Dal problema al programma

Introduzione intuitiva al concetto di problema

Il problema è una situazione che pone delle domande alle quali si devono dare delle risposte. Risolvere il problema vuol dire uscire dalla situazione

Problemi e algoritmiUn problema consta dei seguenti elementi

•Dati: ossia ciò che è noto e che indichiamo col termine input

•Risultati: gli elementi incogniti che si devono determinare e che indicheremo con output

•Condizioni: le limitazioni cui devono soggiacere i risultati

Problemi e algoritmi

Tipi di problemi

Problemi di decisione

Problemi di ricerca

Problemi di ottimizzazione

Strategie per la risoluzione dei problemi

Problema

Interpretazione

ModelloProcedimento risolutivo (algoritmo)

Esecuzione

Verifica dei risultati

Strategie per la risoluzione dei problemi

TOP DOWN

Suddivide il problema in tanti piccoli sottoproblemi

Utilizza uno schema grafico a segmenti

GRAFICO

Interpretazione

Strategie per la risoluzione dei problemi

AlgoritmoInsieme delle istruzioni che definiscono una sequenza di operazioni mediante le quali si risolve il problema

Deve essere : finito (numero limitato di passi );

definito (ogni istruzione deve consentire un’interpretazione

univoca);

eseguibile ( la sua esecuzione deve essere eseguibile con gli

strumenti a disposizione);

deterministico ( ad ogni passo deve essere definita una

operazione successiva ).

Strategie per risoluzione dei problemi

Rappresentazioni grafiche e formalizzate di un algoritmo

Diagramma a blocchi

o flow-chart

La descrizione delle fasi esecutive del problema può avvenire mediante la formalizzazione dei passi elementari da effettuare che può essere realizzata con:

Pseudocodifica

e/o

Diagrammi a blocchi

Ha il pregio di evidenziare visivamente l’avanzamento in sequenza e le varie strutture che compongono l’algoritmo, presenta istruzioni di input, calcolo e/o di elaborazione, condizioni e output.

INPUT

ISTRUZIONI

CONDIZIONI

OUTPUT

Diagramma a blocchi o flow-chart

Esempio di diagramma a blocchi

N

S =

A

S= S+A

N=N-1

N= S

FINE

SINO

inizioSomma di una sequenza di numeri

Automi esecutori

La risoluzione di un problema è un processo di manipolazione di informazioni per generare nuove informazioni .

Per risolvere un problema ci sono due tipi di attività :

“intelligenti”di elaborazione “routinarie” di esecuzione

Caratteristiche di un automa

Sono macchina che compiono attività complesse in cui sono riconoscibili elementi propri delle attività superiori del comportamento umano. Possono essere programmate per svolgere diverse mansioni e per modificare le proprie azioni in relazione ai mutamenti ambientali. (Es: lavatrici, sistemi di controlli ascensori, bancomat…computer)

Un automa è un sistema :

Dinamico Passa da uno stato all’altro secondo gli input che riceve

Invariante Se le condizioni iniziali sono le stesse il comportamento

del sistema è invariato

Discreto Le variabili, d’ingresso, di stato e d’uscita possono

assumere solo valori discreti

Automi

Il concetto di automaGrafi e tabelle di transizione

Servono a rappresentare il comportamento logico-funzionale di un automa

Es. tabella e grafo di un automa a stati finiti di un ascensore

S\i T 1 2

pt Pt/ fermo 1p/ su 2p/ su

1p Pt/ giù 1p/ fermo 2p/ su

2p Pt/ giù 1p/ giù 2p/ fermo

PT

2P

1P

1/fermo

2/su

1/ giù

T/giù

1/ su

2/ fermo

2/su

T / fermo

Automi e classi di problemi

Un sistema automatico o automa è un sistema nel quale la componente umana è completamente eliminata nell’ambito dei processi, che sono ben determinati e prevedibili:

Lavatrice, lavastoviglie, computer (automa a programma)

Un sistema umano, al contrario, presenta un carattere probabilistico, poiché l’uomo può assolvere a funzioni impreviste , utilizzando il ragionamento, la creatività e l’intuito.

