Sviluppo di programmi

Transcript

1 Sviluppo di programmi Per la costruzione di un programma conviene: 1. condurre un analisi del problema da risolvere 2. elaborare un algoritmo della soluzione rappresentato in un linguaggio adatto alla comprensione degli esseri umani ma abbastanza vicino ai linguaggi di programmazione 3. produrre un programma scritto nel linguaggio di programmazione scelto

2 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione dei contenitori di dati (variabili) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

3 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione dei contenitori di dati (variabili) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

4 FASE 1: problema e sua analisi L analisi di un problema è la primissima cosa da fare quando si è di fronte alla richiesta di risolverlo Bisogna capire bene il problema prima di pensare di risolverlo! L analisi del problema deve fornire come prodotto: un nome ed una breve descrizione di cosa si vuol fare un elenco di requisiti, ovvero, di richieste, vincoli che il programma deve soddisfare

5 Esempio di Analisi del problema: ax2+bx+c Problema: CALCOLO RADICI Descrizione: calcolare le soluzioni reali di una equazione di secondo grado Requisiti: l equazione può avere nessuna soluzione reale, due soluzioni coincidenti, o due soluzioni distinte. Si devono, in questi casi, evidenziare il messaggio nessuna radice radici coincidenti r (dove r è il valore delle radici) radici distinte r1 ed r2 (dove r1 ed r2 sono il valore delle radici)

6 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione dei contenitori di dati (variabili) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

7 FASE 2: specifica funzionale Una specifica funzionale descrive: quali sono i dati iniziale, ovvero i dati di input (ingresso) da elaborare qual è il risultato atteso in funzione dei dati in ingresso (output, uscita dell algoritmo)

8 Esempio di specifica funzionale CALCOLO RADICI: specifica funzionale INPUT: i numeri reali a,b,c che sono i coefficienti dell equazione da risolvere OUTPUT: i messaggi nessuna radice reale x1=x2=r se l equazione ha due radici reali coincidenti pari ad r x1=r1, x2=r2 se l equazione ha due radici reali distinte pari ad r1 ed r2

9 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione dei contenitori di dati (variabili) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

10 FASE 3: scrittura dell algoritmo Descrizione dell algoritmo, ovvero, dei passi da eseguire per giungere al risultato di uscita partendo dai dati in input La prima stesura non necessariamente deve essere completa di ogni dettaglio. in genere, si procede per raffinamenti successivi (analisi TOP-DOWN del problema)

11 Esempio di stesura preliminare di algoritmi CALCOLO RADICI: stesura preliminare dell algoritmo risolvo il problema calcolando il discriminante (delta) dell equazione analizzo i vari casi di delta <0 =0 >0 costruisco per ognuno di questi casi il messaggio da produrre in output Successivamente si definiscono le variabili (contenitori di dati) coinvolte e dettaglio la specifica dell algoritmo usando un diagramma di flusso o lo pseudo codice.

12 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione delle variabili (contenitori di dati) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

13 FASE 3.1: definizione delle variabili Ogni algoritmo deve tenere traccia (memorizzare) i valori dei dati in input, dei risultati in output, e dei valori intermedi calcolati durante l esecuzione dei passi A questo fine si usano delle variabili (contenitori di dati). Ogni variabile ha un nome associato al dato (valore) memorizzato. Una variabile è una astrazione (semplificazione) della nozione di area di memoria (una o più celle della RAM, un registro generale) contenente i bit rappresentanti i dati I dati contenuti in una variabile hanno un tipo (si dice che una variabile è di un certo tipo) che caratterizza un insieme di elementi e le operazioni che sono possibili su di essi

14 FASE 3.1: definizione delle variabili Ogni variabile memorizza il valore di un dato Ogni dato appartiene ad un tipo di dato Un tipo di dato è: un insieme di elementi, rappresentabili in modo finito, dotato di operazioni primitive su di esso ESEMPIO: il tipo di dato intero è l insieme dei numeri interi, sequenze di cifre, con segno dotato di operazioni primitive ed effettivamente eseguibili come somma (+), differenza (-), prodotto (*), divisione intera (/), resto.

