Introdução a Algoritmos e Estruturas de Dados Sandro Carvalho Izidoro [email protected]...

Introdução a Algoritmos e Estruturas de Dados

Sandro Carvalho Izidoro

[email protected]

CURSO DE VERÃO EM BIOINFORMÁTICA ESTRUTURAL

Apresentação

Definição Variáveis Estrutura sequencial Estrutura condicional Estrutura de repetição Procedimentos e funções Vetor e Matriz


Definição

Para resolver um problema através de um computador é necessário encontrar uma maneira de descrevê-lo de uma forma clara e precisa.

Assim se faz necessário estabelecer uma sequência de passos que conduzam à sua resolução. Esta sequência de passos é designada por algoritmo.

O conceito central de programação e da ciência da computação é o de algoritmo. Programar é basicamente construir algoritmos.

Algoritmo é a descrição de um conjunto de comandos que, obedecidos, resultam numa sucessão finita de ações.


Definição

Pseudocódigo é uma forma genérica de escrever um algoritmo, utilizando uma linguagem simples sem necessidade de conhecer a sintaxe de nenhuma linguagem de programação.

Os programas de computadores nada mais são do que algoritmos escritos em uma linguagem de programação (Perl, Pascal, C/C++, Fortran, Java, etc.) e que são interpretados e executados por um computador.


Definição

Exemplo

A seguir um exemplo de um algoritmo para somar 2 números. O que esse algoritmo faz é:

Obter o primeiro número; Obter o segundo número; Somar os 2 números; Escrever o resultado.


Algoritmodeclare a,b,c numericoinicio leia a leia b c ← a + b escreva cFim algoritmo

Definição



{Programa que soma 2 numeros }Program Soma; var A, B, C : integer;begin Readln( A ); Readln( B ); C := A + B; Writeln( C );end.

/*Programa que soma 2 números */#include <stdio.h>int main(void){ int A, B, C; scanf("%d", &A); scanf("%d", &B); C = A + B; printf("%d", C );}

Definição



#!/usr/bin/perl# Somando dois numeros.my ($a, $b, $c);print "Digite o valor de A: ";$a = <STDIN>; print "Digite o valor de B: ";$b = <STDIN>;$c = $a + $b;print "Soma: $c\n";

Variáveis

Sabe-se da matemática que uma variável é a representação simbólica dos elementos de um certo conjunto. Nos algoritmos, destinados a resolver um problema no computador, cada variável corresponde uma posição de memória cujo conteúdo pode variar ao longo do tempo durante a execução do programa.

Embora uma variável possa assumir diferentes valores, ela só pode armazenar um único valor a cada instante.

Toda variável é identificada por um nome ou identificador. Assim, por exemplo, em um algoritmo para cálculo das raízes de uma equação de 2º grau (ax2+bx+c = 0), os identificadores A, B, C podem representar as posições de memória que armazenam os coeficientes da equação.


Variáveis

Declaração de Variáveis

As variáveis só podem armazenar valores de um mesmo tipo e são classificadas como numéricas, lógicas e literais.

A declaração de variáveis tem a seguinte forma:

declare lista-de-identificadores nome-do-tipo

Exemplo:

declare MASSA, CODIGO, X_5 numérico TESTE, SIM lógico NOME_PROTEINA literal


Variáveis

Declaração de Variáveis

Um identificador é formado por 1 ou mais caracteres, sendo que o 1º caractere deve, obrigatoriamente, ser uma letra e os caracteres seguintes, letras ou dígitos, não sendo permitido o uso de símbolos especiais.

Identificadores permitidos

A X_5 NOTA A3_2B MATRICULA 1G3H5

Identificadores NÃO permitidos

5B X-Y E(13) NOTA[1] A:B B*D


Variáveis

Comentários

Com a finalidade de simplificar o compreensão de um algoritmo é utilizado um instrumento denominado comentário.

Os comentários podem ser colocados em qualquer ponto do algoritmo onde se façam necessários.

Exemplo

declare MAT, {Nº de matrícula do aluno} NOTA, {Total de pontos no semestre} COD {Código do curso} numérico


Variáveis

Variável Simples

declare x, y, n numerico…x ← 100 / nescreva x

Variável Composta Homogênea

Variáveis compostas homogêneas correspondem a posições de memória, identificadas por um mesmo nome, individualizadas por índices e cujo conteúdo é de mesmo tipo.

declare medias[1:50] numerico...leia medias[13]


Variáveis

Variável Composta Heterogênea

Variáveis compostas heterogêneas são conjuntos de dados logicamente relacionados, mas de tipos diferentes (numérico, literal, lógico). São também conhecidos como registros ou estruturas.