Problemi e algoritmi

ESERCITAZIONI

Un bambino ha costruito una torre di tre blocchi colorati così disposti dall’alto in basso: ROSSO-GIALLO-VERDE. IL bambino vuole capovolgerla in modo da avere VERDE-GIALLO-ROSSO.Può spostare solo un blocchetto alla volta. Individuare il numero minimo di stati per i quali si arriva alla configurazione desiderata.Cercare una chiave in un mazzo di 100 chiavi con il minor numero di prove (diagramma di flusso)

Linguaggi

Il linguaggio è un sistema codificato di segni che consente la comunicazione, intesa come scambio di informazioni

Sintassi e semantica dei linguaggi

Essere acquisita direttamente tramite rilevamento di un evento reale attraverso percezione sensoriale.

Un’informazione può :

Essere trasmessa (messaggio) intenzionalmente da un emittente ad un ricevente per mezzo di un canale

La comunicazione

Il messaggio presuppone l’utilizzo di un codice ( sistema di regole) e di un linguaggio che devono essere conosciuti sia dal emittente che dal destinatario, altrimenti la comunicazione non ha effetto

?

??

?

emittentedestinatario

Sintassi e semantica dei linguaggi

La funzione del linguaggio è quella di sostituire ad oggetti o concetti dei segni/simboli per trasmettere un messaggio.

Il segno è l’associazione di qualcosa di materiale e sensibile (immagine, suono…) che chiamiamo significante con qualcosa di puramente concettuale che chiamiamo significato

Il codice ci consente l’interpretazione dei segni

Segno = significante + significato

gatto Il gruppo dei suoni o di lettere g/a/t/t/o

Sintassi e semantica dei linguaggi

Alfabeto insieme finito e non vuoto di simboli convenzionali espressi con segni tipografici detti caratteri Ortografia insieme finito e non vuoto di regole per la scrittura dei suoniSintassi insieme finito e non vuoto delle regole mediante le quali si formano le stringhe o le frasi di un linguaggioSemantica insieme finito e non vuoto di significati da attribuire alle stringheMorfologia insieme finito e non vuoto di tuttele regole che servono per generare le forme di un linguaggio

ELEMENTI DI UN LINGUAGGIO

Linguaggi nella comunicazione uomo - macchina

L’uomo per comunicare all’ automa le strategie risolutive di un problema ha bisogno di un linguaggio formale che gli consenta di passare dall’ algoritmo al programma , cioè ad una sequenza di istruzioni mediante le quali si può risolvere il problema.

Linguaggi e automi

Linguaggi non evolutiLinguaggio macchina, linguaggio assemblativo (Assembler).

Vicino alla logica della macchina

Linguaggi evoluti Linguaggi non orientati alla macchina , ma alla soluzione dei problemi.

Vicino alla logica dell’uomo

Linguaggi e automi

I principali software

Sistema operativo Office Automation

•Word processor

•Foglio di calcolo

•Sistemi di gestione base dati

•Programmi per la realizzazione di

presentazioni multimediali

•Programmi di grafica computerizzata

•Editor di suoni

•Editor di pagine web

Software di base , controlla tutte le risorse del computer, necessita di un linguaggio più vicino al linguaggio macchina (Assembler)

Linguaggi di programmazione

Problema

Algoritmo

Programma sorgente

Programma traduttore

Programma oggetto

Elaborazione

Risultati

Dalla formulazione del problema

alla sua soluzione

Linguaggi di programmazione

Programma sorgenteL’algoritmo risolutivo viene trasformato in un programma attraverso un linguaggio di programmazione che può contenere:

Istruzioni di dichiarazione Istruzioni di

assegnazione

Istruzioni di controllo

Istruzioni di input e output

Descrivono dati e variabili utilizzati dal programma, definendone tipo e struttura

Consentono di assegnare alla variabile un valore dello stesso tipo della variabile

Sono istruzioni che richiedono salti di sequenza nell’esecuzione del programma

Richiedono l’ingresso o l’uscita di un’informazione da una periferica alla memoria centrale e viceversa

Linguaggi di programmazione

Principali linguaggi

Fortran

Algol

Cobol

Basic

Logo

Lisp

PL1

Pascal C /C++Java

PHP

Cosa e' la programmazione?

