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1 Esempi di Problema: Prendere un Caffè al Distributore Università degli Studi di Udine Facoltà di Ingegneria CORSO DI LAUREA IN SCIENZE dell ARCHITETTURA Elementi di Informatica, e Programmi D. Gubiani 1 introdurre le monete per l importo necessario 2 selezionare la quantità di zucchero 3 selezionare la bevanda desiderata 4 attendere che il distributore eroghi la bevanda 5 ritirare il resto 6 ritirare la bevanda 21 marzo 2011 D. Gubiani, e Programmi 1 D. Gubiani, e Programmi 2 Esempi di Esempi di Algoritmo dal Problema all Algoritmo Un algoritmo è la descrizione della soluzione di un problema espressa come un insieme di istruzioni che operando sui dati iniziali permette di ottenere il risultato che costituisce la soluzione del problema Più precisamente: un insieme ordinato di istruzioni non ambigue ed effettivamente computabili che, quando eseguito, produce un risultato e si arresta in un tempo finito Se il problema è complesso può essere scomposto in sottoproblemi, detti step D. Gubiani, e Programmi 3 D. Gubiani, e Programmi 4 Esempi di Classe di Problemi e Operazioni su Esempi di Un algoritmo non risolve un unico problema ma una classe di problemi strutturalmente equivalenti, in cui cambiano solo i dati di partenza Per questo motivo le istruzioni di un algoritmo fanno riferimento non direttamente ai valori ma a delle variabili, il cui valore può variare a seconda della situazione Una variabile può essere intesa come un contenitore con un nome, che la identifica univocamente, e un valore, che corrisponde in ogni istante al dato contenuto In alcune situazione, ad ogni valore è associato anche un tipo - permette di definire l insieme dei valori che la variabile può assumere valori Assegnamento: corrisponde a introdurre un valore nel contenitore della variabile identificata dal nome, tale valore sostituisce il valore precedente - nomevariavile valore Espressioni su variabili: il valore contenuto nelle variabili viene utilizzato per calcolare il risultato dell espressione Esempi: - x 3 - y x y y x D. Gubiani, e Programmi 5 D. Gubiani, e Programmi 6

2 Esempi di Maggiore fra 2 Numeri, x e y Esempi di Fattoriale di un Numero (Soluzione Iterativa) Soluzione possibile basata sull osservazione che x è maggiore di y se x y è maggiore di 0 1 leggere il primo valore dall esterno e assegnarlo alla variabile x 2 leggere il secondo valore dall esterno e assegnarlo alla variabile y 3 calcolare la differenza fra x e y e assegnarla alla variabile d (d x y) 4 valutare se d è maggiore di 0: se è vero passare al passo 6, se è falso passare al passo 5 5 restituire il numero maggiore è seguito dal contenuto di y e passare al passo 7 6 restituire il numero maggiore è seguito dal contenuto di x 7 terminare l esecuzione n! = n (n 1) leggere il valore dall esterno e assegnarlo alla variabile n 2 assegnare alla variabile fatt il valore 1 (fatt 1) 3 se n = 1, passare al passo 7 4 assegnare alla variabile fatt il valore della variabile stessa moltiplicato per n (fatt fatt n) 5 decrementare di 1 la variabile n (n n 1) 6 passare al passo 3 7 restituire il contenuto di fatt 8 terminare l esecuzione D. Gubiani, e Programmi 7 D. Gubiani, e Programmi 8 Esempi di Fattoriale di un Numero (Soluzione Ricorsiva) Esempi di Rappresentazione mediante PseudoCodice { 1 se n 1 n! = n (n 1)! se n > 1 (1) 1 leggere il valore dall esterno e assegnarlo alla variabile n 2 se n = 1, vai al passo 4 3 restituire n FATTORIALE(n 1) e passare al passo 5 4 restituire 1 Una metodologia comunemente utilizzata per descrivere algoritmi è la pseudocodifica: un linguaggio più vicino possibile a quello naturale - codifica di un insieme di istruzioni elementari - indentazione 5 terminare l esecuzione D. Gubiani, e Programmi 9 D. Gubiani, e Programmi 10 Esempi di PseudoCodice: Assegnamento e Condizionale PseudoCodice: Cicli Esempi di Assegnamento: - assegna alla variabile n il valore v - n v Condizionale: - se la condizione A è vera allora esegui B (altrimenti esegui C) - if A then B [else C] Ciclo while: - mentre A è vera esegui B - while (A) do {B Ciclo for: - ripeti j i +1 volte B - for cont i to j do {B D. Gubiani, e Programmi 11 D. Gubiani, e Programmi 12

