Modulo 1 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione

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1 Modulo 1 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione Algoritmi Definizione di algoritmo e sua rappresentazione grafica Per algoritmo si intende un procedimento, che permette di raggiungere un risultato atteso, mediante l esecuzione di una serie di operazioni, facenti parte di un insieme determinato. L algoritmo è quindi costituito da una sequenza di operazioni che consentono di raggiungere un risultato prefissato, e che rispettano le seguenti regole: la sequenza di operazioni deve essere finita; deve portare a un risultato certo; le operazioni devono essere eseguibili concretamente; le operazioni non devono essere espresse in modo ambiguo. Se l algoritmo è di tipo lineare, ossia costituito da una sequenza di operazioni prestabilita, può essere facilmente descritto elencando una dietro l altra le operazioni da eseguire. Se, per esempio, devo eseguire la media di tre valori, l algoritmo utilizzato è il seguente: somma il primo valore al secondo; somma il terzo valore al risultato; dividi il risultato per 3. Frequentemente, però, capita di dover eseguire operazioni diverse, in funzione del verificarsi di situazioni differenti, che l algoritmo è in grado di riconoscere. Per esempio, avendo a disposizione la base e l altezza di un triangolo o di un rettangolo, il calcolo dell area varia in funzione della figura geometrica

2 Patente Europea del computer Modulo 1 a cui si fa riferimento. In questi casi la sequenza di operazioni non risulta più lineare, e diventa difficile descriverla mediante un semplice elenco. Questo problema viene risolto con l utilizzo dei diagrammi di flusso (detti anche diagrammi a blocchi o flow chart), nei quali l algoritmo viene rappresentato in forma grafica mediante uno schema, nel quale le fasi del processo e le differenti condizioni che devono essere rispettate sono rappresentate da blocchi, in cui sono inserite le operazioni elementari, e che sono collegati tra di loro da linee di giunzione, che definiscono i percorsi, ossia le sequenze con le quali le operazioni devono essere eseguite. La disponibilità di collegamenti diversi consente di avere diverse sequenze di istruzioni, che rispondono alle diverse situazioni verificate dal programma. Qui di seguito vengono illustrati i blocchi di utilizzo più frequente. Per le operazioni che devono far parte di una sequenza, il blocco utilizzato è di tipo rettangolare (blocco di azione, vedi figura 1.1); esso è caratterizzato da un collegamento in ingresso e un collegamento in uscita, per cui risulta inserito in una sequenza definita di istruzioni. All interno del blocco viene scritta l operazione che deve essere eseguita. Figura 1.1 Blocco di azione. Una variante è costituita dal blocco a forma di parallelogramma (blocco di lettura/scrittura, o anche blocco di input/output, vedi figura 1.2), usato per le operazioni di ingresso e uscita dati. Esso è sostanzialmente uguale al blocco rettangolare, con il quale condivide la caratteristica di avere un solo collegamento in ingresso e uno solo in uscita. Viene utilizzato al posto del rettangolo per rendere più evidenti le operazioni di lettura e scrittura dei dati presenti in un diagramma a blocchi. 4 Figura 1.2 Blocco di lettura/scrittura.

3 Sezione 1: Fondamenti Il blocco a forma di rombo (blocco di controllo, vedi figura 1.3) viene utilizzato per percorrere sequenze di istruzioni diverse, in funzione del verificarsi o meno di certe situazioni. All interno del blocco viene posta una domanda, e le due o tre uscite possibili sono attivate in funzione della relativa risposta. Figura 1.3 Blocco di controllo. I blocchi con forma di ellissi schiacciata (blocco iniziale e blocco finale, vedi figura 1.4) hanno la caratteristica di avere un solo collegamento in ingresso o in uscita. Pertanto essi possono essere utilizzati solo per indicare il punto di partenza del programma, inizio (collegamento in uscita), o un punto in cui il l algoritmo deve arrestare il proprio processo elaborativo, fine (collegamento in ingresso). Va notato che in un programma può esistere solo un punto di partenza e quindi un solo blocco di inizio, ma possono esistere più punti di arresto e quindi più punti di fine. Figura 1.4 Blocchi iniziale e finale. I vari blocchi vengono collegati tra di loro da linee di giunzione, rispettando le regole date dalle caratteristiche dei blocchi. La direzione nella quale i collegamenti devono essere percorsi, e quindi il flusso di esecuzione delle operazioni, è indicato mediante frecce direzionali. Non è possibile che da un punto di una linea di giunzione partano due linee distinte (vedi figura 1.5), non si saprebbe infatti quale delle due percorrere. 5

4 Patente Europea del computer Modulo 1 È invece possibile che a un punto di una linea di giunzione arrivino due linee distinte (vedi figura 1.6); da due parti diverse del diagramma si riprende con la stessa sequenza di blocchi. Figura 1.5 Tipo di collegamento non permesso. Figura 1.6 Tipo di collegamento permesso. All interno dei blocchi vengono riportate le operazioni: esecuzione di azioni e di calcolo, nei blocchi di tipo rettangolare; di ingresso/uscita dati, nei blocchi a forma di parallelogramma; di confronto, nei blocchi a forma di rombo; di inizio o fine dell elaborazione, nei blocchi ellittici. 6 Nelle istruzioni di calcolo, variabili e costanti sono legate da operazioni matematiche e il risultato dell espressione viene assegnato a una variabile. Per esempio l istruzione: A = B + C ha il seguente significato: somma il valore della variabile B al valore della variabile C, e assegna il risultato alla variabile A. Qualsiasi istruzione di calcolo si presenta pertanto nella forma: Variabile = espressione con variabili e costanti Le costanti vengono indicate nella forma numerica usuale. Alle variabili viene assegnato un nome simbolico di fantasia. Una volta assegnato il nome a una variabile, tale nome dovrà essere utilizzato tutte le volte che, all interno del diagramma di flusso, si farà riferimento a quella variabile. Va osservato, infine, come in un istruzione di calcolo, la stessa variabile può comparire sia a sinistra sia a destra del segno di assegnazione.