La programmazione e' l'attivita' di sviluppare programmi per un calcolatore.Lo scopo della scrittura di un programma e' la risoluzione di un problema.Per risolvere un problema bisogna:

• Formulare il problema (specifica dei requisiti) in modo più o meno formale• Capire il problema e scomporlo in parti gestibili (analisi del problema)• Progettare una soluzione (algoritmo)• Implementare la soluzione (scrittura del codice)• Testare la soluzione e correggere eventuali errori (verifica del programma,

testing e debugging)• Tenere sempre aggiornato il programma (manutenzione)

L’ALGORITMOI DATI

LE ISTRUZIONI

LE STRUTTURE FONDAMENTALI

Informalmente, un algoritmo è una procedura ben definita che serve per risolvere un dato problema

E’ una sequenza di passi che prende dei valori come input e produce altri valori come output

Più precisamente, un algoritmo è un procedimento di calcolo , descrivibile con un numero finito di operazioni che conducono al risultato

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IL PROGRAMMA

In ambito informatico, un algoritmo viene descritto tramite un programma, ossia un testo scritto in uno specifico linguaggio detto linguaggio di programmazione per essere eseguito da calcolatori elettronici

Gli algoritmi sono astratti e per controllarne il funzionamento devono essere realizzati con un qualche strumento concreto

• Ad esempio la descrizione di una ricetta di cucina è un algoritmo ma la preparazione della pietanza è la realizzazione della ricetta. E’ solo allora che si vede se la ricetta “funziona”

• Altro esempio può essere rappresentato da una qualsiasi formula matematica, che rappresenta, nel linguaggio matematico un procedimento. Ma la bontà di tale regola può essere verificata solo con dei veri e propri calcoli, sostituendo alle variabili dei veri numeri.

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L’algoritmo e il programma

Invece:

Le proprietà degli algoritmi sono talmente fondamentali, generali e robuste, da essere indipendenti dalle caratteristiche di specifici linguaggi di programmazione o di particolari calcolatori elettronici

Quindi:

PER RISOLVERE UN PROBLEMA E’ ASSOLUTAMENTE NECESSARIO TROVARE UN PROCEDIMENTO RISOLUTIVO DESCRIVIBILE CON UN ALGORITMO, E SOLO DOPO SI PUO’ PASSARE A SCRIVERE IL PROGRAMMA

Ogni linguaggio di programmazione ha una sua sintassi ed una propria rappresentazioni dei dati, e utilizza le proprie operazioni di manipolazione dei dati

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PROGRAMMA = ISTRUZIONI + DATIUn programma può essere visto come un manipolatore di dati:

a fronte di dati in ingresso che descrivono il problema producono dati in uscita come risultato del problema

INPUT (dati)

OUTPUT(dati)PROCESSO

(istruzioni)

Le operazioni sui dati sono le istruzioni.I dati sono gli oggetti su cui vengono eseguite le istruzioni.

Tutti i linguaggi di programmazione prevedono un insieme di dati e istruzioni

che il programmatore può utilizzare nella realizzazione dei propri programmi.

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I DATII dati possono essere distinti in base a :

• Utilizzo all’interno del processo

INPUT

OUTPUT

LAVORO

• Formato NUMERICO

ALFANUMERICO

• Valore assunto durante il processo

INTERO

DECIMALE

VARIABILE

COSTANTE

Questi aspetti dei dati devono essere definiti già nell’algoritmo, in modo da poterli poi “tradurre” con la sintassi propria del linguaggio di programmazione

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LE ISTRUZIONIAnche le istruzioni devono essere scritte rispettando la sintassi propria del linguaggio di programmazione

Ogni linguaggio di programmazione ha le proprie istruzioni, ma tutti i linguaggi devono possedere alcune istruzioni per compiere le azioni fondamentali

  Acquisire i dati su cui attivare il processo di elaborazione input

• Comunicare all’esterno i risultati ottenuti output

Azioni di tipo aritmetico assegnazione - assegnare un valore ad una variabile - utilizzare gli operatori aritmetici (+, -, /, *, %)

Azioni di tipo logico confronto -  Utilizzare gli operatori di relazione( =, <, >, <=, >=, <>) per confrontare il contenuto di due variabili - Utilizzare gli operatori logici (and, or, not)