- Dispensa I ALGORITMI

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1 Elementi di Informatica e Programmazione - Dispensa I ALGORITMI Alessandro Saetti ( alessandro.saetti@unibs.it) Università degli Studi di Brescia 1 Introduzione al modulo didattico Elementi di Informatica e Programmazione Docente: Alessandro Saetti (alessandro.saetti@unibs.it) Esercitatori: Marco Sechi (marco@sechi.it,marco.sechi@unibs.it) Andrea Bonisoli (andrea.bonisoli@unibs.it) Giovanni Caniato (giocaniato@gmail.com) Orario: Lun: 14:30-16:30 in MTA Gio: 8:30-10:30 in N1 en: 14:30-16:30, in N2 Ricevimento: Mar: 16:30-17:30 in ufficio 29 DII Assistenza tramite andrea.bonisoli@unibs.it, marco.sechi@ing.unibs.it Sito web: oppure 2

2 L importanza di saper programmare 3 L importanza di sapere programmare in questo secolo! 4

3 Linguaggi più popolari 5 Introduzione al modulo didattico: Il materiale didattico D. Sciuto, G. Buonanno, L. Mari Introduzione ai Sistemi Informativi (quinta edizione), McGraw-Hill, 2014 G. Guida, M. Giacomin ondamenti di Informatica, rancoangeli, 2013 Kim N. King Programmazione in C, Apogeo, 2009 Oppure A. Kelley, Ira Pohl C Didattica e Programmazione, Pearson,

4 Introduzione al modulo didattico: L'esame L'esame consiste in 1. Prova scritta su cultura informatica 2. Prova scritta su programmazione La prova 2 è corretta solo se la prova 1 è superata La prova 2 può essere sostenuta anche successivamente alla prova 1 Il voto della prova 1 è annullato se lo studente fallisce due volte la prova 2 OPPURE prova in itinere 7 I Problemi e la loro Soluzione ariabile di uscita Classe di domande omogenee Problema Quanto vale la radice quadrata intera Y di un intero positivo X? ariabile di ingresso Istanza Quanto vale la radice quadrata intera Y di 49? Dati = N (numeri naturali) Risultati = R (numeri reali) Soluzione dell'istanza = 7 8

5 Risoluzione di un Problema Esigenze Identificazione Problema Soggetto 1! Analisi Soluzione: ALGORITMO Descrizione Soluzione descritta Soggetto 2 Interpretazione descrizione Descrizione interpretata!oppure Attuazione soluzione Soluzione 9 Il Concetto di Algoritmo Metodo, procedura o ricetta generale che specifica come produrre una soluzione per ogni possibile istanza del problema Specificato mediante una sequenza di istruzioni elementari Risolvere un problema corrisponde a risolvere un'opportuna successione di problemi più semplici è SCOMPOSIZIONE IN SOTTO-PROBLEMI 10

6 Il Calcolatore come Esecutore (una prima definizione) Soluzione di un problema (programma - descrizione di un algoritmo -) Dati iniziali (assegnati a variabili di input) CALCOLATORE Risultati dell'esecuzione in corrispondenza dei dati iniziali (assegnati a variabili di output) 11 Elementi Linguistici dell Esecutore 1. Il linguaggio che è in grado di interpretare 2. L'insieme delle azioni che è in grado di compiere 3. L'insieme delle regole che a ogni frase del linguaggio associano le relative azioni da compiere 12

7 Computazione: definizioni Computazione: esecuzione di un algoritmo in corrispondenza di certi dati iniziali Passo di computazione: ogni singolo passo elementare che l'esecutore compie durante una computazione Processo: sequenza di passi elementari che l'esecutore compie in corrispondenza di certi dati iniziali durante l'esecuzione di un algoritmo lusso di esecuzione: ordine di esecuzione delle istruzioni Algoritmo = concetto statico Processo= concetto dinamico 13 Proprietà di un Algoritmo initezza: costituito da un numero finito di istruzioni Univocità: ogni istruzione è univocamente interpretabile Effettività: esiste un esecutore capace di eseguire ogni istruzione in un tempo finito Determinismo: per qualunque dato di ingresso, a ogni passo della computazione, esiste al più un passo successivo. Correttezza: calcola correttamente la funzione rappresentata Efficienza: perviene alla soluzione del compito impiegando una certa quantità di risorse fisiche Terminazione: l'esecuzione termina in un numero finito di passi di computazione 14

