FONDAMENTI DI INFORMATICA

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1 FONDAMENTI DI INFORMATICA Prof. Alfredo Accattatis Tutor: Prof. Venturino Taggi

2 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 2 Argomenti di oggi Si parlerà di: Tecniche di debug Stringhe ed operazioni su stringhe

3 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 3 Eliminazione degli errori Ogni errore in un programma è chiamato Bug Il processo di trovare gli errori e relativa (eventuale) correzione si chiama Debugging Tipi di errori (errori di sintassi) syntax errors (errori in esecuzione) runtime errors (errori logici) logical errors Da aggiungere Warning (avvertimenti) tipicamente in compilazione

4 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 4 Perché bug? Tenente Grace Hopper 9 settembre 1947 Mark II Circuiti elettromeccanici Falena incastrata «1545. Relay #70 Panel F (moth) in relay. First actual case of bug being found»

5 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 5

6 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 6 Syntax errors Sostanzialmente (e riduttivamente): uso errato del linguaggio. Per esempio: >> mystr='how are you; mystr='how are you; Error: A MATLAB string constant is not terminated properly. >> value=5 value = 5 >> newvalue = valu + 3 Undefined function or variable 'valu'. Did you mean: >> newvalue = value + 3

7 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 7 Syntax errors ed editor matlab Sintassi errata Sintassi corretta Errore non evidenziato

8 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 8 Syntax error La variabile c usata PRIMA della definizione (non inizializzata) Argomento d ingresso non usato Per comprendere la natura dell errore e/o warning si dovrebbe andare con il cursore sulla variabile evidenziata dall editor

9 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 9 Runtime/execution errors Gli errori vengono trovati durante l esecuzione, e.g. Divisione per ZERO Tentativo di riferirsi ad un elemento del vettore che non esiste >> a=1:3; >> b=4:5; >> a*b Error using * Inner matrix dimensions must agree.

10 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 10 Errori logici (Logical errors) Sono i più difficili da individuare Un errore logico è un errore di ragionamento del programmatore: il codice in se può essere formalmente e sintatticamente corretto Per testare il corretto funzionamento del codice si dovrebbe: Definire un set di uses case (differenti combinazioni di valori d ingresso) il più possibile rappresentativi della realtà simulata. =>Controllare la correttezza della risposta/soluzione

11 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 11 Tracing (tracciamento errore) Come controllare esattamente quali righe sono state eseguite? Consideriamo il seguente esempio?

12 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 12 Funzione echo >> help echo echo Display statements during function execution. echo ON turns on echoing of commands inside Scriptfiles. echo OFF turns off echoing. echo file ON where 'file' is a function name causes the named Function-file to be echoed when it is used. echo file OFF turns it off. echo file toggles it. echo ON ALL turns on the echoing of commands inside any Function-files that are currently in memory (i.e., the functions returned by INMEM). echo OFF ALL turns them all off....

13 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 13 Esempio Non particolarmente utile!!!!

14 Ispezione del codice in tempo reale: moderni interpreti/compilatori Possibilità di mettere breakpoint nel codice e successivamente è possibile: Eseguire il codice passo-passo interrogare le variabili del workspace locale Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 14 3<x ritorna 0(false) perchè x=-2 (3<x = 0) <6 è true perchè 0 < 6 sempre Anche se x=4 abbiamo 3<x = 1 < 6 è sempre true.

15 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 15 Definire i breakpoint Si può fare con il mouse nella finestra di editor Oppure da linea di comando (slide successiva) Puntare il cursore del mouse sul trattino e cliccare

16 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 16 Definire i breakpoint Da linea di comando

17 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 17 Procedere con l esecuzione Da linea di comando: dbstep : procede un passo alla volta dbcont : continua l esecuzione F11 abbreviazione per dbstep

18 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 18 Procedere con l esecuzione >> SyntaxError(2,3) 4 c = 0; K>> dbstep 5 c = c + a; K>> dbstep 6 c = c*2; K>> dbstep 7 c = c/2; K>> dbcont 5 >>

