Laboratorio di Informatica
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- Regina Danieli
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1 Laboratorio di Informatica Dr. Marco Fondi Lezione # 6 Efficienza degli algoritmi. Il linguaggio di programmazione Perl Corso di Laurea in Scienze Biologiche, AA
2 Programma del corso 1. Introduzione al corso. Informatica ed algoritmi (cenni). Breve storia dell Informatica. Scopi e campi applicativi dell informatica (Biologia > la Bioinformatica). 2. Rappresentazione dell informazione. La codifica dell informazione nel calcolatore 3. Hardware. Architettura fisica di un computer 4. Software. Software di Base (sistemi operativi) Gli algoritmi. Principali Pseudocodice tipi di e Algoritmi. principali linguaggi Principai di algoritmi programmazione utilizzati in Principali Biologia tipi di (introduzione) Algoritmi Algoritmi Efficienza per degli l allineamento algoritmi. Il linguaggio di sequenze di programmazione biologiche Perl 7. Perl scripting. Algoritmi di importanza biologica 8. Algoritmi per la ricerca in banca-dati 8.. Il pacchetto Microsoft Office. Il foglio di lavoro Excel 9. Algoritmi per la costruzione di alberi filogenetici
3 Programma del corso 1. Introduzione al corso. Informatica ed algoritmi (cenni). Breve storia dell Informatica. Scopi e campi applicativi dell informatica (Biologia > la Bioinformatica). 2. Rappresentazione dell informazione. La codifica dell informazione nel calcolatore 3. Hardware. Architettura fisica di un computer 4. Software. Software di Base (sistemi operativi) Gli algoritmi. Principali Pseudocodice tipi di e Algoritmi. principali linguaggi Principai di algoritmi programmazione utilizzati in Principali Biologia tipi di (introduzione) Algoritmi Algoritmi Efficienza per degli l allineamento algoritmi. Il linguaggio di sequenze di programmazione biologiche Perl 7. Perl scripting. Algoritmi di importanza biologica 8. Algoritmi per la ricerca in banca-dati 8.. Il pacchetto Microsoft Office. Il foglio di lavoro Excel 9. Algoritmi per la costruzione di alberi filogenetici
4 Lezione # 6 1. efficienza degli algoritmi (analisi degli algoritmi) 2. ordini di grandezza degli algoritmi 3. Perl, da pseudocodice a programma
5 Trovare un algoritmo per risolvere un problema è una parte fondamentale dell informatica
6 Trovare un algoritmo per risolvere un problema è una parte fondamentale dell informatica Attributi degli algoritmi 1- correttezza La prima caratteristica fondamentale degli algoritmi è la correttezza. Il risultato di un algoritmo deve essere la soluzione corretta di unproblema L algoritmo deve fornire i risultati corretti per tutti i casi possibili se non conosciamo tutti i casi possibili (probabile, altrimenti non ci saremmo messi a scrivere un algoritmo), dobbiamo creare dei modelli (confronti) che funzionino da test per l algoritmo
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8 2- Facilità di comprensione (chiarezza) Gli algoritmi degli informatici non hanno solo un interesse teorico, devono essere usati! a. manutenzione b. ripetibilità dell analisi, della ricerca
9 2- Facilità di comprensione (chiarezza) Gli algoritmi degli informatici non hanno solo un interesse teorico, devono essere usati! a. manutenzione b. ripetibilità dell analisi, della ricerca 3- Efficienza Uso attento delle risorse del computer I computer aumentano costantemente le loro capacità ma i problemi diventano sempre più complessi da risolvere. Un algoritmo scritto male (anche se corretto) impiegherà sempre più tempo del dovuto, anche su un super-computer!