8 Algoritmo = ariabili + Istruzioni Dati iniziali ALGORITMO Dati finali (soluzione) variabili Istruzioni che operano sulle variabili 15 ariabili Hanno un nome per identificare univocamente la variabile Hanno una locazione di memoria per conservare il dato che la variabile memorizza Gli può essere assegnato un valore Possono comparire in istruzioni di assegnamento ed espressioni Classificate in base a visibilità da parte dell utente, variabilità, struttura, origine, visibilità nel codice, visibilità nel flusso di esecuzione 16

9 Istruzioni di Assegnamento tmp x y x y?? 7 9 t t 0 tmp x; t 1 x y; 7 9 t t t 2 x y; t t 4 y x; 9 9 t 3 y tmp; t t 4 x y tempo 7 tmp 9 7 x y t 6 tempo 17 Istruzioni Aritmetico-Logiche Espressioni aritmetiche sono formate da: Operandi: variabili, costanti, espressioni aritmetiche Operatori: somma (+), addizione (-), moltiplicazione (*), divisione intera (/), resto (mod) Semantica: quella usuale dell aritmetica 18

10 Istruzioni Aritmetico-Logiche Espressioni relazionali sono formate da: Operandi: variabili, costanti, espressioni aritmetiche Operatori: operatori relazionali di uguaglianza (==), diversità (!=), minoranza (<) e maggioranza (>) fra numeri Semantica: quella delle disequazioni fra numeri 19 Istruzioni Aritmetico-Logiche Espressioni logiche e predicati logici sono formate da: Operandi: variabili, costanti, espressioni relazionali Operatori: operatori logici, tra cui congiunzione (AND), disgiunzione (OR) e negazione (NOT) Semantica: quella dell'algebra di Boole (logica proposizionale) 20

11 Algebra di Boole Operatori Negazione not A A A Congiunzione A and B A B A B Disgiunzione A or B A B A + B Disgiunzione esclusiva A xor B A ^ B A B Implicazione (se... allora) A B A B Doppia implicazione (se e solo se) A B A B 21 A not A Algebra di Boole Operatori A B A and B A B A or B A B A xor B A B A B A B A B A B A nand B A B A nor B

12 Schemi a Blocchi La simbologia comunemente utilizzata inizio I/O fine sì cond no elaborazione selezione a 2 vie sottoprogramma 23 Schemi a Blocchi Strutturati Esistono dei vincoli da rispettare per progettare buoni programmi Inizio Blocco Strutturato Composto ine 24

13 Blocco Strutturato Composto Sequenza e Selezione Selezione a 2 vie cond 25 Blocco Strutturato Composto Selezione Semplice cond cond Si usa un blocco funzionale nullo 26

14 Blocco Strutturato Composto Ciclo a condizione iniziale cond Si resta nel ciclo finchè la condizione rimane vera CORPO del CICLO 27 Blocco Strutturato Composto Blocco funzionale semplice 28

15 SB generici e SBS Teorema di Boem-Jacopini: per ogni SB non strutturato esiste uno SBS debolmente equivalente (ottenibile attraverso trasformazione funzionale) SBS permette di risolvere ogni problema solubile Ø Dal punto di vista funzionale SBS è potente quanto SB! SBS non permette di rappresentare ogni possibile algoritmo Ø Dal punto di vista algoritmico SBS è meno potente di SB! 29 Altre Strutture di Controllo Tipiche Ciclo a condizione finale cond cond 30

16 Altre Strutture di Controllo Tipiche Struttura Condizionale Multipla p1 1 p1 p2 1 p2 2 p3 2 p Altre Strutture di Controllo Tipiche Ciclo controllato da contatore A p1 Assegnamento di una variabile contatore B CORPO del CICLO Modifica di una variabile contatore 32