Cada componente é individualizado pela explicitação de seu identificador.

declare Funcionario registro (Nome, Rua, Sexo literal, Numero, CEP, CPF, Salario numerico,

Nascimento literal)...leia Funcionario.Nome, Funcionario.CPFFuncionario.Salario ← Funcionario.Salario + Aumento


Estrutura Sequencial

Estrutura sequencial em algoritmos

Comando de atribuição

Comandos de entrada e saída

Operadores relacionais e lógicos



Comando de atribuição

Este comando permite que se forneça um valor a uma certa variável, onde a natureza deste valor tem de ser compatível com o tipo da variável na qual está sendo armazenado. O comando de atribuição tem a seguinte forma geral:

identificador expressão

Exemplos

a) K 1 b) MEDIA SOMA / Nc) COR "VERDE"d) TESTE Fe) A B



Comandos de Entrada e Saída

As unidades de entrada e saída são dispositivos que possibilitam a comunicação entre o usuário e o computador. Através do teclado o usuário consegue dar entrada ao programa e aos dados na memória do computador. Por sua vez, o computador pode emitir os resultados e outras mensagens para o usuário através do vídeo ou de uma impressora.

Um comando de entrada e saída é construído de acordo com a forma geral:

leia lista de identificadores

escreva lista de identificadores e/ou constantes



Expressões Lógicas

É comum nos algoritmos surgirem situações em que a execução de uma ação, ou sequência de ações, esteja sujeita a uma certa condição. Esta condição é representada no texto do algoritmo por meio de uma expressão lógica.

Denomina-se expressão lógica à expressão cujos operadores são lógicos e cujos operandos são relações e/ou variáveis do tipo lógico.


Estrutura Sequêncial

Operadores Relacionais

Relações: Uma expressão relacional, ou relação, é uma comparação realizada entre dois valores de mesmo tipo básico. Estes valores são representados na relação através de constantes, variáveis ou expressões aritméticas.

O resultado obtido de uma relação, é sempre um valor lógico.


Estrutura Sequêncial

Operadores Lógicos


Dadas as variáveis numéricas X,Y e Z, contendo os valores 2, 5 e 9 respectivamente, a variável literal NOME, contendo a sequência "MARIA" e a variável lógica SIM, contendo o valor lógico F, obter os resultados das expressões lógicas a seguir:

a)( ) X + Y > Z e NOME = "MARIA"b)( ) SIM ou Y > Xc)( ) NOME = "JORGE" e SIM ou X2 < Z + 10

Estrutura Condicional


A estrutura condicional permite a escolha do grupo de ações e estruturas a ser executado quando determinadas condições são ou não satisfeitas. A estrutura condicional pode ser apresentada através de uma estrutura simples ou de uma estrutura composta.

Formato de uma Estrutura Condicional Simples

se condição então sequência de comandos



Exemplo 01


#!/usr/bin/perl# Selecao Simples.my ($sequencia01, $sequencia02);$sequencia01 = "GTGGGATC";print "Digite a sequencia: ";chomp($sequencia02 = <STDIN>); if($sequencia01 eq $sequencia02){ print "Sequencia encontrada\n"; }

Algoritmodeclare sequencia01, sequencia02 literalsequencia01 ← “GTGGGATC”leia sequencia02se sequencia01 = sequencia02 então escreva “Sequencia encontrada”

Fim_Algoritmo



Estrutura Condicional Composta

se condiçãoentão sequência 1 de comandossenão sequência 2 de comandos

Neste caso, a sequência 1 só será executada se a condição for verdadeira e a sequência 2 de comandos só será executada se a condição for falsa.



Exemplo 02

Algoritmo declare sequencia01 literal leia sequencia01 se sequencia01 = “GGTCAG” então escreva “Sequencia encontrada” senão escreva “Sequencia não encontrada”Fim_Algoritmo

#!/usr/bin/perl# Selecao Composta.my ($sequencia);print "Digite a sequencia: ";chomp($sequencia = <STDIN>);if ($sequencia eq "GGTCAG"){ print "Sequencia encontrada\n"; } else { print "Sequencia não encontrada\n"; }



Exemplo 03

Algoritmo declare seq01, seq02, seq03 literal seq01 ← “GGTACGTA” seq02 ← “GGTACGAT” leia seq03 se seq03 = seq01 então escreva “Encontrou” senão se seq03 = seq02 então escreva “Encontrou” senão escreva “Não achou!”Fim_Algoritmo

#!/usr/bin/perl# Selecao Composta.my ($seq01, $seq02, $seq03);$seq01 = "GGTACGTA";$seq02 = "GGTACGAT";print "Digite a sequencia: ";chomp($seq03 = <STDIN>);if ($seq03 eq $seq01){ print "Encontrou\n"; } elsif ($seq03 eq $seq02){ print "Encontrou\n"; } else {print "Não achou\n"; }