10 4- Eleganza fornire una soluzione elegante dà soddisfazione! anche se (spesso) una soluzione elegante non è facile da capire
11 4- Eleganza fornire una soluzione elegante dà soddisfazione! anche se (spesso) una soluzione elegante non è facile da capire Efficienza in termini di spazio e tempo degli algoritmi L efficienza rispetto allo spazio si può misurare in base alla quantità di informazioni che l algoritmo deve registrare in memoria per realizzare il proprio compito (oltre ai dati che deve utilizzare). Se utilizza poche locazioni di memoria in più rispetto ai dati di ingresso allora possiamo dire che è un algoritmo efficiente
12 Efficienza in termini di spazio e tempo degli algoritmi L efficienza in termini di tempo è più difficile da valutare. Consideriamo l algoritmo di ricerca sequenziale di NOME all interno di un elenco telefonico: 1. su quale computer eseguiamo la ricerca? 2. di quale città è l elenco? 3. dove è posizionato il nome che vogliamo cercare all interno dell elenco? Il tempo di esecuzione tende a riflettere maggiormente la velocità della macchina o le variazioni dei dati di ingresso
13 Valutando il tempo di esecuzione di un algoritmo si ottengono indicazioni utili
14 Valutando il tempo di esecuzione di un algoritmo si ottengono indicazioni utili Ad esempio si può valutare l efficienza di due macchine diverse, eseguendo su di esse lo stesso algoritmo con gli stessi dati di ingresso BENCHMARKING
15 Misurare l efficienza di un algoritmo analisi degli algoritmi (es. ricerca sequenziale dentro elenco di nomi) 1. ottieni i valori per NOME, N1, N2... N imposta il valore i a 1 e il valore di TROVATO a no 3. Finchè (TROVATO = no) e (i<=n) ripeti da 4 a 7 4. se NOME= Ni 5. stampa il numero Ti 6. TROVATO=sì 7. altrimenti 8. somma 1 ad i 9. se (TROVATO = no) allora 10. stampa il numero non è stato trovato 11. STOP
16 Misurare l efficienza di un algoritmo analisi degli algoritmi (es. ricerca sequenziale dentro elenco di nomi) 1. ottieni i valori per NOME, N1, N2... N imposta il valore i a 1 e il valore di TROVATO a no 3. Finchè (TROVATO = no) e (i<=n) ripeti da 4 a 7 4. se NOME= Ni 5. stampa il numero Ti 6. TROVATO=sì 7. altrimenti 8. somma 1 ad i 9. se (TROVATO = no) allora 10. stampa il numero non è stato trovato 11. STOP
17 Misurare l efficienza di un algoritmo analisi degli algoritmi (es. ricerca sequenziale dentro elenco di nomi) 1. ottieni i valori per NOME, N1, N2... N imposta il valore i a 1 e il valore di TROVATO a no 3. Finchè (TROVATO = no) e (i<=n) ripeti da 4 a 7 4. se NOME= Ni 5. stampa il numero Ti 6. TROVATO=sì 7. altrimenti 8. somma 1 ad i 9. se (TROVATO = no) allora 10. stampa il numero non è stato trovato 11. STOP
18 Quanto lavoro per l algoritmo di ricerca sequenziale? caso migliore caso peggiore
19 Quanto lavoro per l algoritmo di ricerca sequenziale? caso migliore caso peggiore il nome da cercare è all inizio dell elenco
20 Quanto lavoro per l algoritmo di ricerca sequenziale? caso migliore il nome da cercare è all inizio dell elenco caso peggiore il nome da cercare è alla fine dell elenco
21 Quanto lavoro per l algoritmo di ricerca sequenziale? caso migliore il nome da cercare è all inizio dell elenco caso peggiore il nome da cercare è alla fine dell elenco In generale, se effettuiamo tanti confronti, in media il numero di ricerche da effettuare sarà n/2. I casi in cui il nome da cercare si localizza nella prima metà dell elenco (casi favorevoli) si bilancerà con quelli in cui il nome si trova nella seconda metà dell elenco
22 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di New York ( di numeri) su un computer capace di effettuare confronti al secondo
23 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di New York ( di numeri) su un computer capace di effettuare confronti al secondo confronti x 1 sec/confronto = 100 secondi
24 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di New York ( di numeri) su un computer capace di effettuare confronti al secondo confronti x 1 sec/confronto = 100 secondi minuto e 40 secondi + il tempo per scorrere nell elenco = circa 4 minuti! La ricerca sequenziale non è abbastanza efficiente (in termini di tempo), per valori di n molto grandi
25 E in termini di spazio? L algoritmo memorizza l elenco dei nomi e il NOME da cercare tra i dati di ingresso. La sola memoria di aggiuntiva richiesta è quella per registrare il valore indice i e l indicatore Trovato.