5 Sezione 1: Fondamenti Per esempio, l operazione: N = N + 1 ha il significato di: somma 1 al valore della variabile N, e assegna a N il risultato o anche: incrementa di 1 il valore della variabile N. Non esistono regole che governano l assegnazione dei nomi simbolici alle variabili, ma è buona norma utilizzare nomi mnemonici, che, richiamando il significato della variabile usata, facilitano la lettura e quindi la comprensione del diagramma di flusso. Tipici nomi mnemonici possono essere TOT per totale, PAR per parametro, VAL per valore, FATT per fattura ecc. Le istruzioni di input/output sono composte da un comando di lettura o scrittura e da una lista dei nomi simbolici delle variabili, nelle quali sono memorizzati i valori letti. Per esempio, l istruzione: LEGGI A,B,TOT ha il seguente significato: Leggi tre valori e memorizza i valori letti, nell ordine in cui sono immessi, rispettivamente nelle variabili A, B, TOT. Nelle istruzioni di confronto all interno dei blocchi di controllo viene posta un espressione che lega tra di loro variabili e costanti, e sulle possibili uscite il risultato di tale espressione viene confrontato con variabili o costanti, mediante operatori quali: = uguale >< diverso < minore <= minore o uguale >= maggiore o uguale > maggiore o con la condizione vero o falso. Per esempio, il blocco di figura 1.7 ha il seguente significato: prosegui nella sequenza di operazioni verso sinistra, verso il basso o verso destra, secondo che l espressione N + K risulti minore, uguale o maggiore di 0. 7

6 Patente Europea del computer Modulo 1 È evidente che al momento dell esecuzione del programma le variabili N e K avranno un valore definito, risultato di precedenti istruzioni di input o di calcolo. Figura 1.7 Primo esempio di blocco di controllo. Analogamente nel blocco di figura 1.8 viene verificato se la condizione N > 0 è vera o falsa. Figura 1.8 Secondo esempio di blocco di controllo. 8 Spesso gli algoritmi vengono utilizzati per la soluzione di problemi di tipo numerico. Vediamo qui di seguito il diagramma di flusso relativo al calcolo e alla stampa della media di un numero di valori definito. Il procedimento utilizzato prevede di leggere il numero di valori (variabile NVAL) e quindi di ripetere più volte il calcolo del totale (variabile TOT), sommando in tale variabile i valori letti di volta in volta (variabile NUM), e contemporaneamente di contare tali valori (variabile N), incrementando la variabile di uno a ogni lettura di un nuovo valore. Il relativo diagramma di flusso è riportato nella figura 1.9. Nota come la variabile TOT debba essere azzerata all inizio delle operazioni, esattamente come si fa per calcolare un totale su una calcolatrice tascabile. Il contatore N viene utilizzato sia per contare i valori letti, sia per sapere quando tali valori sono terminati (condizione N = NVAL). Una volta disponibile il totale e il numero di valori letti, si calcola la media come rapporto tra i due valori, e la si stampa.

7 Sezione 1: Fondamenti Nel secondo esempio vediamo l algoritmo per calcolare l area di una superficie irregolare, che per il calcolo viene suddivisa in una serie di triangoli e rettangoli dei quali vengono misurate base e altezza. L algoritmo prevede di leggere una serie di terne di valori, dei quali il primo indica se le misure si riferiscono a un rettangolo (valore 1) o a un triangolo (valore 2) e i due valori successivi sono le misure della base e dell altezza. La serie di terne termina con un record che ha come unico valore 3. Il relativo diagramma di flusso è riportato nella figura Figura 1.9 Primo esempio di diagramma di flusso di un algoritmo numerico. Figura 1.10 Secondo esempio di diagramma di flusso di un algoritmo numerico. 9

8 Patente Europea del computer Modulo 1 Anche in questo caso all inizio del flusso viene azzerata la variabile AREA, nella quale vengono successivamente sommate le superfici S delle figure triangolari o rettangolari. Il calcolo della superficie S viene effettuato in modo differente in funzione del valore di VAL. Quando VAL ha il valore 3 viene stampata la variabile AREA e viene arrestata l esecuzione dell algoritmo. I diagrammi di flusso possono essere utilizzati anche per descrivere le soluzioni a problemi non numerici, quali per esempio le operazioni di una procedura. Nell esempio di figura 1.11 viene rappresentato l algoritmo per preparare la cartella per la scuola. Figura 1.11 Diagramma di flusso di un algoritmo non numerico. 10 Come puoi notare nei blocchi non sono inserite operazioni di calcolo ma semplici azioni da eseguire, ma i concetti di base risultano identici, e in particolare alcune operazioni vengono eseguite solo se sono verificate determinate condizioni ( hai lezione di disegno? o hai lezione di ginnastica? ).