Stefan Sokołowski WSTĘP DO PROGRAOWANIA Inst Informatyki UG, Gdańsk, 2014/2015 Wykład1ALGORYTAPROGRA,str1 WSTĘP DO PROGRAOWANIA reguły gry Zasadnicze informacje: http://infugedupl/ stefan/dydaktyka/wstepdoprog szkicowy program wykładu, laboratorium i ćwiczeń spis literatury slajdydowykładów wartorobićnotatki ale nie warto przepisywać slajdów z ekranu zadaniazćwiczeńizlaboratoriumwmoichgrupach itd
WSTĘP DO PROGRAOWANIA reguły gry Kontakt ze mną: konsultacje: środy 10:15 11:00 w pok 57 e-mail: ssokolowski@infugedupl Zaliczenia: zaliczenie laboratorium, antyspam: unikać frikoprowajderów, np: o2pl wppl gazetapl najlepiej używać konta mailowego w II UG zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych, znajdowanie błędów w wykładzie Opis statyczny a algorytm Wykład1ALGORYTAPROGRA,str3 Za drzwiami tej sali znajduje się korytarz, na jego prawym końcu jest wyjście z budynku, patrzące na NW Przed budynkiem znajduje się mały parking, a dalej droga dojazdowa Na końcunetejdrogijestbiblioteka Gdzie jest Biblioteka? opis topograficzny Wyjdź drzwiami z tej sali; skieruj się w prawo; kiedy skończy się korytarz, towyjdźzbudynku w kierunku NW; przejdź przez małyparkingidojdźdodrogi dojazdowej; następnie skręć naneidojdźdokońcatej drogi Jak trafić do Biblioteki? algorytm
Opis statyczny a algorytm 26milzgalona iletojestlitrówna100km? Zużycie paliwa arytmetyka 26gallon miles = 26 1609 km 379 l = 41834 100km 379 100 l = 41834 379 100km l = 1 100km 906 l Zużycie paliwa algorytm Pomnożyć liczbę litrów wgalonieprzez100i zapamiętać w m; pomnożyć 26 przez liczbę kilometrów w mili i zapamiętać w l; podzielićmprzezli wydrukować iloraz Opis statyczny a algorytm Wykład1ALGORYTAPROGRA,str5 Orzechy na keks informacja Na pożądaną ilość keksu potrzeba 10 kg łuskanych orzechów Orzechy na keks algorytm do-luskania orzechów zasadź trzy dziewki na pó-l dnia, a bacz, iżby nie jad-ly Przepis ze starej książki kucharskiej Algorytmy nie powstały wczoraj
Opis statyczny a algorytm 2 1 2 1 1 2 1 2 Kolory informacja Prost[ 251) [01)jestżółty Prost[ 251) [125)jestczerwony Prost[125) [ 225)jestczerwony Reszta rysunku jest zielona Kolory program if(-25<=x&&x<1&& 0<=y&&y<1) kolor = ZOLTY; else if(-25<=x&&x<1&& 1<=y&& y<25) kolor = CZERWONY; else if(1<=x&&x<25&& -2<=y&& y<25) kolor = CZERWONY; else kolor = ZIELONY; Opis statyczny a algorytm Wykład1ALGORYTAPROGRA,str7 Logika, matematyka, nauki przyrodnicze itp zajmują się opisami statycznymi świata, czyli formułują zdania oznajmujące: jak to jest Informatykazajmujesięciągamipoleceń a,czyliformułujezdaniarozkazujące: co masz zrobić Zdanie oznajmujące może być prawdziwe albo nieprawdziwe Zdanie rozkazujące nie może być prawdziwe lub nieprawdziwe; może za to być poprawne albo niepoprawne względem pewnych oczekiwań, zależnie od tego, czy wykonanie polecenia realizuje te oczekiwania Algorytm: ciąg poleceń Program: prezentacja(zapis) algorytmu w sposób ustalony konwencją(np w języku, rysunku, itp) a Wprzyszłościokażesię,żenietylko
