Cos è la programmazione?

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1 La programmazione

2 Cos è la programmazione? Termine usato per indicare le attività che trasformano l esigenza di risolvere un Problema in un Programma, inteso come sistema informatico capace di risolvere una classe di problema Problema molto ampio, nostro scopo essere in grado di: Realizzare un programma per risolvere un dato problema mediante un computer

3 Il problema Quando ci troviamo di fronte ad un problema? Ogni volta che ci troviamo di fronte alla necessità di ottenere qualcosa che non sia direttamente raggiungibile a partire da dei dati (il risultato) Chi risolve il problema? Il problem-solver è colui che si occupa di trovare una soluzione (l algoritmo) che ci consenta di raggiungere il risultato a partire dai dati di ingresso Chi mette in pratica l algoritmo? Un esecutore che può essere umano o meccanico

4 Le tappe Problema Formulazione del problema Algoritmo Costruzione del metodo di soluzione Esecutore Esecuzione della soluzione

5 Gli Algoritmi

6 Algoritmo Un algoritmo è una sequenza di azioni che permette di trasformare i dati di partenza del problema per ottenere la soluzione Dati in ingresso Azione 1 Azione 2 Azione n Dati in uscita (Soluzione)

7 Proprietà dell algoritmo Finito ogni esecuzione deve terminare Generale deve risolvere una classe di problemi Completo deve contenere l indicazione delle azioni da compiere in tutti i casi possibili Non ambiguo interpretazione univoca Eseguibile ogni azione deve essere nota all esecutore Se tutte le proprietà elencate sono soddisfatte, l algoritmo potrà essere eseguito più volte producendo lo stesso risultato

8 Descrizione dell algoritmo Proprietà della descrizione di un algoritmo: Indicazione dei dati su cui deve operare Sequenza esatta delle azioni da compiere Specifica dei controlli che determinano l ordine con cui le azioni vanno eseguite La prima azione che deve essere eseguita La sequenza esatta delle azioni L azione d arresto

9 L esecutore Per poter conseguire il risultato deve: Disporre dell algoritmo Essere in grado di capire la descrizione dell algoritmo Essere in grado di eseguire effettivamente le azioni Disporre dei dati iniziali Comunicare il risultato

10 Descrivere l algoritmo Il linguaggio con cui si descrive un algoritmo non è un linguaggio di programmazione Esistono linguaggi grafici fanno uso di simboli grafici linguaggi lineari fanno uso di simboli alfanumerici

11 Esempi di linguaggi Alcuni esempi di linguaggi di descrizione degli algoritmi: Diagrammi di flusso (Flow chart) Carte strutturate Rappresentazioni ad albero

12 Flow chart Vanno bene nel momento in cui occorre descrivere un processo sequenziale Le azioni non si sovrappongono I simboli usati sono: Inzio o fine di un processo Decisione Comunicazioni con l esterno Azione Flusso

13 Flow chart: regole Ogni Flow chart contiene almeno: un inizio uno o più azioni eventualmente dei blocchi decisionali Regole: Ogni blocco di azione contiene una freccia entrante ed una uscente Ciascun blocco decisionale contiene una freccia entrante e due frecce uscenti Ciascuna freccia può entrare in un blocco, oppure si inserisce in un altra freccia Ciascun blocco è raggiungibile dal blocco iniziale Il blocco finale è raggiungibile dal blocco iniziale

14 Flow chart: esempio Inizio A1 false A2 true A3 Fine

15 Sequenza Selezione Iterazione Schemi di composizione fondamentali A partire da questi, si definiscono i grafi di flusso strutturati

16 Sequenza Questo schema fondamentale di composizione descrive la sequenzialità di due azioni elementari Inizio A1 A2 Fine

17 Selezione Questo schema fondamentale di composizione descrive la selezione tra due alternative A1 true Inizio Fine false A2

18 Iterazione Questo schema fondamentale di composizione descrive l iterazione (la ripetizione) di una azione quando una condizione è verificata. Esistono due modelli che si differenziano sul momento in cui viene valutata la condizione true Inizio true A1 Inizio A1 false false Fine Fine

19 Grafi di flusso strutturati Descrivono un algoritmo componendo gli schemi fodamentali true A1 true false A4 true false Inizio Fine false A2 true false A3

20 Esempio finale: la telefonata (1) Si supponga che le azioni note siano: Solleva il ricevitore Attendi il segnale Componi il numero Attendi risposta Chiacchiera Deponi il ricevitore

21 Esempio finale: la telefonata (2) Inizio Solleva ricevitore Attendi segnale Componi cifra true Ancora cifre? false true Libero? false Attendi risposta Chiacchiera Deponi ricevitore Fine

22 Alcuni algoritmi notevoli Algoritmo di scambio, ovvero: come scambiare il valore di due variabili? L algoritmo base che introduce l assegnamento Dati due valori 10 e 20, contenuti rispettivamente in due variabili x e y Risultato: x contenga 20 e y contenga 10 inizio Leggi x Leggi y tmp <- x x <- y y <- tmp Print x e y fine

23 Alcuni algoritmi notevoli Massimo fra due numeri Dati due numeri in ingresso, trovare il massimo tra i due e stamparlo true inizio Leggi x Leggi y x>y false max <- x max <- y Print max fine

24 Progettazione di algoritmi Se il problema è semplice, l algoritmo è facilmente individuabile Se il problema è complesso, si riduce la sua complessità utilizzando generalmente un approccio chiamato TOP-DOWN: Scomporre in sotto problemi più semplici Progettare un algoritmo per ciascun sotto-problema Eventualmente si itera inizio Scomponi Semplice? true fine