26 E in termini di spazio? L algoritmo memorizza l elenco dei nomi e il NOME da cercare tra i dati di ingresso. La sola memoria di aggiuntiva richiesta è quella per registrare il valore indice i e l indicatore Trovato. Efficiente in termini di spazio!
27 Ordine di grandezza degli algoritmi Il caso peggiore della ricerca sequenziale prevede n confronti. Se indichiamo il lavoro sussidiario con c, allora il lavoro totale richiesto è cn
28 Ordine di grandezza degli algoritmi Il caso peggiore della ricerca sequenziale prevede n confronti. Se indichiamo il lavoro sussidiario con c, allora il lavoro totale richiesto è cn lavoro, cn 4 c=2 c=1 tutti grafici lineari 3 c=1/2 2 1 n
29 Ordine di grandezza degli algoritmi Il caso peggiore della ricerca sequenziale prevede n confronti. Se indichiamo il lavoro sussidiario con c, allora il lavoro totale richiesto è cn lavoro, cn 4 c=2 c=1 tutti grafici lineari 3 c=1/2 2 1 ordine di n grandezza n
30 Ordinamento per selezione Ordinare un elenco di elementi (alfabetico, numerico) 5, 7, 2, 8, 3 parte non ordinata parte ordinata
31 Ordinamento per selezione Ordinare un elenco di elementi (alfabetico, numerico) 5, 7, 2, 8, 3 parte non ordinata parte ordinata Pseudocodice: 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
32 5, 7, 2, 8, 3 2 parte non ordinata parte ordinata 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
33 5, 7, 2, 8, 3 2 parte non ordinata parte ordinata * 5, 7, 2, 8, 3 4 parte non ordinata parte ordinata * 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
34 5, 7, 2, 8, 3 2 parte non ordinata parte ordinata * 5, 7, 2, 8, 3 4 parte non ordinata parte ordinata ** 5, 7, 2, 8, 3 5 parte non ordinata parte ordinata * ** 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
35 5, 7, 2, parte non ordinata parte ordinata 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
36 5, 7, 2, parte non ordinata parte ordinata * 5, 7, 2, parte non ordinata parte ordinata * 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
37 5, 7, 2, parte non ordinata parte ordinata * 5, 7, 2, parte non ordinata parte ordinata ** 5, 7, 2, parte non ordinata parte ordinata * ** 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
38 5, 3, 2 7, 8 6 parte non ordinata parte ordinata 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
39 5, 3, 2 7, 8 6 parte non ordinata parte ordinata... 2, 3, 5, 7, 8 parte non ordinata parte ordinata 1. Ottieni i valori dell elenco 2. Imposta il marcatore per la selezione non ordinata al termine dell elenco 3. Finchè la selezione non ordinata dell elenco non è vuota, ripeti i passi da 4 a 6 4. Seleziona il numero massimo nella selezione non ordinata dell elenco 5. Scambia questo numero con l ultimo nella selezione non ordinata dell elenco 6. Sposta a sinistra di una posizione il marcatore per la selezione non ordinata 7. STOP
