DAL PROBLEMA AL PROGRAMMA

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1 DAL PROBLEMA AL PROGRAMMA

2 Scopo del modulo Conoscere alcuni concetti fondamentali dell informatica:algoritmo, l automa, linguaggio formale Essere in grado di cogliere l intreccio tra alcuni risultati della matematica e della logica dei primi decenni del secolo scorso ed i successivi sviluppi e applicazioni che questi hanno avuto in campo informatico

3 Indice 8.1 Problemi e algoritmi introduzione intuitiva del concetto di problema cenni sulle strategie per la risoluzione dei problemi soluzione di un problema gli algoritmi 8.1.4a Diagrammi a blocchi 8.1.4b Linguaggio gg di progetto 8.2 Automi esecutori 8.2. Automi esecutori Caratteristiche di un automa 8.2.1b Concetto di modello 8.2.1c Concetto di automa Automi e classi di problemi Esercitazioni 8.3 Linguaggi Sintassi e semantica dei linguaggi 8.3.1a Linguaggi nella comunicazione uomo-macchina Linguaggi e automi Linguaggi di programmazione

4 8.1.1 Introduzione intuitiva al concetto di problema Il problema è una situazione che pone delle domande alle quali si devono dare delle risposte. Risolvere il problema vuol dire uscire dalla situazione

5 8.1 Problemi e algoritmi Un problema consta dei seguenti elementi Dati: ossia ciò che è noto e che indichiamo col termine input Risultati: gli elementi incogniti che si devono determinare e che indicheremo con output Condizioni: le limitazioni cui devono Condizioni: le limitazioni cui devono soggiacere i risultati

6 8.1 Problemi e algoritmi Tipi di problemi Problemi di Problemi di Problemi di decisione ricerca ottimizzazione

7 8.1.2 Strategie per la risoluzione dei problemi Problema Verifica dei risultati Interpretazione Esecuzione Modello Procedimento risolutivo (algoritmo)

8 8.1.2b Concetto di modello Modello E uno schema teorico elaborato per rappresentare elementi fondamentali di fenomeni o enti Modelli descrittivi (riproducono in modo semplice la realtà, senza presupporre l uso che ne verrà fatto) Modelli predittivi (danno gli elementi di una situazione per prevederne l evoluzione) Modelli prescrittivi (impongono un particolare comportamento in previsione dell obiet tivo da raggiungere) Modelli simbolici o matematici (danno una rappresentazione astratta mediante un insieme di equazioni che legano le grandezze) Modelli analogici (d danno una rappresentazione fedele della realtà in scala ridotta )

9 8.1.2 Strategie per la risoluzione dei problemi Interpretazione TOP DOWN GRAFICO Suddivide il problema in tanti piccoli sottoproblemi Utilizza uno schema grafico a segmenti

10 8.1.2 Strategie per la risoluzione dei problemi Algoritmo Insieme delle istruzioni che definiscono una sequenza di operazioni mediante le quali si risolve il problema Deve essere : finito (numero limitato di passi ); definito (ogni istruzione deve consentire un interpretazione univoca); eseguibile bl ( la sua esecuzione deve essere eseguibile con gli strumenti a disposizione); deterministico ( ad ogni passo deve essere definita una operazione successiva ).

11 8.1.2 Strategie per risoluzione dei problemi Rappresentazioni grafiche e formalizzate di un algoritmo La descrizione delle fasi esecutive del problema può avvenire mediante la formalizzazione dei passi elementari da effettuare che può essere realizzata con: Diagramma a blocchi o flow-chart e/o Pseudocodifica difi

12 8.1.4a Diagrammi a blocchi Diagramma a blocchi o flow-chart Ha il pregio di evidenziare i visivamente ii l avanzamento in sequenza e le varie strutture che compongono l algoritmo, presenta istruzioni di input, calcolo e/o di elaborazione, condizioni e output. INPUT CONDIZIONI ISTRUZIONI OUTPUT

13 a blocchi 8.1.4a Esempio di diagramma Somma di una sequenza di numeri inizio N S = A S= S+A N=N-1 N NO N= SI S FINE

14 8.1.4b Linguaggio di progetto Linguaggio di progetto o pseudocodifica E un linguaggio formale, ( linguaggio di progetto) con regole prive di ambiguità ed eccezioni che esprimonoivaritipi p di istruzioni. Viene definito pseudocodifica o notazione lineare strutturata. Generalmente utilizzato dai programmatori di elaboratori. begin Input N S repeat input A S S+A N N-1 until N= output S end ESEMPIO IN PASCAL

15 8.2 Automi esecutori La risoluzione di un problema è un processo di manipolazione di informazioni per generare nuove informazioni. Per risolvere un problema ci sono due tipi di attività : intelligenti di elaborazione routinarie di esecuzione

16 8.2.1 Caratteristiche di un automa Automi Sono macchina che compiono attività complesse in cui sono riconoscibili elementi propri delle attivitàità superiori del comportamento umano. Possono essere programmate per svolgere diverse mansioni e per modificare le proprie azioni in relazione ai mutamenti ambientali. (Es: lavatrici, sistemi di controlli ascensori, bancomat computer) Un automa è un sistema : Dinamico Passa da uno stato all altro secondo gli input che riceve Invariante Se le condizioni iniziali sono le stesse il comportamento del sistema è invariato Discreto Le variabili, d ingresso, di stato e d uscita possono assumere solo valori discreti

