Transcript Technologie informacyjne 03
Tydzień 3 Prowadzący: Dr inż. Jerzy Szczygieł
Algorytm - definicja
Algorytm – w matematyce oraz informatyce to skończony, uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego zadania. start tak czy jest prowadzący?
nie Słowo algorytm rozumiane jako przepis wykonania zadania pochodzi od fragmentu nazwiska arabskiego matematyka żyjącego na przełomie VIII i IX wieku (ok. 780 - ok. 850).
Muhammad ibn Musa al-Chorezmi ,
który został uznany za prekursora obliczeniowych metod w matematyce. zajęcia droga do domu stop
Algorytmy - przykłady
Zaparzanie herbaty
dane wejściowe : woda, herbata, cukier, szklanka, czajnik łyżeczka, palnik gazowy, zapałki • wsyp herbatę do szklanki; • nalej wodę do czajnika; • zapal gaz; • poczekaj aż w czajniku zagotuje się woda; • zalej herbatę w szklance wrzątkiem; • poczekaj 2 minuty; • dodaj cukier; • pomieszaj; wynik :herbata gotowa do wypicia
Znajdowanie największego wspólnego dzielnika NWD
(*)
dane wejściowe: liczby
a
i
b
• dopóki b ≠ 0 wykonuj: – podstaw za c resztę z dzielenia a przez b; – podstaw za a liczbę b; – podstaw za b liczbą c; • podstaw za NWD liczbę b; wynik: NWD
(*) tzw. Algorytm Euklidesa wymyślony, co ciekawe, przez Eduksosa z Knidos
Algorytmizacja zadania
1. Sformułowanie zadania 2. Określenie danych wejściowych 3. Określenie celu, czyli wyniku 4. Poszukiwanie metody rozwiązania, czyli algorytmu 5. Przedstawienie algorytmu w postaci: opisu słownego - listy kroków - schematu blokowego - jednego z języków programowania 6. Analiza poprawności rozwiązania 7. Testowanie rozwiązania dla różnych danych - ocena efektywności przyjętej metody
Cechy algorytmu
Cechy podstawowe
• posiada dane wejściowe • produkuje pewien wynik • jest precyzyjnie zdefiniowany • jest skończony
Cechy dodatkowe
• realizowalność • możliwość zapisania w wielu postaciach • możliwość wielokrotnego wykonywania • możliwość zapisania używając skończonego zbioru symboli.
Porównywanie i ocena efektywności algorytmów
Kryteria
• prostota • czytelność • długość kodu • poprawność • czas realizacji • zajętość pamięci
Algorytm idealny
– posiada prosty, łatwy do zrozumienia kod, liczy się szybko, nie wymaga dużo miejsca w pamięci i zawsze daje poprawne wyniki
Ocena efektywności i wartość algorytmu :
• koszt czasowy algorytmu ilość operacji jakie musi wykonać • koszt pamięciowy - ile komórek pamięci potrzebuje dany algorytm • poprawność algorytmu polega na tym, że nie ma w nim błędów składniowych ani logicznych, a w związku z tym jest on skończony (musi się zatrzymać) oraz daje poprawny wynik.
Metoda krokowa opisu algorytmu
Algorytm Euklidesa znajdowania NWD, IV w. p.n.e
1. dano dwie liczby a i b 2. jeżeli a=b to przejdź do kroku 7 3. jeżeli a
6. przejdź do kroku 2 7. podstaw za wynik liczbę b
Schemat blokowy - definicja
Schemat blokowy
jedna z najpopularniejszych form przedstawiania algorytmu. Tworzy się go za pomocą umownych symboli z zaznaczeniem połączeń i kierunków przepływu informacji.
start podaj a: podaj b: podaj c:
Zasady budowy schematu blokowego
• • • • • każda operacja jest umieszczona w osobnym bloku schemat ma tylko jeden blok "start" i przynajmniej jedną blok „stop” poszczególne bloki są ze sobą połączone. z bloku wychodzi jedno połączenie; wyjątek stanowią: "stop" (z którego nie wychodzą już żądne połączenia) oraz blok warunkowy (z którego wychodzą dwa połączenia opisane „TAK” i „NIE” w bloku operacyjnym zamiast znaku "=" pojawia się oznaczenie ":=" suma := a + b + c wypisz suma stop
Schemat blokowy – rodzaje bloków
Bloki graniczne:
start
Blok wykonawczy:
instrukcje do wykonania stop
Bloki wejścia-wyjścia:
podaj wartość
Blok warunkowy:
N
fałsz, logiczne 0
wyrażenie logiczne T
prawda, logiczne 1
wyprowadź wartość
Sieci działań
Proste (sekwencyjne)
nie używa się w nich bloków warunkowych. Kolejność operacji jest ściśle określona i żadna z nich nie może być pominięta ani powtórzona
Z rozwidleniem (warunkowe)
zawiera w sobie wybór jednej z kilku możliwych dróg realizacji danego zadania. Istnieje w nich przynajmniej jeden blok warunkowy
Z pętlą (iteracyjne)
stosowany wtedy gdy w trakcie realizacji danego zadania konieczne jest powtórzenie niektórych operacji różniących się jedynie zestawem danych
Złożone
będące kombinacją powyższych sieci
Podstawowe struktury programistyczne
a) jeżeli warunek logiczny Wyrażenie będzie prawdziwy rób Działanie P, inaczej nic nie rób b) jeżeli warunek logiczny Wyrażenie jest prawdziwy rób Działanie P , inaczej rób
Działanie F
Podstawowe struktury programistyczne – cd.