Exemplo 04

Algoritmo declare nota1, nota2, media numerico escreva “digite nota 1:” leia nota1 escreva “digite nota 2:” leia nota2 media ← (nota1+nota2)/2 se media >= 7 então escreva “Media: ”, media, “ - Aprovado” senão se media >= 5 então escreva “Media: ”, media, “ - Exame Final” senão escreva “Media: ”, media, “ - Reprovado”Fim_Algoritmo



Exemplo 04

#!/usr/bin/perl# Selecao Composta.my ($nota1, $nota2, $media);print "Digite nota 1: ";$nota1 = <STDIN>;print "Digite nota 2: ";$nota2 = <STDIN>;$media = ($nota1 + $nota2)/2;if ($media >= 7){ print "Media: $media - Aprovado\n"; } elsif ($media >= 5){ print "Media: $media - Exame final\n"; } else { print "Media: $media - Reprovado\n"; }



Exemplo 05

Algoritmo declare media, faltas numerico escreva “digite a media:” leia media escreva “digite o numero de faltas:” leia faltas se media < 5 ou faltas > 25 então escreva “Reprovado” senão se media >= 5 e media < 7 então escreva “Exame Final” senão escreva “Aprovado”Fim_Algoritmo



Exemplo 05

#!/usr/bin/perl

# Selecao Composta.

my ($media, $faltas);

print "Digite a media: ";

$media = <STDIN>;

print "Digite o numero de faltas: ";

$faltas = <STDIN>;

if ($media < 5 || $faltas > 25){

print "Reprovado\n";

}

elsif ($media >= 5 && $media < 7){

print "Exame Final\n";

}

else {

print "Aprovado\n";

}

Estrutura de Repetição


Estrutura de repetição

A estrutura de repetição permite que uma sequência de comandos seja executada repetidamente até que uma determinada condição de interrupção seja satisfeita. A condição de interrupção que deve ser satisfeita é representada por uma expressão lógica. As estruturas de repetição são:

• Comando Enquanto

• Comando Repita

• Comando Para



Estrutura Enquanto

Enquanto o valor da condição for verdadeiro, as ações dos comandos são executadas. Quando for falso, o comando é abandonado. Se já da primeira vez o resultado é falso, os comandos não são executados nenhuma vez.

Formato do comando Enquanto

enquanto condição façainicio comandos fim



Exemplo

#!/usr/bin/perl# Repeticao: Enquanto.my ($x, $y, $l);$l = 0;while ($l <= 3){

print "digite x: ";$x = <STDIN>;print "digite y: ";$y = <STDIN>;if ($x > $y){ print "$x \n";} else { print "$y \n";}$l = $l + 1;

}

Algoritmodeclare X,Y, L numéricoL ← 0enquanto L <= 3 façainício

leia X,Yse X > Y então escreva X senão escreva YL ← L + 1

fimFim_Algoritmo.



Estrutura Repita

Os comandos são executados pelo menos uma vez. Quando a condição é encontrada, ela é testada. Se for verdadeira o comando seguinte será executado. Se for falsa, os comandos voltam a ser executados. Em outras palavras os comandos são executados até que a condição se torne verdadeira.

Formato do comando Repita

repita comandos até condição



Exemplo

#!/usr/bin/perl# Repeticao: Repita.my ($x, $y, $l);$l = 0;do { print "digite x: "; $x = <STDIN>; print "digite y: "; $y = <STDIN>; if ($x > $y){ print "$x \n"; } else { print "$y \n"; } $l = $l + 1;} until $l >= 3

Algoritmodeclare X,Y, L numéricoL ← 0repita

leia X,Yse X > Y então escreva X senão escreva Y

L ← L + 1até L > 3

Fim_Algoritmo.



Estrutura Para

O comando para é, na verdade, o comando enquanto utilizando uma variável de controle, escrito numa notação compactada. Neste caso existirá sempre uma inicialização da variável de controle, um teste para verificar se a variável atingiu o limite e um acréscimo na variável de controle.

Formato do comando Para

para var de val_num_1 até val_num_2 [ passo val_num_3] façainício

comandosfim



Exemplo

#!/usr/bin/perl# Repeticao: Para.my ($x, $y, $l);for ($l=0;$l<=3;$l++){ print "digite x: "; $x = <STDIN>; print "digite y: "; $y = <STDIN>; if ($x > $y){ print "$x \n"; } else { print "$y \n"; }}

Algoritmodeclare X,Y, L numéricopara L de 1 até 3 passo 1 faça

início leia X,Yse X > Y então escreva X senão escreva Y

fimFim_Algoritmo.

Procedimentos e Funções


Um módulo é um grupo de comandos, constituindo um trecho de algoritmo, com uma função bem definida e o mais independente possível em relação ao resto do algoritmo.

Todo módulo é constituído por uma sequência de comandos que operam sobre um conjunto de objetos, que podem ser globais ou locais.