40 Esiste un caso migliore ed un caso peggiore?
41 Esiste un caso migliore ed un caso peggiore? NO, questo algoritmo esegue la stessa quantità di lavoro, indipendentemente dalla disposizione iniziale degli elementi
42 Esiste un caso migliore ed un caso peggiore? NO, questo algoritmo esegue la stessa quantità di lavoro, indipendentemente dalla disposizione iniziale degli elementi Vengono effettuati n scambi, uno per ogni posizione nell elenco, per posizionare il valore corretto nella rispettiva posizione (n-1) + (n-2) + (n-3) (n-1) x n =(1/2)n 2 - (1/2)n 2
43 Esiste un caso migliore ed un caso peggiore? NO, questo algoritmo esegue la stessa quantità di lavoro, indipendentemente dalla disposizione iniziale degli elementi Vengono effettuati n scambi, uno per ogni posizione nell elenco, per posizionare il valore corretto nella rispettiva posizione (n-1) + (n-2) + (n-3) (n-1) x n =(1/2)n 2 - (1/2)n 2 se l elenco diventa più lungo di 10 volte, il lavoro aumenta di un fattore vicino a 10 2
44 Ordine di grandezza degli algoritmi il numero di confronti svolti dall algoritmo non cresce linearmente con le dimensioni del problema n, ma cresce con il quadrato della stessa. Un algoritmo che svolge un lavoro cn 2 per qualsiasi costante c, si dice di ordine di grandezza n 2
45 Ordine di grandezza degli algoritmi il numero di confronti svolti dall algoritmo non cresce linearmente con le dimensioni del problema n, ma cresce con il quadrato della stessa. Un algoritmo che svolge un lavoro cn 2 per qualsiasi costante c, si dice di ordine di grandezza n 2 lavoro, cn 4 c=2 c=1 c=1/ n
46 Ordine di grandezza degli algoritmi il numero di confronti svolti dall algoritmo non cresce linearmente con le dimensioni del problema n, ma cresce con il quadrato della stessa. Un algoritmo che svolge un lavoro cn 2 per qualsiasi costante c, si dice di ordine di grandezza n 2 lavoro, cn 4 c=2 c=1 c=1/ ordine di n grandezza n 2
47 confronto fra n ed n 2 lavoro 4 n 2 n n numero di unità di lavoro richieste n n 2 100n E+11
48 Per n sufficientemente grandi l algoritmo con ordine di grandezza n 2 lavora di più e richiede più tempo per l esecuzione, indipendentemente dai fattori costanti richiesti per il lavoro sussidiario
49 Per n sufficientemente grandi l algoritmo con ordine di grandezza n 2 lavora di più e richiede più tempo per l esecuzione, indipendentemente dai fattori costanti richiesti per il lavoro sussidiario lavoro 4 n 2 n n
50 Tuttavia, per n piccoli, la dimensione del lavoro sussidiario (c) potrebbe essere significativa
51 Tuttavia, per n piccoli, la dimensione del lavoro sussidiario (c) potrebbe essere significativa confrontiamo un algoritmo 0.25n 2 con un algoritmo 10n lavoro sussidiario
52 Tuttavia, per n piccoli, la dimensione del lavoro sussidiario (c) potrebbe essere significativa confrontiamo un algoritmo 0.25n 2 con un algoritmo 10n 0.25n 2 10n lavoro sussidiario lavoro n
53 ordine di grandezza n 2 ordine di grandezza n lavoro 4 n 2 n n
54 Algoritmo di ricerca binaria L algoritmo di ricerca sequenziale che cerca elementi all interno di un elenco di nomi ha ordine di grandezza n
55 Algoritmo di ricerca binaria L algoritmo di ricerca sequenziale che cerca elementi all interno di un elenco di nomi ha ordine di grandezza n L algoritmo di ricerca binaria è più efficiente ma funziona solo quando l elenco è ordinato Es. Se dobbiamo cercare il nome Rossi all interno di un elenco telefonico, sfruttiamo il fatto che i nomi sono ordinati alfabeticamente. Se apriamo l elenco alla lettera L sappiamo che il nome sarà più sotto, se apriamo l elenco alla lettera V sappiamo che il nome sarà più in alto nell elenco
56 L algoritmo di ricerca binaria procede allo stesso modo. Se NOME precede il nome che si trova a metà dell elenco allora la ricerca viene ristretta alla prima metà dell elenco e la procedura viene poi ripetuta su questo elenco più piccolo. L algoritmo si ferma quando il nome è stato trovato o quando non ci sono più elementi da confrontare.