15 FASE 3.1: definizione delle variabili Le variabili da usare per memorizzare i valori dei dati intermedi dipendono dall algoritmo All inizio della stesura di un algoritmo difficilmente si è già a conoscenza di quante e quali variabili si dovranno usare Ad ogni raffinamento dell algoritmo si possono aggiungere o togliere variabili fino ad arrivare all uso corretto di ognuna

16 Esempio di definizione di variabili CALCOLO RADICI: variabili usate ci vogliono tante variabili quanti sono i dati in input. In questo caso ci vogliono tre variabili che chiamiamo a,b,c per i coefficienti dell equazione ci vogliono tante variabili quanti sono i dati in uscita. In questo caso, servono due variabili r1,r2 per il valore delle radici dell equazione ci vogliono alcune variabili per tenere conto di dati intermedi da calcolare e modificare per ottenere la soluzione. In questo caso, potremmo usare una variabile per memorizzare il valore del discriminante. La variabile la chiamiamo delta Il tipo di tutte queste variabili è float (numeri reali).

17 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione delle variabili (contenitori di dati) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

18 Descrizione di un algoritmo Si descrive un algoritmo cercando di sintetizzare il più possibile la sua sequenza di passi; Non si utilizza un linguaggio di programmazione specifico, ma è meglio utilizzare qualcosa di più generale; Pseudo-codici o Diagrammi di Flusso

19 Descrizione di un algoritmo Un algoritmo descrive operazioni: due tipi fondamentali di calcoli ottenibili tramite le operazioni primitive su tipi di dato (valutazione di espressioni) azioni che consistono nella modifica del valore associato alle variabili

20 Descrizione di un algoritmo Un algoritmo descrive due tipi fondamentali di operazioni: calcoli ottenibili tramite le operazioni primitive su tipi di dato (valutazione di espressioni) azioni che consistono nella modifica del valore associato alle variabili

21 Calcoli: espressioni valutabili L esecutore dell algoritmo valuta espressioni dove gli elementi possono essere variabili o valori costanti 3 * X + sin (Y * sqrt(z)) b*b-4*a*c h/j k /

22 Calcoli: espressioni booleane (logiche) Ci sono anche particolari tipi di espressioni chiamate booleane o logiche Sono espressioni che possono dare origine a due soli possibili valori: VERO o FALSO Una proposizione della quale dobbiamo valutare se è vera o falsa Per costruire un espressione logica si possono usare le seguenti relazioni: = (uguaglianza); < (minore); <= (minore o uguale); > (maggiore); >= (maggiore o uguale); <> (diverso);

23 Calcoli: espressioni logiche complesse - NOT Possiamo costruire espressioni booleane più complesse grazie ad alcune regole della cosiddetta algebra booleana; Se A è un espressione logica, anche Not A (la negazione logica di A) lo è A Vero Not A Falso Falso Vero

24 Congiunzione (AND) Se A e B sono espressioni logiche, anche A and B lo è; A B A and B Vero Vero Vero Vero Falso Falso Falso Vero Falso Falso Falso Falso

25 Disgiunzione (OR) Se A e B sono espressioni logiche, anche A or B lo è; A B A or B Vero Vero Vero Vero Falso Vero Falso Vero Vero Falso Falso Falso

26 Descrizione di un algoritmo Un algoritmo descrive due tipi fondamentali di operazioni: calcoli ottenibili tramite le operazioni primitive su tipi di dato (valutazione di espressioni) azioni che consistono nella modifica del valore associato alle variabili

27 Azioni: modifica valori delle variabili L esecutore di un algoritmo deve poter compiere azioni che hanno un effetto sui dati gestiti Le azioni più semplici sono assegnamenti a variabili Un assegnamento ad una variabile si denota con VARIABILE:= ESPRESSIONE con il seguente significato: 1. l esecutore valuta l espressione a destra del := 2. e poi modifica il valore della variabile con il risultato della valutazione dell espressione

28 Esempi di azioni: assegnamenti a variabili L esecutore valuta espressioni dove gli elementi possono essere variabili o valori costanti e se ne assegna il valore ad una variabile pippo := 3 * X + sin (Y * sqrt(z)) delta := b*b-4*a*c a := h / j W := k / 2.23 M := 192 T := p x := x + 1 Una variabile non può essere vuota : ad una variabile deve sempre essere associato un valore Il valore contenuto in una variabile è l ultimo assegnatole e resta inalterato finché una successiva assegnazione non modifica il valore stesso

29 Formalismi per la descrizione di algoritmi Per descrivere in passi di un algoritmo bisogna essere precisi e non ambigui Il linguaggio naturale degli esseri umani si presta a interpretazioni non univoche Si usano due formalismi: diagrammi di flusso: formalismo grafico pseudo-codice: linguaggio con istruzioni simili a quelle dei linguaggi di programmazione si possono usare in alternativa