Objetos globais são entidades que podem ser usadas em módulos internos a outro módulo do algoritmo onde foram declaradas.

Objetos locais são entidades que só podem ser usadas no módulo do algoritmo onde foram declaradas.

A comunicação entre módulos deverá ser feita através de vínculos, utilizando-se objetos globais ou transferência de parâmetros.



A divisão do algoritmo em módulos traz os seguintes benefícios:

Manutenção simples (módulos independentes); Elaboração e testes em separado; Reutilização do módulo em outros programas.

Ferramentas para modularização

Como ferramentas de modularização podemos destacar as sub-rotinas e as funções. Os módulos de programação servem basicamente a três objetivos:

Repetição de código; Dividir e estruturar melhor um algoritmo; Aumentar a legibilidade de um algoritmo.



Sub-rotinas e funções são módulos hierarquicamente subordinados a um algoritmo, comumente chamado de módulo principal. Da mesma forma, uma sub-rotina ou uma função pode conter outras sub-rotinas e funções aninhadas.

A sub-rotina e a função são criadas através das suas declarações em um algoritmo. Para serem executadas, necessitam de ativação provocada por um comando de chamada.



Sub-rotinas

Sintaxe

Subrotina NOME (lista_de_parâmetros_formais) declarações dos objetos locais à sub-rotina comandos da sub-rotina

Fim_sub_rotina NOME

A chamada de uma sub-rotina é feita com uma referência a seu nome e a indicação dos parâmetros atuais no local do algoritmo onde a sub-rotina deve ser ativada, ou seja, onde a sua execução deve ser iniciada. A forma geral para a ativação de uma sub-rotina é a seguinte:

NOME (lista_de_parâmetros_atuais)



Funções

Sintaxe

Função tipo NOME (lista_de_parâmetros_formais) declarações dos objetos locais à função

comandos da funçãoretorne valor

Fim_função NOME

A chamada de uma função é feita com uma referência a seu nome e a indicação dos parâmetros atuais no local do algoritmo onde a função deve ser ativada. Pode-se chamar uma função de várias formas:

valor ← NOME (lista_de_parâmetros_atuais)

escreva NOME (lista_de_parâmetros_atuais)



Exemplo

Algoritmodeclare numero numerico função literal ph (valor numerico)

escreva “forneça o ph da solução:”leia numeroescreva “A solução é “, ph (numero)

Fim_Algoritmo.

função literal ph (numero numerico) se numero > 7 então retorne “base” senão se numero < 7 então retorne “ácida” senão retorne “neutra”fim função ph



Exemplo

#!/usr/bin/perl# Função exemplo

my ($ph);print "Forneça o ph da solução: ";$ph = <STDIN>;print "A solução é ", &retorna_ph($ph) , "\n";

sub retorna_ph { my $parametro01 = $_[0]; if ($parametro01 > 7) { return "base"; } elsif ($parametro01 < 7) { return "ácida"; }else { return "neutra";} }

Vetor e Matriz


Exemplo Vetor

Algoritmodeclare vetor1[1:3], vetor2[1:3] literal flag, i numéricoescreva “Digite o primeiro vetor”para i de 1 até 3 passo 1 façainicio

leia (vetor1[ i ]) fim para

escreva “Digite o segundo vetor”para i de 1 até 3 passo 1 façainicio

leia (vetor2[ i ]) fim para

flag ← 1

para i de 1 até 3 passo 1 façainicio

se (vetor1[ i ] <> vetor2[ i ] ) então flag ← 0fim parase (flag = 1) então escreva “Iguais” senão escreva “diferentes”

fim algoritmo.

Vetor e Matriz


Exemplo Vetor

#!/usr/bin/perl# Vetor

my (@vetor1, @vetor2, $flag);$flag = 1;

print "Digite o primeiro vetor:\n";for($i=0;$i<3;$i++){ $vetor1[$i] = <STDIN>; }

print "Digite o segundo vetor:\n";for($i=0;$i<3;$i++){ $vetor2[$i] = <STDIN>; }

for($i=0;$i<3;$i++){ if($vetor1[$i] ne $vetor2[$i]){ $flag = 0; }}if($flag == 1){ print "Vetores iguais\n";} else { print "Vetores diferentes\n"; }

Vetor e Matriz


Exemplo Matriz

Algoritmo declare matriz[1:3,1:2], seq literal

i, j numéricoescreva “Digite os valores para a matriz”para i de 1 até 3 passo 1 façainicio

para j de 1 até 2 passo 1 façainicio

leia (matriz[ i, j ]) fim para

fim paraescreva “Digite uma sequência:”leia seq

para j de 1 até 3 passo 1 façainicio

se (matriz[ i, 1 ] = seq) então escreva matriz[i , 2]fim para fim algoritmo.

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