57 In pseudocodice... variabili in rosso 1. ottieni i valori per NOME, N1, N2... N imposta il valore inizio a 1 e il valore di TROVATO a no 3. Imposta il valore di fine ad n 4. Finchè (TROVATO = no) e (inizio <=n) ripeti da 5 a Imposta il valore di m al valore centrale fra inizio e fine 6. Se NOME è uguale a Nm (valore centrale fra inizio e fine) esegui i passi 7 e 8 7. Stampa il numero della persona trovata, Tm 8. Imposta il valore TROVATO a sì 9. Altrimenti (se NOME precede Nm) allora imposta fine = m Altrimenti (se NOME segue Nm) allora imposta inizio = m Se (TROVATO = no ) allora stampa il messaggio Numero non trovato 12. STOP
58 Cerchiamo Claudio in questo elenco Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra
59 Cerchiamo Claudio in questo elenco Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra
60 Cerchiamo Claudio in questo elenco Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Claudio precede Dino e quindi scartiamo tutto ciò che sta dopo Dino
61 Cerchiamo Claudio in questo elenco Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Claudio precede Dino e quindi scartiamo tutto ciò che sta dopo Dino Anna Bruno Claudio 1 2 3
62 Cerchiamo Claudio in questo elenco Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Claudio precede Dino e quindi scartiamo tutto ciò che sta dopo Dino Claudio segue Bruno e quindi scartiamo tutto ciò che sta prima di Bruno Anna Bruno Claudio 1 2 3
63 Cerchiamo Claudio in questo elenco Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Anna Bruno Claudio Dino Giuseppe Nicola Sandra Claudio precede Dino e quindi scartiamo tutto ciò che sta dopo Dino Claudio segue Bruno e quindi scartiamo tutto ciò che sta prima di Bruno Anna Bruno Claudio TROVATO = sì Stampa il numero Tn
64 nome prima di nome 4 nome dopo nome
65 nome prima di nome 4 nome dopo nome nome prima nome 2 nome dopo nome 2 1 3
66 nome prima di nome 4 nome dopo nome nome prima nome 2 nome dopo nome 2 nome prima di nome 6 nome dopo nome
67 Analisi dell algoritmo di ricerca binaria caso migliore N=? caso peggiore N=?
68 Analisi dell algoritmo di ricerca binaria caso migliore N=? N=1 caso peggiore N=?
69 Analisi dell algoritmo di ricerca binaria caso migliore N=? N=1 caso peggiore N=? Il massimo numero di volte per cui un numero n può essere diviso a metà senza scendere sotto 1
70 Analisi dell algoritmo di ricerca binaria caso migliore N=? N=1 caso peggiore N=? Il massimo numero di volte per cui un numero n può essere diviso a metà senza scendere sotto 1 log2 n lavoro 4 l algoritmo di ricerca binaria ha ordine di grandezza logn log n n
71 ordine di grandezza n 2 ordine di grandezza n ordine di grandezza log n lavoro 4 n 2 n 3 log n 2 1 n
72 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di numeri) su un computer capace di effettuare 1000 confronti al secondo (caso peggiore)
73 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di numeri) su un computer capace di effettuare 1000 confronti al secondo (caso peggiore) ricerca sequenziale confronti x sec/confronto = 100 secondi 1000
74 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di numeri) su un computer capace di effettuare 1000 confronti al secondo (caso peggiore) ricerca sequenziale confronti x sec/confronto = 100 secondi 1000 ricerca binaria 17 1 confronti x sec/confronto = secondi = , log 2 17 =17
75 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di numeri (New York) su un computer capace di effettuare 1000 confronti al secondo (caso medio)
76 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di numeri (New York) su un computer capace di effettuare 1000 confronti al secondo (caso medio) ricerca sequenziale (in media) confronti x sec/confronto = secondi > 2 ore!
77 Esempio: ricerca di un numero di telefono all interno dell elenco di numeri (New York) su un computer capace di effettuare 1000 confronti al secondo (caso medio) ricerca sequenziale (in media) confronti x sec/confronto = secondi > 2 ore! ricerca binaria 25 1 confronti x sec/confronto = secondi =~
78 Ecco perchè è importante scegliere BENE l algoritmo da usare!
79 Ecco perchè è importante scegliere BENE l algoritmo da usare! L algoritmo binario lavora su un elenco ordinato.? Ordinare un elenco richiede molto tempo
80 Ecco perchè è importante scegliere BENE l algoritmo da usare! L algoritmo binario lavora su un elenco ordinato.? Ordinare un elenco richiede molto tempo E importante valutare anche quante volte (quanto è utile) verrà utilizzato un algoritmo (o un programma)!
81 Per alcuni problemi non esistono algoritmi del tipo di quelli visti in precedenza (limitati polinomialmente). Sono problemi definiti intrattabili e richiedono così tanto lavoro da essere virtualmente inutilizzabili.