c) oblicz Wyrażenie oraz wykonaj tę instrukcję, przejście do której odpowiada wartości Wyrażenia. Inaczej wykonaj instrukcję Domyślną d) sprawdź Wyrażenie, jeżeli jest prawdziwe, wykonaj instrukcję oraz wróć do ponownego sprawdzania Wyrażenia, inaczej wyjdź z konstrukcji
Podstawowe struktury programistyczne – cd.
e) wykonaj instrukcję, a następnie sprawdź Wyrażenie, jeżeli jest prawdziwe, wróć do ponownego wykonania instrukcji, inaczej wyjdź z konstrukcji f) przed rozpoczęciem konstrukcji ustaw licznik. Dopóki wyrażenie jest prawdziwe, wykonaj Instrukcję, a następnie zmień licznik
Przykłady algorytmów
Przykłady algorytmów cd.
Przykłady algorytmów cd.
Przykłady algorytmów cd.
Przykłady algorytmów cd.
Przykłady algorytmów cd.
Zadania do samodzielnego rozwiązania
Przy pomocy schematów blokowych opisać algorytmy realizujące następujące zadania:
1. Ugotowanie jajka na: a) miękko b) twardo 2. Manewr wyprzedzania samochodem powoli jadącego traktora. Uwzględnić zmieniające się warunki na drodze (natężenie ruchu, ukształtowanie powierzchni, widoczność) 3. Znalezienie środka ciężkości pręta stalowego. Pręt znajduje się na ruchomych podporach (można je zbliżać i oddalać od siebie) 4. Dano liczbę A. Sprawdzić, czy dana liczba jest podzielna jednocześnie przez 3 i przez 7 5. Dano liczbę całkowitą. Znaleźć sumę wszystkich cyfr w składzie danej liczby 6. Znaleźć całkowite pierwiastki równania: 3x 3 +7x 2 =550 w przedziale [0…10]
Zadania do samodzielnego rozwiązania cd.
7. Znaleźć sumę n pierwszych elementów szeregu: 8. Dano proces predefiniowany Random(), który generuje jedną liczbę losową w przedziale od 0 do 65375. Opisać algorytm wygenerowania 20 losowych liczb w przedziale [10;100] 9. Obliczyć wartość funkcji sin(x) w przedziale [-2π; 2π] z krokiem 0,01 10. Obliczyć wartość funkcji dla całkowitego x:
Programowanie - definicja
Programowanie
proces projektowania, tworzenia i poprawiania kodu źródłowego programów komputerowych lub urządzeń mikroprocesorowych (mikrokontrolerów). Kod źródłowy pisze się z użyciem reguł określanych przez wybrany język programowania.
algorytm język programowania
symbole słowa kluczowe składnia semantyka
program
Składnia i semantyka języków programowania
Składnia typowego języka zawiera: • warianty kilku struktur sterujących • sposoby definiowania rozmaitych struktur danych • wzorce podstawowych instrukcji Składnia języka programowania określa • jak opisywać struktury sterujące • jak opisywać struktury danych • jak tworzyć poprawne symbole dla nazwania zmiennych i struktur danych • jak stosować interpunkcje (np. spacje, przecinki, kropki nawiasy) Semantyka określa znaczenie poprawnych składniowo wyrażeń
Kompilacja i interpretacja
Kompilacja – przekładanie całego programu napisanego w języku wysokiego poziomu na program w języku niższego poziomu Interpretacja – przekładanie kolejno instrukcji języka wysokiego poziomu na instrukcje poziomu maszynowego
Generacje języków programowania
Pierwsza generacja - języki maszynowe (wewnętrzne) specyficzne dla określonej maszyny. Programowanie w kodzie binarnym.
Druga generacja -języki symboliczne, niskiego poziomu ( Assembler ).
Poszczególnym rozkazom maszynowym odpowiadają symbole (mnemoniki). Aby program mógł zostać wykonany na komputerze konieczne jest jego przetłumaczenie na język wewnętrzny procesora.
Trzecia generacja - języki wysokiego poziomu ( Fortran, Pascal, C ).
Składnia przypomina proste zdania języka naturalnego oraz wyrażenia arytmetyczne. Języki wysokiego poziomu są niezależne od procesora.
Muszą być kompilowane lub interpretowane, aby mogły zostać wykonane przez procesor.
Generacje języków programowania cd.
Czwarta generacja – platformy programistyczne takie jak Delphi, C++ Builder czy też Visual Basic , pozwalające na „budowanie” aplikacji z gotowych elementów.
