструменты для обратного проектирования — восстановления блок-схемы по исходному коду программы.

¶Применение

В программировании блок-схемы применяются на этапе проектирования алгоритма до написания кода, что позволяет выявить логические ошибки на ранних стадиях. Схемы используются в технической документации, стандартах предприятия и учебной литературе.

В менеджменте и производстве блок-схемы служат для регламентации процессов, анализа узких мест и оптимизации операций. Методология «Шесть сигм» и стандарты серии ISO 9001 рекомендуют применение блок-схем при документировании систем менеджмента качества.

В образовании блок-схемы выступают базовым инструментом обучения основам алгоритмизации. В школьном курсе информатики России построение блок-схем традиционно входит в обязательную программу, предшествуя изучению языков программирования.

¶Ограничения и альтернативы

Классические блок-схемы имеют ряд недостатков: при описании сложных алгоритмов они становятся громоздкими и трудночитаемыми. Для структурного программирования более удобны псевдокод и диаграммы Насси — Шнейдермана, которые компактнее отображают вложенные конструкции. Для моделирования параллельных процессов и объектно-ориентированных систем применяются UML-диаграммы деятельности и диаграммы состояний. Тем не менее блок-схема остаётся универсальным и интуитивно понятным средством коммуникации, не требующим специальной подготовки от читателя.