Algorytm a program Algorytm: ciąg poleceń Program: prezentacja(zapis) algorytmu w sposób ustalony konwencją(np w języku, rysunku, itp) algorytm twierdzenie program tekst twierdzenia Tekst poprawnego twierdzenia może być błędny(np z pomyłką drukarską) Czytelnik-człowiek na ogół ma dosyć intuicji, żeby się nie nabrać na ten błąd Program realizujący poprawny algorytm może być niepoprawny(np z powodu literówki zrobionej przy pisaniu na klawiaturze) Czytelnik-komputer na ogół nie potrafi poprawić błędu W pewnych przypadkach jest w stanie wykryć, że coś jest niedobrze i wskazać przybliżone miejsce błędu w programie Algorytm a program Wykład1ALGORYTAPROGRA,str9 Algorytm rozwiązujący jakieś zadanie jest poprawny lub niepoprawny dla tego zadania niezależnie od konkretnego sposobu zapisu(języka) czy komputera Z istnienia programu realizującego dany algorytm w jakimś języku programowania wynika na ogół istnienie programów realizujących ten algorytm w innych językach programowania algorytmy nie zależą od języków Dlatego możemy rozważać osobno algorytm rozwiązujący zadanie(bez związku z konkretnym językiem czy komputerem), program prezentujący algorytm(w konkretnym języku) Programowanie: kompromis między tym, co jest potrzebne, atym,codasięzrobić
Powtarzanie do znudzenia Przykład: algorytmu(potęgowanie przez wielokrotne mnożenie) 3 4 = 0 narazieprzyjmij,żewynik=1 = 1 3 4 iżew=wykładnik; = 3 3 3 1 jeśliw=0,tozakończobliczenie; = 9 3 2 2 jeśliw>0,to =27 3 1 domnóż wynik przez podstawę; =81 3 0 zmniejszwo1; =81 idźponowniedo1; Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 11 Ten sam algorytm w różnych językach Przykład: (potęgowanie przez wielokrotne mnożenie) Opis słowny: 0 narazieprzyjmij,żewynik=1 iżew=wykładnik; 1 jeśliw=0,tozakończobliczenie; 2 jeśliw>0,to domnóż wynik przez podstawę; (pętla) zmniejszwo1; idźponowniedo1; (inicjalizacja)
Ten sam algorytm w różnych językach Przykład:(potęgowanie przez wielokrotne mnożenie schemat blokowy) wynik 1;w wykładnik w>0 w=0 wynik wynik podstawa w w 1 Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 13 Ten sam algorytm w różnych językach Przykład:(potęgowanie przez wielokrotne mnożenie program w Pascalu iwc) inicjalizacja pętli warunek pętli Pascal: C: wynik:=1; w:= wykladnik; whilew>0dobegin wynik:= wynik*podstawa; w:=w-1; end wynik=1; w=wykladnik; while(w>0) { wynik = wynik*podstawa; w=w-1; } ciało pętli
Ten sam algorytm w różnych językach Przykład:(potęgowanie przez wielokrotne mnożenie program w Pascalu ic) inicjalizacja pętli warunek pętli Pascal: C: wynik:=1; wynik=1; w:= wykladnik; w=wykladnik; while(w>0) { whilew>0dobegin wynik:= wynik*podstawa; w:=w-1; end } wynik = wynik*podstawa; w=w-1; ciało pętli Symulacja działania programu Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 15 Przykład:(potęgowanie przez wielokrotne mnożenie schemat blokowy) podstawawykładnikwynikww>0 0 wynik 1;w wykładnik 1 w>0 w=0 2 wynik wynik podstawa 3 w w 1 4 0 3 4 1 3 4 1 4 tak 2 3 4 1 4 3 3 4 3 4 1 3 4 3 3 tak 2 3 4 3 3 3 3 4 9 3 1 3 4 9 2 tak 2 3 4 9 2 3 3 4 27 2 1 3 4 27 1 tak
Symulacja działania programu cd Przykład:(potęgowanie przez wielokrotne mnożenie schemat blokowy) podstawawykładnikwynikww>0 0 wynik 1;w wykładnik 1 w>0 w=0 2 wynik wynik podstawa 3 w w 1 4 1 3 4 27 1 tak 2 3 4 27 1 3 3 4 81 1 1 3 4 81 0 nie 4 3 4 81 0 Symulacja działania programu Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 17 W trakcie symulacji ręcznie wykonujemy komendy programu, wodząc palcem po jego tekście W trakcie tworzenia programu programista nie powinien symulować jego obliczeń, bo nie jest komputerem Programista powinien patrzeć na program z szerszej perspektywy niż pojedyncze komendy Natomiast w razie