3 Esempi di Rappresentazione mediante Diagrammi di Flusso Esempi di Maggiore fra 2 Numeri, x e y - 1 Un linguaggio formale grafico spesso utilizzato per la codifica degli algoritmi è costituito dai diagrammi di flusso - insieme di blocchi che rappresentano le strutture comunemente utilizzate legate fra di loro da frecce che ne indicano l ordine di esecuzione MAGGIORE read x read y d x y if (d > 0) then { return x else { return y D. Gubiani, e Programmi 13 D. Gubiani, e Programmi 14 Esempi di Maggiore fra 2 Numeri, x e y - 2 Esempi di Fattoriale di un Numero (Sol. Iterativa) - 1 MAGGIORE(x, y) d x y if (d > 0) then { return x else { return y FATTORIALE(n) fatt 1 while (n > 1) do { fatt fatt n n n 1 return fatt D. Gubiani, e Programmi 15 D. Gubiani, e Programmi 16 Esempi di Fattoriale di un Numero (Sol. Iterativa) - 2 Esempi di Fattoriale di un Numero (Sol. Ricorsiva) FATTORIALE(n) fatt 1 i 2 while (i n) do { fatt fatt i i i +1 return fatt FATTORIALE(n) if (n > 1) then { return n FATTORIALE(n 1) else{ return 1 D. Gubiani, e Programmi 17 D. Gubiani, e Programmi 18

4 Diverse Al crescere della complessità degli algoritmi l impiego delle singole variabili diventa inefficiente Esempio: determinare il valore massimo fra 100 numeri - bisognerebbe definire 100 variabili distinte da confrontare due a due Strutture dati: aggregati organizzati di più variabili Strutture dati statiche: - vettori e matrici - record Strutture dati dinamiche: - liste - code e pile - alberi e grafi D. Gubiani, e Programmi 19 D. Gubiani, e Programmi 20 (array) Ordinamento di n numeri Un vettore (array) è un insieme ordinato di n elementi dello stesso tipo Una vettore è identificato da un nome v e ogni elemento è individuato univocamente da un indice i che indica la sua posizione - v[i] con i {1..n INPUT: sequenza di n numeri (a 1,a 2 a n ) OUTPUT: permutazione degli elementi a 1,a 2 a n tali che a 1 a 2 a n v[1] v[2] v[n 1] v[n] D. Gubiani, e Programmi 21 D. Gubiani, e Programmi 22 Insertion Sort Merge Sort INSERTION SORT(A) for j 2 to length(a) { key A[j] i j 1 while ((i > 0) and (A[i] > key)) do { A[i +1] A[i] i i +1 A[i +1] key MERGE SORT(A, p, r) if (p < r) then { q int((p +r)/2) MERGE SORT(A, p, q) MERGE SORT(A,q +1,r) MERGE(A,p,q,r) D. Gubiani, e Programmi 23 D. Gubiani, e Programmi 24

5 Processo per la Creazione dei Programmi Per eseguire un algoritmo su un calcolatore è necessario descriverlo in un linguaggio formale, chiamato linguaggio di programmazione, interpretabile dal calcolatore stesso L algoritmo è così tradotto in un programma D. Gubiani, e Programmi 25 D. Gubiani, e Programmi 26 Diversi Linguaggi di Programmazione - 1 Diversi Linguaggi di Programmazione - 2 linguaggi interpretati: il testo di un programma scritto è elaborato da un interprete durante l esecuzione del programma stesso: l interprete legge un istruzione, la traduce in un insieme di istruzioni macchina (il linguaggio macchina) direttamente eseguibili dalla CPU del calcolatore, poi passa a leggere l istruzione successiva, la traduce, e cosí via. - perl, php, linguaggi compilati: prevedono la compilazione, ossia la traduzione dell intero programma in linguaggio macchina, prima dell esecuzione del programma stesso - C, C++, Visual Basic, Un linguaggio a metà strada tra queste metodologie è Java - il codice sorgente viene compilato in un formato intermedio (chiamato bytecode), il quale a sua volta viene interpretato dalla Java Virtual Machine (JVM) D. Gubiani, e Programmi 27 D. Gubiani, e Programmi 28 Struttura generale di un Programma è un linguaggio di programmazione compilativo Alcune caratteristiche: - creato da Niklaus Wirth per scopi didattici - chiamato in onore del matematico e filosofo francese Blaise, inventore della prima macchina calcolatrice automatica - prima implementazione del linguaggio divenne operativa nel 1970, ma raggiunse una discreta diffusione nel campo industriale nel la sua evoluzione orientata ad oggetti è il Delphi - sintassi chiara e rigida - diversi compilatori gratuiti: Free, Lazarus, Dev- Sezione dell Intestazione: specifica il nome del programma Sezione delle Dichiarazioni: indicazione delle variabili con la specifica del relativo tipo di dato (insieme dei valori che la variabile può assumere) Sezione Esecutiva: programma vero e proprio D. Gubiani, e Programmi 29 D. Gubiani, e Programmi 30