Piąta generacja – języki używane do tworzenia programów wykorzystujących tzw. sztuczną inteligencję (ang. AI – A rtificial I ntelligence)
Zasady programowania strukturalnego
• program powinien składać się z niedużych jednostek zwanych procedurami, w których obrębie nie ma już mniejszych podprogramów • w kodzie modułu powinno być tylko jedno wejście i jedno wyjście • kod powinien być budowany z pomocą następujących konstrukcji podstawowych: – ciągu sekwencyjnego – rozgałęzienia warunkowego – pętli ze sprawdzeniem warunku powtarzania na początku lub końcu ciągu sekwencyjnego – instrukcji wyboru jeden z wielu • możliwe jest zagnieżdżanie jednych konstrukcji wewnątrz innych • należy ograniczyć do niezbędnego minimum stosowanie skoku bezwarunkowego • program powinien zapewniać proste i jasne rozwiązanie problemu, być napisany w poprawnym stylu, przejrzysty, czytelny
Programowanie obiektowe - definicja
Programowanie obiektowe (ang. object-oriented programming ) metodologia tworzenia programów komputerowych, która definiuje programy za pomocą "obiektów" - elementów łączących stan (czyli dane) i zachowanie (czyli procedury, tu: metody). Obiektowy program komputerowy wyrażony jest jako zbiór takich obiektów, komunikujących się pomiędzy sobą w celu wykonywania zadań. Pojęcia dotyczące programowania obiektowego: • dziedziczenie ( obiekty tworzą strukturę hierarchiczna, dziedziczą zachowania i właściwości klas ) • hermetyzacja ( obiekty są oddzielone od otoczenia zewnętrznego ) • polimorfizm ( właściwe znaczenie programu o danej nazwie jest uzależnione od obiektu, z którym ta nazwa jest powiązana )
Niektóre dziedziny zastosowań języków
• języki zorientowane obiektowo (C++, Smalltalk, Eiffel) • języki do zarządzania bazami danych (SQL) • programowanie wizualne (AppWare, Synergy, VPLus) • języki symulacyjne (Simula, Gabriel, TROLL) • języki funkcyjne (Haskell, ASpecT) • programowanie współbieżne (Fortran FM, CODE, NESL) • modelowanie matematyczne (Matlab, Mathcad) • języki opisu stron (Postscript, Tex, HPGL) • programowanie stron WWW (PHP, JavaScript, PERL, DHTML) • komputerowo wspomagana Inżynieria Oprogramowania (ang. CASE)
Konstrukcja sterująca typu prawda/fałsz
Konstrukcja iteracyjna „dopóki”
Konstrukcja iteracyjna „rób.. dopóki”
Konstrukcja iteracyjna „powtarzaj”
Konstrukcja sterująca wielowariantowa
Program Hello world! – różne języki
Assembler
. global _start text db "Hello, world!",0xa length equ $-text section .text
_start: mov eax,4 mov ebx,1 mov ecx,text mov edx,length int 80h xor ebx,ebx mov eax,1 int 80h
Język C
#include
Pascal
Program hello; begin Writeln('Hello, world!'); Readln; end.
Język Brainfuck
++++++++++[>+++++++>++++++++++>+++>+<<<< ]>++.+++++++..+++.>++.<<+++++++++++++++.>.+ ++.------.--------.>+.>.
Fortran
PROGRAM HELLO 1 WRITE (*,*) 'hello, world' goto 1 END
Malbolge
(=<`:9876Z4321UT.-Q+*)M'&%$H"!~}|Bzy?=|{z]KwZY44Eq0/{mlk** hKs_dG5[m_BA{?-Y;;Vb'rR5431M}/.zHGwEDCBA@98\6543W10/.R,+O<
Program Hello world! – różne języki
Język Ook!
Ook. Ook? Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook!
Ook? Ook? Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook?
Ook! Ook! Ook? Ook! Ook? Ook.Ook! Ook. Ook. Ook? Ook.
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook.Ook. Ook. Ook! Ook? Ook? Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook?Ook! Ook! Ook? Ook! Ook?
Ook. Ook. Ook. Ook! Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook! Ook.
Ook! Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.Ook. Ook. Ook! Ook. Ook.
Ook? Ook. Ook? Ook. Ook? Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook! Ook? Ook? Ook. Ook. Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook. Ook. Ook? Ook! Ook! Ook? Ook! Ook? Ook. Ook!
Ook.Ook. Ook? Ook. Ook? Ook. Ook? Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook! Ook? Ook? Ook. Ook. Ook.Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook? Ook! Ook!
Ook? Ook! Ook? Ook. Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook!
Ook! Ook.Ook? Ook. Ook? Ook. Ook? Ook. Ook? Ook. Ook!
Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook. Ook.Ook! Ook. Ook! Ook!
Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook!
Ook! Ook.Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook!
Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook! Ook!Ook! Ook. Ook. Ook?
Ook. Ook? Ook. Ook. Ook! Ook.
Założenia języka:
1. Język programowania powinien być możliwy do zapisania i odczytania przez orangutana 2. Aby było to możliwe składnia powinna być prosta, łatwa do zapamiętania i pod żadnym względem nie powinna zawierać słowa „małpa”
3. Banany są dobre!