82 Per alcuni problemi non esistono algoritmi del tipo di quelli visti in precedenza (limitati polinomialmente). Sono problemi definiti intrattabili e richiedono così tanto lavoro da essere virtualmente inutilizzabili. Questi problemi vengono spesso affrontati attraverso algoritmi di approssimazione (usati frequentemente in biologia!)
83 Riassumendo 1/2... Il software di sistema è un insieme di programmi che gestisce le risorse di un computer e che ne facilita l utilizzo unità di memoria ALU I/O unità di controllo bus segnale F/S R0 R1 interfaccia A software di sistema interfaccia B MAR circuiti decodifica memoria MDR controllore lettura/ scrittura R2... R15 ALU GT EQ LT linee di selezione Controllor e I/O dispositivo I/O PC +1 IR Circuito decodifica istruzioni segnali di controllo utente RAM registro codici condizionali hardware
84 Riassumendo 1/2... Il software di sistema è un insieme di programmi che gestisce le risorse di un computer e che ne facilita l utilizzo unità di memoria ALU I/O unità di controllo bus segnale F/S R0 R1 interfaccia A software di sistema interfaccia B MAR circuiti decodifica memoria MDR controllore lettura/ scrittura R2... R15 ALU GT EQ LT linee di selezione Controllor e I/O dispositivo I/O PC +1 IR Circuito decodifica istruzioni segnali di controllo utente RAM registro codici condizionali hardware macchina virtuale
85 Riassumendo 2/2... Problema Algoritmo Programma Soluzione
86 Riassumendo 2/2... Problema Algoritmo Programma Soluzione Pseudocodice
87 macchina virtuale unità di memoria ALU I/O unità di controllo bus segnale F/S R0 R1 software di sistema interfaccia B MAR circuiti decodifica memoria MDR controllore lettura/ scrittura R2... R15 ALU GT EQ LT linee di selezione Controllor e I/O dispositivo I/O PC +1 IR Circuito decodifica istruzioni segnali di controllo utente RAM registro codici condizionali hardware Problema Algoritmo Programma Soluzione Pseudocodice
88 macchina virtuale unità di memoria ALU I/O unità di controllo bus segnale F/S R0 R1 software di sistema interfaccia B MAR circuiti decodifica memoria MDR controllore lettura/ scrittura R2... R15 ALU GT EQ LT linee di selezione Controllor e I/O dispositivo I/O PC +1 IR Circuito decodifica istruzioni segnali di controllo utente RAM registro codici condizionali hardware Problema Algoritmo Programma Soluzione Pseudocodice
89 Linguaggio macchina Linguaggio assemblativo Linguaggio di programmazione pseudocodice Italiano, inglese Linguaggi a basso livello Linguaggio di alto Livello Linguaggi naturali
90 A causa di questa "vicinanza" all'hardware, non esiste un unico linguaggio assembly. Al contrario, ogni CPU o famiglia di CPU ha un suo proprio assembly, diverso dagli altri. Ad esempio, sono linguaggi assembly ben diversi quelli per i processori Intel x86, per i Motorola e per i Dec Alpha. Questo significa che conoscere un certo linguaggio assembly significa saper scrivere programmi solo su una determinata CPU o famiglia di CPU.