30 Specifica di inizio e di fine Ogni algoritmo deve avere un inizio ed una fine start end start end

31 Input ed output di dati Ogni algoritmo parte da dati in ingresso per produrre dati in uscita (problema computazionale) readx read X write Z write Z

32 Specifica delle azioni Ogni algoritmo specifica azioni che l esecutore deve compiere del tipo descritto in precedenza Z := X + 1 Z := X + 1

33 Specifica delle condizioni logiche Alcuni passi di un algoritmo si devono eseguire se sono verificate condizioni logiche su valori di variabili In genere, questi salti dell algoritmo sono sottoposti ad una condizione logica (risposta vero o falso); Si parla di blocchi decisionali

34 Specifica delle condizioni logiche vero azioni condizione logica falso azioni if (condizione logica) then else azioni caso vero azioni azioni azioni caso falso caso vero caso falso end if azioni seguenti comuni azioni seguenti comuni

35 Specifica delle condizioni logiche vero azioni condizione logica azioni if (condizione logica) then azioni caso vero end if azioni caso vero falso azioni seguenti comuni azioni seguenti comuni

36 Condizioni logiche Annidate: esempio azioni condizione logica 1 azioni if (condizione logica 1) then vero falso azioni vero 2 if (condizione logica 2) then else vero condizione falso condizione azioni falso 2 logica 2 logica 3 vero end if falso else azioni vero 2 azioni falso 2 azioni vero 3 if (condizione logica 3) then azioni seguenti comuni azioni vero 3 end if end if azioni seguenti comuni

37 Flusso di esecuzione I singoli diagrammi devono essere uniti tramite i connettori (linee e frecce in un flow chart); L esecuzione dei passi deve essere fatta sequenzialmente, ovvero seguendo i connettori, partendo dall inizio dell algoritmo fino a raggiungere la sua fine Quando si scrive l algoritmo bisogna fare molta attenzione alla direzione del flusso di esecuzione

38 Strutture di controllo: iterazione azioni da ripetere vero azioni condizione logica falso azioni while (condizione logica) azioni da ripetere end while azioni seguenti azioni seguenti

39 Strutture di controllo: iterazioni annidate azioni iterazione interna da ripetere azioni azioni azioni iterazione vero condizione end while esterna da ripetere logica vero interna condizione logica esterna falso falso azioni seguenti while (condizione logica esterna) while (condizione logica interna) azioni iterazione interna da ripetere azioni iterazione esterna da ripetere end while azioni seguenti

40 Sviluppo di programmi FASE 1: Dare un nome al problema partendo dall analisi del problema FASE 2: Scrivere la specifica funzionale FASE 3: Scrittura dell algoritmo FASE 3.1: Introduzione delle variabili (contenitori di dati) necessarie e delle relative operazioni elementari FASE 3.2: Specifica di un diagramma di flusso ( o di uno pseudo codice) che descrive in modo preciso e non ambiguo la sequenza di operazioni da eseguire FASE 4: Traduzione del diagramma di flusso ( o dello pseudo codice) in un programma in un linguaggio di programmazione

41 Esempio di algoritmo Scrivere l algoritmo che esegue la somma di due numeri start read X read Y Z := X + Y start read X read Y Z := X + Y write Z end write Z end

42 Esempio: massimo tra due numeri Dati due numeri, dire qual è il massimo tra i due. start read X read Y start read X read Y if (X > Y) then max := X vero X>Y falso max := X else max := Y max := Y write max end end end if write max

43 Esempio di algoritmo: calcolo radici write "nessuna radice" vero start read a,b,c delta:=b*b-4*a*c falso delta < 0 write r1 := (-b + sqrt(delta))/2*a vero r2 := (-b - sqrt(delta))/2*a write r1,r2 delta = 0 falso write start read a,b,c delta := b*b-4*a*c if (delta < 0) then else write nessuna radice r1 := (-b+sqrt(delta))/2*a r2 := (-b-sqrt(delta))/2*a write r1,r2 if (delta = 0) then else write radici coincidenti "radici coincidenti" "radici distinte" write radici distinte end end end if end if

44 Esercizio: massimo di una sequenza Si supponga di fornire in input ad un programma un numero indefinito di interi positivi. L inserimento verrà terminato dall utente quando questi inserirà uno zero (0). Il programma deve restituire il valore massimo tra quelli introdotti. Disegnare il diagramma di flusso di tale Programma e scrivere lo stesso tramite in pseudo linguaggio (o linguaggio di progetto).