19 STRINGHE Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 19

20 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 20 Manipolazione di stringhe Stringa: qualsiasi sequenza di caratteri delimitata da virgolette singole Le stringhe sono sostanzialmente vettori le cui singole componenti sono caratteri Infatti le operazioni definite sui vettori lavorano quasi tutte anche con le stringhe Esempi: Stringhe: x cat Hello there 123 Sottostringhe (Substrings): there è una sottostringa di Hello there

21 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 21 Tipi di caratteri Una stringa può contenere Lettere Numeri Segni di punteggiatura Spazi bianchi Caratteri di controllo I Caratteri di controllo non sono stampabili ma fanno qualcosa (e.g. tab, new line, cr)

22 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 22 Come creare variabili stringhe

23 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 23 Stringhe come Vettori >> length(word) 3 >> length('cat ) 3 >> length(' ) 1 >> length(' ) 0 >> mystr='hi mystr = Hi >> mystr(1) H >> mystr H i >> sent = 'Hello there sent = Hello there >> sent(4:8) lo th

24 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 24 Matrici di Stringhe >> wordmat=[ 'Hello'; 'Howdy ] wordmat = Hello Howdy >> size( wordmat ) 2 5 >> wordmat( 2, 4 ) d >> wordmat( 1, : ) Hello >> >> greetmat = ['Hello'; 'Goodbye'] Error using vertcat Dimensions of matrices being concatenated are not consistent. >> greetmat = ['Hello '; 'Goodbye ] greetmat = Hello Goodbye

25 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 25 Operazioni sulle stringhe Concatenazione Creazione di stringhe personalizzate Rimozione spazi Conversione minuscole/maiuscole e viceversa Confronti Ricerca

26 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 26 Concatenazione >> f='bird ; >> l='house ; >> [f l] birdhouse >> strcat(f,l) birdhouse strcat e [ ] NON hanno lo stesso comportamento >> s1='xxx ; >> length(s1) 6 >> s2=' yyy'; >> length(s2) 6 >> [s1 s2] xxx yyy >> length(ans) 12 >> strcat(s1,s2) xxx yyy >> length(ans) 9 >> strcat(s2,s1) yyyxxx >> length(ans) 9 Rimuove gli spazi bianchi

27 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 27 Concatenazione(cont d) Char >> clear greatmat >> greatmat=char('hello','goodby'); >> greatmat greatmat = Hello Goodby >> size(greatmat) 2 6 La taglia della matrice dipende dalla stringa più grande tra quelle concatenate

28 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 28 Creazione di stringhe di caratteri blanks Aggiungere spazi bianchi alla fine di una stringa può tornare utile per concatenare righe blanks() >> bs4=blanks(4); >> size(bs4) 1 4 >>tx=[ Yes We can ; I did, bs4] Potrebbe esserci utile anche il processo inverso, ossia la rimozione

29 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 29 Rimozione spazi bianchi >> names=char('sue','cathy','xavier'); >> size(names) 3 6 >> n1=names(1,:) n1 = Sue >> length(n1) 6 >> deblank(n1) Sue >> length(ans) 3 Come implementare il deblank usando un for loop?

30 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 30 mydeblank function [ s1 ] = mydeblank( s ) %Elimina gli spazi bianchi dalla fine della stringa %Stringa in s1 n=length(s); if(size(n,1)==1 size(n,2)==1) for i=1:n if s(i)~=' ' s1(i)=s(i); else break; end end else s1=s; disp( Impossibile rimuovere spazi bianchi'); end end

31 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 31 Errore? Complimenti, n era un errore!!

32 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 32 Homework La funzione appena definita mydeblank non funziona se gli spazi bianchi sono contenuti prima della fine della stringa.esempio: mydeblank( this string is tricky ) Ritornerà this invece di this string is tricky Fatelo voi!