91 A causa di questa "vicinanza" all'hardware, non esiste un unico linguaggio assembly. Al contrario, ogni CPU o famiglia di CPU ha un suo proprio assembly, diverso dagli altri. Ad esempio, sono linguaggi assembly ben diversi quelli per i processori Intel x86, per i Motorola e per i Dec Alpha. Questo significa che conoscere un certo linguaggio assembly significa saper scrivere programmi solo su una determinata CPU o famiglia di CPU. Linguaggio macchina Linguaggio assemblativo Linguaggio di programmazione pseudocodice Italiano, inglese Linguaggi a basso livello Linguaggio di alto Livello Linguaggi naturali
92 programma sorgente programma oggetto Programma in linguaggio di alto livello compilatore * Programma in linguaggio macchina loader * Il suo lavoro può essere suddiviso in 4 fasi Fase 1: analisi lessicale Fase II: analisi sintattica Fase III: analisi semantica e generazione del codice Fase IV: ottimizzazione del codice Programma in linguaggio macchina caricato in memoria hardware OUTPUT
93 Linguaggi di programmazione
94 Cosa vuol dire PERL Practical Extraction and Reporting Language - Perl è il linguaggio - perl è il compilatore - Non PERL 46
95 Introduzione a PERL (Larry Wall, 1987) Nato per assistere l utente Unix per le comuni operazioni, troppo pesanti, troppo dipendenti dalla shell ma troppo complesse da codificare in C... Compattezza (sinteticità) e potenza Finalizzato principalmente per elaborare stringhe e file di testo (es. un genoma!) Correntemente molto usato per operazioni di amministrazione di sistema e per CGI/HTTP Linguaggio Interpretato Riferimenti classici: - Programming Perl, L.Wall. R.L.Schwartz - Learning Perl, R.L.Schwartz
96 Istruzioni di base Come si presenta uno script PERL (primo.pl) #!/user/bin/perl #esempio iniziale print scrivi una stringa terminata da return ; $nome=<stdin>; print ciao $nome\n ; Esplicitamente: prompt> perl primo.pl Simboli: {} rappresenta un blocco di istruzioni # commenti $ precede nomi variabili e elementi scalari di array precede nomi di array normali o di raggruppamenti di elementi di array % precede i nomi di array associativi & precede i nomi delle funzioni <STDIN>, <STDOUT> descrittori di standard input, output
97 Istruzioni di base Come si presenta uno script PERL (primo.pl) #!/user/bin/perl #esempio iniziale print scrivi una stringa terminata da return ; $nome=<stdin>; print ciao $nome\n ; Esplicitamente: prompt> perl primo.pl Simboli: {} rappresenta un blocco di istruzioni # commenti $ precede nomi variabili e elementi scalari di array precede nomi di array normali o di raggruppamenti di elementi di array % precede i nomi di array associativi & precede i nomi delle funzioni <STDIN>, <STDOUT> descrittori di standard input, output
98 Variabili scalari Un posto dove noi mettiamo dei dati (numeri, parole (stringhe) etc.) Il valore di una variabile nomevar e sempre identificato con $nomevar Case sensitive ($nomevar $NOMEVAR $NomeVar) Autoincremento, autodecremento: ++$nomevar oppure $nomevar++
99 Array Un posto dove noi mettiamo dei dati (numeri, parole (stringhe) etc.) Il valore di una variabile array e sempre identificato Case @nomi mario giorgio andrea pippo pluto luca ciao
100 @nomi mario giorgio andrea pippo pluto luca ciao ATTENZIONE!!! elementi array = 7 massimo indice = 6 52
101 @nomi mario giorgio andrea pippo pluto luca ciao ATTENZIONE!!! elementi array = 7 massimo indice = 6 52
102 Funzioni primitive degli algoritmi calcolo imposta il valore di una variabile ingresso/uscita ottieni il valore di variabile stampa il valore di variabile stampa il messaggio messaggio condizionali if/then/else iterazione ciclo while ciclo for Si tratta delle istruzioni che si presuppone che l agente di calcolo sappia interpretare e che quindi non dobbiamo spiegare. Sono i mattoni per costruire algoritmi anche molto complessi
103 Funzioni primitive degli algoritmi calcolo imposta il valore di una variabile Operatori ingresso/uscita ottieni il valore di variabile stampa il valore di variabile stampa il messaggio messaggio condizionali if/then/else iterazione ciclo while ciclo for Si tratta delle istruzioni che si presuppone che l agente di calcolo sappia interpretare e che quindi non dobbiamo spiegare. Sono i mattoni per costruire algoritmi anche molto complessi
104 Operatori Operatori aritmetici : + - * / ** % post/pre-decremento, incremento Operatori logici : AND (&&) Se il primo e falso, non valuta il secondo Es. $a>10&&print $a maggiore di 10 OR ( ) Se il primo è vero non valuta il secondo. Es. $a>10 print $a minore di 10 NOT (!) Inverte il risultato logico di confronto tra numeri: < <= > >= ==!= di confronto tra stringhe: lt le gt ge eq ne NB : il confronto tra stringhe e diverso dal confronto tra numeri