wystąpienia błędu, ręczne wykonanie fragmentu programu i porównanie z wykonaniem komputera może pomóc w znalezieniu przyczyny błędu Dlatego programista musi umieć przeprowadzić symulację obliczenia Prawie każdy program ma poprawnie działać na wielu różnych danych; zwykle tych możliwych danych jest nieskończenie wiele Nie ma więc możliwości przesymulowania go, ani uruchomienia na komputerze(przetestowania) na wszystkich danych Testowanie może wskazać błąd Ale nie może wykazać poprawności(braku błędu)
Imperatywny charakter algorytmów i programów Schematy blokowe i programy w większości języków programowania rozkazują wykonawcy(komputerowi), co ma robić i w jakiej kolejności Komputer nie kwestionuje poleceń(o ile nie zawierają one błędów formalnych) Jeśli ciąg poleceń(program) jest źle przemyślany, to komputer w dobrej wierze wyliczy złe wartości Pełna odpowiedzialność za skutki wykonania programu spoczywa na programiście Istnieją języki programowania o innym(nieimperatywnym) charakterze: języki wyspecjalizowane do wąskich celów(np SQL do obsługi baz danych, lub HTL do tworzenia witryn internetowych); języki programowania ogólnego o bardziej matematycznym charakterze (np LISP, Standard L, Prolog) Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 19 Elementy programu imperatywnego(np w C) komenda = instrukcja = polecenie = fragment programu Przypisanie: nadaj zmiennej wartość; np wynik=1; w=w-1; W C znak = nie oznacza równości tylko przypisanie; równość oznacza się przez ==; przypisanie zawsze kończy się średnikiem Następstwoinstrukcji:wykonajnajpierwtoapotemtamto;np wynik=1;w=wykladnik; Pętla: nadaj zmiennym wartości początkowe(inicjalizacja) wielokrotnie powtarzaj instrukcję(ciało) aż przestanie być spełniony warunek pętli
Konstrukcja pętli Opis słowny: 0 inicjalizacja 1 Jeśli warunek jest niespełniony, to zakończ obliczenie 2 Jeśli warunek jest spełniony, to ciało idźdo1 Schemat blokowy: inicjalizacja warunek warunek ciało Pascal: inicjalizacja; while warunek do ciało C: inicjalizacja while(warunek) ciało Budowa komputera Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 21 0 1 2 N 2 N 1 pamięć procesor Obliczenie p=x y z w;: pobierz x pomnóż przez y zapamiętaj w t pobierz z pomnóż przez w zapamiętaj w u pobierz t odejmij u zapamiętaj w p Adresowana pamięć składająca się z N komórek Procesor wykonujący działania między swoim rejestrem a komórką pamięci; nie można bezpośrednio wykonać np dodawania zawartości dwóch komórek
Schemat przetwarzania Procesor jest aktywnym elementem komputera Pamięć służy mu jako bierny notes Procesor rozumie komendy tylko z bardzo prostego języka wewnętrznego Żeby mógł wykonać program, napisany przez programistę w języku wysokiego poziomu, takim jak Pascal lub C, program ten musi najpierw zostać przetłumaczony lub skompilowany na język wewnętrzny Programy są tłumaczone przez specjalny program, tzw translator lub kompilator Wczytuje on jako dane tekst programu w języku wysokiego poziomu i produkuje jako wynik program w języku wewnętrznym gotowy do działania Program w języku wewnętrznym(skompilowany) jest nieczytelny dla programisty Program w języku wysokiego poziomu jest niewykonalny dla komputera Schemat przetwarzania Wykład 1 ALGORYT A PROGRA, str 23 x=10; while(x>0) programwc gcc kompilator C DANE pobierz zapisz program w jęz wewnętrznym WYNIKI