17 8.2.1 Il concetto di automa Grafi e tabelle di transizione Servono a rappresentare il comportamento logico-funzionale di un automa Es. tabella e grafo di un automa a stati finiti di un ascensore S\i T 1 2 pt Pt/ fermo 1p/ su 2p/ su 1p Pt/ giù 1p/ fermo 2p/ su T / fermo 2p Pt/ giù 1p/ giù 2p/ fermo 1/ su PT T/giù 1P 1/fermo 2/su 2/ fermo 2P 1/ giù 2/su

18 8.2.2 Automi e classi di problemi Un sistema automatico o automa è un sistema nel quale la componente umana è completamente eliminata nell ambito dei processi, che sono ben determinati e prevedibili: Lavatrice, lavastoviglie, computer (automa a programma) Un sistema umano, al contrario, presenta un carattere probabilistico, poiché l uomo può assolvere a funzioni impreviste, utilizzando il ragionamento, la creatività e l intuito.

19 Problemi e algoritmi ESERCITAZIONI Un bambino ha costruito una torre di tre blocchi colorati così disposti dall alto alto in basso: ROSSO-GIALLO-VERDE. IL bambino vuole capovolgerla in modo da avere VERDE-GIALLO-ROSSO.Può spostare solo un blocchetto alla volta. Individuare il numero minimo di stati per i quali si arriva alla configurazione desiderata. Cercare una chiave in un mazzo di 100 chiavi con il minor numero di prove (diagramma di flusso)

20 8.3 Linguaggi Il linguaggio è un sistema codificato di segni che consente la comunicazione, intesa come scambio di informazioni

21 linguaggi Sintassi e semantica dei Un informazione può : Essere acquisita direttamente tramite rilevamento di un evento reale attraverso percezione sensoriale. Essere trasmessa (messaggio) intenzionalmente da un emittente ad un ricevente per mezzo di un canale

22 La comunicazione Il messaggio presuppone l utilizzo di un codice (sistema di regole) ediunlinguaggio che devono essere conosciuti sia dal emittente che dal destinatario, altrimenti la comunicazione non ha effetto??? emittente destinatario?

23 8.3.1 Sintassi e semantica dei linguaggi La funzione del linguaggio è quella di sostituire ad oggetti o concetti idei segni/simboli i per trasmettere un messaggio. Il segno è l associazione di qualcosa di materiale e sensibile (immagine, suono ) che chiamiamo significante con qualcosa di puramente concettuale che chiamiamo significato Il codice ci consente l interpretazione dei segni Segno = significante + significato gatto Il gruppo dei suoni o di lettere g/a/t/t/o

24 8.3.1 Sintassi e semantica dei linguaggi ELEMENTI DI UN LINGUAGGIO Alfabeto insieme finito e non vuoto di simboli convenzionali espressi con segni tipografici detti caratteri Ortografia insieme finito e non vuoto di regole per la scrittura dei suoni Sintassi insieme finito e non vuoto delle regole mediante le quali si formano le stringhe o le frasi di un linguaggio Semantica insieme finito e non vuoto di significati da attribuire alle stringhe Morfologia insieme finito e non vuoto di tuttele regole che servono per generare le forme di un linguaggio

25 8.3.1.a Linguaggi nella comunicazione uomo - macchina L uomo per comunicare all automa le strategie risolutive di un problema ha bisogno di un linguaggio formale che gli consenta di passare dall algoritmo al programma, cioè ad una sequenza di istruzioni mediante le quali si può risolvere il problema.

26 8.3.2 Linguaggi e automi Linguaggi non evoluti Linguaggio macchina, linguaggio assemblativo (Assembler). Vicino alla logica della macchina Linguaggi evoluti Linguaggi non orientati alla macchina, ma alla soluzione dei problemi. Vicino alla logica dell uomo

27 8.3.2 Linguaggi e automi I principali software Sistema operativo Office Automation Word processor Software di base, Foglio di calcolo controlla tutte le risorse del Sistemi di gestione base dati computer, necessita Programmi per la realizzazione di di un linguaggio più vicino al linguaggio presentazioni multimediali macchina Programmi di grafica computerizzata (Assembler) Editor di suoni Editor di pagine web

28 8.3.3 Linguaggi di programmazione Problema Risultati Algoritmo Dalla formulazione del problema alla sua soluzione Elaborazione Programma Programma Programma sorgente traduttore oggetto

29 8.3.3 Linguaggi di programmazione Programma sorgente L algoritmo risolutivo viene trasformato in un programma attraverso un linguaggio di programmazione che può contenere: Istruzioni di dichiarazione Istruzioni di assegnazione Istruzioni di controllo Istruzioni di input e output Descrivono dati e variabili utilizzati dal programma, definendone tipo e struttura Consentono di assegnare alla variabile un valore dello stesso tipo della variabile Sono istruzioni che richiedono salti di sequenza nell esecuzione esecuzione del programma Richiedono l ingresso o l uscita di un informazione da una periferica alla memoria centrale e viceversa

30 8.3.3 Linguaggi di programmazione Fortran Cobol Basic Algol Principali linguaggi PHP Logo PL1 Lisp Pascal C/C++ Java

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