33 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 33 Creare stringhe personalizzate (formattate) sprintf >> s2=sprintf( il valore è %.2f',pi) s2 = Il valore è 3.14 Con sprintf è possibile creare stringhe sulla base dei valori delle variabili e salvare il tutto ancora in una variabile.. Consultate l help di Matlab per ulteriori dettagli

34 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 34 Operazioni sulle stringhe. Punto della situazione Concatenazione Creazione di stringhe personalizzate Rimozione spazi bianchi Conversione maiuscole/minuscole e viceversa Confronto di stringhe Ricerca stringhe

35 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 35 Conversione maiuscole/minuscole e viceversa >> s1='hello s1 = Hello >> s=upper(s1) s = HELLO >> s3=lower(s) s3 = hello

36 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 36 Confronto di stringhe >>s1= Hello ; >>s2= Hillo ; >> s1==s >> sum(s1==s2)==length(s1) 0 >> s2(2)='e s2 = Hello >> sum(s1==s2)==length(s1) 1 >> Se s1 è uguale ad s2 la variabile ans ritorna un vettore riempito di 1. Perciò, la somma degli elementi del vettore sarà uguale alla lunghezza del vettore Altrimenti i due vettori sono differenti

37 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 37 Confronto di stringhe (cont d) >> strcmp(s1,s2) 1 >> strcmp(s2,s1) 1 >> s1=[s1 '3456 ] s1 = Hello3456 >> strcmp(s1,s2) %è sensibile alla lunghezza 0

38 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 38 Homework Scrivere una function che si comporta come strcmp. Dall help di Matlab si evince che: strcmp Compare strings. TF = strcmp(s1,s2) compares the strings S1 and S2 and returns logical 1 (true) if they are identical, and returns logical 0 (false) otherwise. La funzione prevede la gestione di stringhe di taglia differente.

39 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 39 Ricerca stringhe >> s1='this is a string for test'; >> strfind(s1,'s') >> strfind(s1,'for') La funzione ritorna la posizione del carattere, ossia la posizione in s1 del carattere s oppure la posizione iniziale della sottostringa d ingresso 18

40 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17 - A.Accattatis 40 Homework Scrivere una funzione che si comporti come strfind

41 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Algoritmi di ordinamento I procedimenti di ordinamento dei dati rientrano nell insieme dei problemi classici dell informatica. PROBLEMA Partendo da una sequenza di elementi omogenei è necessario ordinarli secondo un criterio prestabilito, p.e. ordine crescente. ALGORITMO RISULTATO Si costruisce un permutazione della sequenza originaria tale che gli elementi costituenti soddisfano il criterio di ordine.

42 Algoritmi di ordinamento (2) Le caratteristiche basilari di un generico algoritmo di ordinamento: Procedimento iterativo Attività principali: Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Ripetizione (es. ciclo) Criterio di ordinamento (es. confronto)

43 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Ordinamento Fonte:

44 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Algoritmi di ordinamento (3) Analizziamo i seguenti algoritmi elementari su sequenze numeriche da ordinare in modo ascendente: Ordinamento per selezione (Selection Sort) ad ogni iterazione i si seleziona l elemento più piccolo che viene spostato nella posizione i-esima. Ordinamento ad inserimento (Insertion Sort) Considerando di avere già ordinato una porzione della sequenza da 1 a k, allora alla iterazione k+1 si inserisce l elemento della porzione non ordinata nella posizione corretta. Bubble sort Viene effettuato il confronto tra elementi adiacenti: la relativa coppia viene ordinata

45 Ordinamento per selezione Data la sequenza di numeri di lunghezza n, si assume che questa sia stata parzialmente ordinata, in ordine crescente, fino all elemento k-1. La sotto-sequenza da k a n è da ordinare. [ ] i = Trovare il minimo tra gli elementi della sottosequenza non ordinata (con i da k a n) 2. Sostituire l elemento in posizione k con il minimo trovato 3. Incrementare k 4. Se k < n ripetere dal passo 1 5. Fine Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis

46 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Ordinamento per selezione (2) I. k = 4 II. k = 5 III.k = 6 IV. k = 7 [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Fine: sequenza ordinata