105 Funzioni primitive degli algoritmi calcolo imposta il valore di una variabile ingresso/uscita ottieni il valore di variabile stampa il valore di variabile stampa il messaggio messaggio print condizionali if/then/else iterazione ciclo while ciclo for Si tratta delle istruzioni che si presuppone che l agente di calcolo sappia interpretare e che quindi non dobbiamo spiegare. Sono i mattoni per costruire algoritmi anche molto complessi
106 Funzioni primitive degli algoritmi calcolo imposta il valore di una variabile ingresso/uscita ottieni il valore di variabile stampa il valore di variabile stampa il messaggio messaggio condizionali if/then/else Struttura condizionata iterazione ciclo while ciclo for Si tratta delle istruzioni che si presuppone che l agente di calcolo sappia interpretare e che quindi non dobbiamo spiegare. Sono i mattoni per costruire algoritmi anche molto complessi
107 Struttura condizionata Struttura if/else if (condizione) { } else { } primo blocco di istruzioni ; secondo blocco di istruzioni ;
108 Funzioni primitive degli algoritmi calcolo imposta il valore di una variabile ingresso/uscita ottieni il valore di variabile stampa il valore di variabile stampa il messaggio messaggio condizionali if/then/else iterazione ciclo while ciclo for cicli while, until e for Si tratta delle istruzioni che si presuppone che l agente di calcolo sappia interpretare e che quindi non dobbiamo spiegare. Sono i mattoni per costruire algoritmi anche molto complessi
109 Strutture while/until Sintassi while (espressione){ istruzioni ; } until (espressione){ istruzioni ; }
110 Il ciclo for for (condizione iniziale; condizione finale; incremento) { } istruzioni; esempio for ($i=0; $i<100; $i++) { print $i; }
111 1 imposta il valore di conteggio = 0 2 finchè (conteggio <= 100) ripeti passi da 3 a 4 3 conteggio = conteggio +1 4 print conteggio 5 print CONTEGGIO FINITO In Perl: #!/usr/bin/perl $conteggio=0; while ($conteggio<100){ $conteggio++; print "$conteggio\n"; }
112 1 imposta il valore di conteggio = 0 2 finchè (conteggio <= 100) ripeti passi da 3 a 4 3 conteggio = conteggio +1 4 print conteggio 5 print CONTEGGIO FINITO In Perl: #!/usr/bin/perl $conteggio=0; while ($conteggio<100){ $conteggio++; print "$conteggio\n"; } istruzione che dice al computer dove è il compilatore perl scrive anche un a capo
113 Ricerca di un nome all interno di un elenco di nomi (pseudocodice)
114 Ricerca di un nome all interno di un elenco di nomi (pseudocodice) 1. ottieni i valori per NOME, N1, N2... N imposta il valore i a 1 e il valore di TROVATO a no 3. Finchè (TROVATO = no) ripeti da 4 a 7 4. se NOME= Ni 5. stampa il nome Ni 6. TROVATO=sì 7. altrimenti 8. somma 1 ad i 9. STOP
115 @nomi mario giorgio andrea pippo pluto luca ciao
116 In Perl = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";}
117 In Perl = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; dichiarazione variabili if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";}
118 In Perl #!/usr/bin/perl dichiarazione = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; azzeramento contatore while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";}
119 In Perl #!/usr/bin/perl dichiarazione = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; azzeramento contatore ciclo while while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";}
120 In Perl #!/usr/bin/perl dichiarazione = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; azzeramento contatore ciclo while while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; condizionale if/then/else if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";}
121 In Perl #!/usr/bin/perl dichiarazione = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; azzeramento contatore ciclo while while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; condizionale if/then/else if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";} condizionale if/then/else
122 In Perl #!/usr/bin/perl dove sta perl? dichiarazione = ("mario","giorgio","andrea", "pippo", "pluto", "luca", "ciao"); $NOME="pippo"; $trovato="no"; $i=0; azzeramento contatore ciclo while while ($trovato eq "no"){ } if ($NOME eq $nomi[$i]){ print "\n\nil nome $NOME è stato trovato alla posizione $i\n\n\n"; $trovato="sì"} else {$i++}; condizionale if/then/else if ($trovato eq "no"){ print "\n --- spiacente, il nome non è stato trovato ---\n\n";} condizionale if/then/else
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