6 Tipi di Dato Dichiarazione delle e Assegnamento I tipi di dato determinano l insieme dei valori che una variabile può assumere: - byte: numeri interi positivi su 1 byte - word: numeri interi positivi su 2 byte - shortint: numeri interi su 1 byte - integer: numeri interi su 2 byte - longint: numeri interi su 4 byte - real: numeri reali su 6 byte - boolean: valori booleani (1 bit) - char: caratteri (1 byte) - string: sequenza di caratteri (dimensione variabile a partire da 10 byte) I programmi richiedono la dichiarazione delle variabili con la specifica del relativo tipo di dato nella sezione var Esempi di dichiarazioni: x : real; # dichiarazione di una variabile di tipo reale y1,y2 : integer; # dichiarazione di due variabili di tipo intero c : char; # dichiarazione di una variabili di tipo carattere Esempi di assegnamento: x := 10,5; y1 := y2 10; c := c ; D. Gubiani, e Programmi 31 D. Gubiani, e Programmi 32 Operatori Aritmetici e Logici Operatori di Confronto Operatori aritmetici: - + addizione - - sottrazione - moltiplicazione - / divisione - DIV quoziente della divisione tra interi - MOD resto della divisione tra interi Operatori logici - OR disgiunzione logico - AND congiunzione logico - NOT negazione logica = uguale a <> diverso da > maggiore di >= maggiore o uguale a < minore <= minore o uguale a D. Gubiani, e Programmi 33 D. Gubiani, e Programmi 34 Alcuni Controlli di Flusso: Condizionale Alcuni Controlli di Flusso: Ciclo WHILE IF condizione THEN istruzione1 ELSE istruzione2; Esempio: incrementa di 1 il valore di a se b è maggiore di 0, altrimenti lo decrementa di 1 if b > 0 then a := a+1 else a := a 1; WHILE condizione DO istruzione; Esempio: calcola la potenza n-esima di 2 (n 0) x := 1; while n > 0 do BEGIN x := x 2; n := n 1 END; D. Gubiani, e Programmi 35 D. Gubiani, e Programmi 36

7 Alcuni Controlli di Flusso: Ciclo REPEAT Alcuni Controlli di Flusso: Ciclo FOR REPEAT istruzione UNTIL condizione; FOR a := ni TO nf DO istruzione Esempio: calcola la potenza n-esima di 2 (n 1) x := 1; repeat x := x 2; n := n 1 UNTIL n < 1; Esempio: calcola la potenza n-esima di 2 (n 0) x := 1; FOR i := 1 TO n DO x := x 2; D. Gubiani, e Programmi 37 D. Gubiani, e Programmi 38 Input e Output READ/READLN (abbreviazione Read Line): legge i dati di input da tastiera READLN (variabile) WRITE/WRITELN (abbreviazione Write Line): stampa i dati di output sullo schermo WRITELN(output) Esempio: lettura di un carattere da tastiera e scrittura dello stesso a video WRITE ( Inserisci un carattere : ); READLN (c); WRITELN ( Carattere inserito :,c); dichiarazione di un vettore nome vettore : array[1..n] of tipo dato; accesso ad uno specifico valore del vettore nome array[indice] Esempio: incremento di 1 dei primi 3 valori di un vettore for i := 1 to 3 do vettore[i] := vettore[i] + 1; Esempio: stampa di un vettore di lunghezza n for i := 1 to n do writeln(vettore[i]); D. Gubiani, e Programmi 39 D. Gubiani, e Programmi 40 Procedure e Funzioni Procedure Definizione di una procedura: Una procedura/funzione è una porzione di codice riutilizzabile Entrambi possono prevedere parametri in ingresso: - passaggio parametro per valore - passaggio parametro per riferimento Le funzioni restituiscono un valore in uscita procedure nome procedura(parametri); var begin end; Invocazione di una procedura: nome procedura(variabili); D. Gubiani, e Programmi 41 D. Gubiani, e Programmi 42

8 Funzione e Procedure/Funzioni Definizione di una funzione: function nome funzione(parametri) : tipo restituito; var begin nome funzione := end; Locali: definite all interno di una procedure/funzioni, possono essere richiamate solo all interno della specifica procedure/funzioni Globali: definite nel programma principale, possono essere utilizzate in tutto il programma, anche all interno delle procedure/funzioni Invocazione di una funzione: x := nome funzione(variabili); D. Gubiani, e Programmi 43 D. Gubiani, e Programmi 44 Maggiore fra 2 Numeri Fattoriale Iterativo D. Gubiani, e Programmi 45 D. Gubiani, e Programmi 46 Fattoriale Ricorsivo Insertion sort D. Gubiani, e Programmi 47 D. Gubiani, e Programmi 48

9 Merge sort D. Gubiani, e Programmi 49

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