Informatica 3. LEZIONE 10: Introduzione agli algoritmi e alle strutture dati

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1 Informatica 3 LEZIONE 10: Introduzione agli algoritmi e alle strutture dati Modulo 1: Perchè studiare algoritmi e strutture dati Modulo 2: Definizioni di base

2 Informatica 3 Lezione 10 - Modulo 1 Perchè studiare algoritmi e strutture dati

3 Importanza delle strutture dati Obiettivo: efficienza Calcolatori più potenti applicazioni più complesse maggiori capacità di calcolo e programmi sempre più efficienti occorrono principi che permettono di progettare programmi efficienti

4 Organizzazione dei dati Struttura dati = qualsiasi rappresentazione dei dati e le operazioni associate ad essa Esempio: Collezione di dati: array di record Operazioni: cercare, processare in qualsiasi ordine, modificare Scegliere la corretta struttura dati esecuzioni in pochi secondi oppure in molti giorni

5 Soluzione efficiente Una soluzione si dice efficiente se risolve il problema soddisfacendo vincoli di risorse Spazio (su disco, in memoria centrale) Tempo Il costo di una soluzione dipende dalla quantità di risorse che la soluzione consuma Tempo

6 Scegliere una struttura dati Passi da seguire: Analizzare il problema per determinare i vincoli delle risorse Determinare le operazioni di base da supportare. Quantificare i vincoli di risorse per ciascuna operazione Selezionare la struttura dati che meglio soddisfa i requisiti

7 Cosa chiedersi I dati vengono inseriti nella struttura dati tutti all inizio oppure tra un inserimento e l altro vengono effettuate altre operazioni? I dati possono essere cancellati? I dati devono essere processati secondo un particolare ordine oppure occorre potervi accedere in modo casuale? strutture dati più o meno complesse

8 Costi e benefici Ogni struttura dati ha costi e benefici Raramente una struttura dati è migliore di un altra in tutte le situazioni Una struttura dati richiede: spazio per ogni informazione da memorizzare tempo per eseguire le operazioni di base sforzo di programmazione Esempio: banca Apertura conto: pochi minuti Transazioni: pochi secondi Chiusura conto: durante la notte

9 Obiettivi del corso Studiare le strutture dati più comuni e alcune strutture dati più complesse Analizzare costi/benefici di queste strutture dati Comprendere come misurare l efficienza di un algoritmo o di una struttura dati giudicare anche nuove strutture dati

10 Informatica 3 Lezione 10 - Modulo 2 Definizioni di base

11 Tipi di dati astratti Tipi di dati astratti o Abstract Data Type (ADT): definizione di un tipo di dato solamente in termini di insieme di valori e insieme di operazioni sul tipo di dato Ogni operazione di un ADT è definita attraverso i suoi input e output I dettagli di come il tipo di dato è implementato sono nascosti Una struttura dati è l implementazione fisica di un ADT Ogni operazione associata con l ADT viene implementata tramite una o più funzioni

12 Forma fisica e logica dei dati I dati hanno una forma logica e una forma fisica Forma logica: definizione di un dato all interno dell ADT Es. Interi (intesi in senso matematico) con operazioni +, - Forma fisica: implementazione del dato all interno di una struttura dati Es. intero a 16/32 bit, overflow

13 Relazione tra dati, ADT e strutture dati Tipo di dato ADT: Tipo Operazioni Dato: forma logica Struttura dati: Spazio di memoria Funzioni Dato: forma fisica

14 Problema Problema: compito da eseguire può essere pensato in termini di input ed output la definizione del problema dovrebbe includere i vincoli sulle risorse che possono essere consumati in una soluzione accettabile I problemi possono essere visti come funzioni matematiche Una funzione mappa input (dominio) in output (codominio) Un input può essere un singolo numero oppure una collezione di dati I valori che costituiscono un input vengono detti parametri della funzione In corrispondenza di un input la funzione calcola un output

15 Algoritmi e programmi Algoritmo: metodo o processo per risolvere un problema Es. ricetta Un algoritmo riceve l input di un problema (funzione) e lo trasforma in output Un problema può essere risolto attraverso diversi algoritmi

16 Proprietà di un algoritmo Proprietà che deve possedere un algoritmo: Correttezza Deve essere costituito da una serie di passi concreti Non deve essere ambiguo Deve essere costituito da un insieme finito di passi Deve terminare Un programma è un istanza, o rappresentazione concreta, di un algoritmo in un linguaggio di programmazione

17 Concetti di matematica Insiemi Relazioni Logaritmi Ricorsione Somme e ricorrenze Dimostrazioni per assurdo e per induzione Stima