47 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Selection Sort Fonte:

48 Ordinamento per selezione (3) function v = SelectionSort( v ) %Ordina il vettore v con l algoritmo per selezione %INPUT: vettore di numeri %OUTPUT: vettore di numeri in ordine ascendente for k = 1 : (length(v) - 1) indicemin = k; %inizializzazione della posizione del minimo for j = (k + 1) : length(v) %trova il minimo tra gli n-k elementi non ordinati if v(j) < v(indicemin) indicemin = j; %posizione dell elemento di valore minimo end end temp = v(indicemin); % scambia la posizione del minimo v(indicemin) = v(k); v(k) = temp; end end Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis

49 Ordinamento ad inserimento Data la sequenza di numeri di lunghezza n, si assume che questa sia stata parzialmente ordinata, in ordine crescente, fino all elemento k-1. La sotto-sequenza da k a n è da ordinare. [ ] i = Considerato l elemento k, individuare la sua posizione p con 1 < p < (k-1) 2. Se p < k inserire l elemento nella posizione p e spostare gli altri 3. Incrementare k 4. Se k <= n ripetere dal passo 1 5. Fine Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis

50 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Ordinamento ad inserimento (2) I. k = 5 II. k = 6 III.k = 7 IV. k > 7 [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Fine: sequenza ordinata

51 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Insertion Sort Fonte :

52 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Ordinamento ad inserimento (3) function v = InsertionSort( v ) %Ordina gli elementi di un vettore con l algoritmo ad inserimento %INPUT: vettore di numeri %OUTPUT: vettore di numeri in ordine ascendente for k = 2:length(v) x = v(k); % elemento da posizionare for j = 1:k % in questo ciclo cerca la posizione if v(j) > x break; % il ciclo viene interrotto: posizione trovata! end end if j < k % è necessario spostare gli elementi for i = (k-1) : -1 : j v(i+1) = v(i); end v(j) = x; end end

53 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Bubble sort Data la sequenza di numeri di lunghezza n, si confrontano due elementi contigui e quello minore viene posizionato prima. Se avviene uno scambio, questo evento viene registrato in una variabile boolena (p.e. scambio=true) 1. Considerata la coppia di elementi in posizione (k, k+1), ne vengono confrontati i valori 2. Se il valore in k+1 è minore del valore in k le posizioni vengono scambiate e scambio=true 3. Se lo scambio è avvenuto incrementare k, ripristinare scambio=false, ripetere dal passo 1 4. Fine

54 Bubble sort (2) Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis (1) (2) (3) (4) (5)

55 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Bubble sort Fonte:

56 Bubble sort (3) function v = BubbleSort( v ) %Ordina gli elementi di un vettore utilizzando l algoritmo BubbleSort %INPUT: vettore di numeri v %OUTPUT: vettore di numeri in ordine ascendente for i = 1 : (length(v)-1) scambio = false; for j = 2 : (length(v)-(i-1)) if v(j-1) > v(j) %gli elementi non sono ordinati allora scambiali temp = v(j); v(j) = v(j-1); v(j-1) = temp; scambio = true; end end if ~scambio % se non ci sono stati scambi allora il vettore è ordinato end end end break; Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis % quindi interrompi il ciclo

57 Fondamenti di Informatica a.a. 2016/17- A.Accattatis Esercizi 1. Progettare ed implementare una funzione di ordinamento decrescente che utilizzi l algoritmo dell inserimento ad inserimento opportunamente modificato. 2. Adattare l algoritmo di ordinamento Bubble Sort sostituendo il costrutto for con while. 3. Modificare le funzioni di ordinamento presentate per calcolare il numero totale di iterazioni e il numero di spostamenti per ciascun algoritmo. Considerare come variano queste due quantità per ciascun algoritmo nelle seguenti situazioni: 1. caso migliore (sequenza già ordinata), 2. caso peggiore (sequenza con ordine inverso), 3. caso tipico. Si possono trarre delle conclusioni?