25 Top-Down Aumenta il numero complessivo di problemi da risolvere, ma la difficoltà di ciascuno è minore Quando ci si ferma? Quando si giunge ad individuare sotto-problemi i cui algoritmi utilizzano azioni che sono comprensibili all esecutore I sotto-problemi devono fra loro essere indipendenti dal punto di vista della loro progettazione ma fra loro cooperano per giungere al risultato finale del problema iniziale

26 Esempio: max tra 3 numeri inizio Leggi x, y, z true x>y false x>z false true y>z false max <- x max <- z max <- y max <- z Print max fine

27 Linguaggi di programmazione

28 Un esecutore particolare: il computer L algoritmo va codificato mediante un linguaggio di programmazione le cui azioni sono espresse tramite operazioni La codifica dell algoritmo mediante un linguaggio di programmazione comprensibile direttamente o indirettamente è definita programma

29 Linguaggi di programmazione Linguaggio di codifica Il computer... Basso livello Linguaggio macchina lo esegue direttamente Linguaggio assembler necessita dell assembler Alto livello Linguaggio di programmazione necessita di un traduttore

30 Il linguaggio macchina Gli algoritmi sono codificati in word di 0 e 1 Codifica usata fino alla prima metà degli anni 50 Durante la seconda metà degli anni 50, il linguaggio con cui l uomo comunicava con la macchina cominciò ad alzarsi di livello la fatica di tradurre i programmi fu affidata al calcolatore

31 Il linguaggio Assembler Definisce un set di istruzioni elementari Si avvicina molto al linguaggio macchina Corrispondenza quasi biunivoca fra istruzione e numero di operazioni eseguite dal sistema Se siete interessati possiamo vedere degli esempi a titolo informativo

32 Linguaggi ad alto livello Linguaggio molto vicino al linguaggio naturale Le istruzioni sono molto astratte: ognuna di esse può corrispondere ad un elevato numero di operazioni da parte della macchina facilitano la vita al programmatore Esempi: Java C C++ Pascal

33 Comparazione tra linguaggi Linguaggio ad alto livello: Uscire dalla stanza Linguaggio basso livello: Individuare la porta Girarsi verso la porta Fare un passo, poi un altro Girare la maniglia

34 Le tappe Problema Formulazione del problema Algoritmo Costruzione del metodo di soluzione Codifica Codifica dell algoritmo in un linguaggio di programmazione Traduttore Traduzione del programma in codice comprensibile Esecutore Computer

35 Il traduttore Quando si utilizza un linguaggio diverso da quello macchina occorre un traduttore Il traduttore traduce in istruzioni macchina i sorgenti dei programmi Le istruzioni macchina corrispondono ad operazioni elementari che interagiscono direttamente con gli elementi del computer (registri e memoria) Occorre il traduttore specifico del linguaggio di programmazione usato e del tipo di processore montato sul computer

36 Tipi di traduttori Esistono due tipi di traduttori: Compilatori Traducono un programma scritto in un linguaggio ad alto livello in linguaggio macchina Interpreti Traducono un programma scritto in un linguaggio ad alto livello in linguaggio macchina e simultaneamente lo eseguono

37 Traduzione tramite compilatore Il Compilatore traduce un programma scritto in linguaggio ad alto livello in un programma in codice macchina per uno specifico hardware Programma Compilatore Programma in Linguaggio Macchina Dati in ingresso Esecuzione del Programma In Linguaggio Macchina Dati in uscita

38 Traduzione ed esecuzione tramite Interprete L Interprete traduce un programma in linguaggio ad alto livello in codice macchina per uno specifico hardware Viene tradotta un istruzione alla volta che viene subito eseguita Programma Interprete Programma in Linguaggio Macchina Dati in ingresso Esecuzione del Programma In Linguaggio Macchina Dati in uscita

39 Traduzione dei Programmi Java Codice Intermedio: Byte Code codice portabile a basso liv. simile all assembler, indipendente dall hardware invisible al programmatore Java L Interprete traduce dal byte code al codice macchina Java Program Java Compiler Byte-Code Program Byte-Code Interpreter Machine-Language Instructions Data for Java Program Java Virtual Machine Computer Execution of Machine-Language Instructions Output of Java Program

40 Tipi di Errori Sintattici Run-Time Logici

41 Errori Sintattici Errori grammaticali Identificati dal compilatore ( compiler-time error ) automaticamente con messaggi di errore, I più facili da correggere Il codice non può essere eseguito fino a che tutti gli errori sintattici non sono stati corretti Esempio: pint anzichè print

42 Errori a Run-Time Errori in esecuzione (run-time) Non sempre facili da identificare I messaggi di errore possono non essere di aiuto Esempio: Divisione per zero se nell esecuzione si cerca di dividere per zero, il programma termina con messaggio di errore

43 Errori Logici Se un programma viene compilato ed eseguito senza messaggi di errore, ciò non significa che il programma è corretto! Errore nel disegno (algoritmo) o nell implementazione I più difficili da trovare e correggere

44 Esempi di errori Logici Errore nell algoritmo: mediaoffivescores = SumOfScores/2 (doveva dividere per 5) Errore di implementazione: sum = a - b; (doveva essere sum = a + b; )

45 Paradigmi di Programmazione Programmazione Procedurale (o imperativa) Un programma è composto da istruzioni che realizzano trasformazioni di stato. Uno stato è identificato da tutti i valori di un certo insieme di variabili ad un certo stadio dell esecuzione Programmazione Funzionale Un programma è un espressione che viene valutata per ottenere un risultato Programmazione Logica Un programma è un insieme di fatti e regole, la sua esecuzione equivale alla realizzazione di una dimostrazione Programmazione orientata agli Oggetti Un programma è un insieme di oggetti (astrazioni della realtà) che comunicano fra loro tramite scambio di messaggi