Sommario Gli algoritmi I linguaggi per la formalizzazione di algoritmi

Presentazione sul tema: "Sommario Gli algoritmi I linguaggi per la formalizzazione di algoritmi"— Transcript della presentazione:

1 Sommario Gli algoritmi I linguaggi per la formalizzazione di algoritmi
UNIVAC Il primo calcolatore concepito ed impostato come prodotto commerciale, fu realizzato da Eckert e Mauchly (gli stessi costruttori dell’ENIAC) per l’Ufficio Centrale di Statistica degli Stati Uniti. L’algebra di Boole Fu teorizzata dal matematico inglese George Boole (18101864) nel lavoro “Analisi Matematica della Logica”, pubblicato nel Include un insieme di operazioni su variabili logiche (o variabili booleane), che possono assumere i due soli valori true e false, indicati da 1 e 0. Le tecniche sviluppate nell’algebra booleana possono essere applicate all’analisi ed alla progettazione dei circuiti elettronici, poiché essi sono realizzati con dispositivi che possono assumere solo due stati. Su insiemi di costanti e variabili logiche possono essere definite funzioni che hanno esse stesse la caratteristica di assumere due soli valori. La definizione di una funzione booleana può essere effettuata per mezzo di una tabella di verità, che indica il valore della funzione in corrispondenza di ogni possibile configurazione dei valori degli argomenti. Le funzioni booleane possono essere scritte e manipolate anche con metodi algebrici, dato un insieme di funzioni (o operazioni) elementari tramite le quali poter esprimere ogni altra funzione. Sommario Gli algoritmi Analisi e programmazione Algoritmi e loro proprietà Esempi di algoritmi Costanti e variabili, istruzioni, proposizioni e predicati I linguaggi per la formalizzazione di algoritmi I diagrammi a blocchi Gli algoritmi iterativi I vettori La pseudocodifica Introduzione ai linguaggi di programmazione di alto livello

2 Gli algoritmi

3 Analisi e programmazione  1
Tramite un elaboratore si possono risolvere problemi di varia natura: emissione di certificati anagrafici, gestione dei c/c di un istituto di credito, prenotazioni ferroviarie, etc. Il problema deve essere formulato in modo opportuno, perché sia possibile utilizzare un elaboratore per la sua soluzione Per analisi e programmazione si intende l’insieme delle attività preliminari atte a risolvere problemi utilizzando un elaboratore, dalla formulazione del problema fino alla predisposizione dell’elaboratore Scopo dell’analisi: definire un algoritmo Scopo della programmazione: tradurre l’algoritmo in un programma

4 Analisi e programmazione  2
Algoritmo  elenco finito di istruzioni che specificano le operazioni eseguendo le quali un operatore umano risolve una classe di problemi Un particolare problema della classe viene risolto utilizzando l’apposito algoritmo sui dati che lo caratterizzano Un algoritmo non può essere eseguito direttamente dall’elaboratore Programma  “ricetta” che traduce l’algoritmo ed è direttamente comprensibile, pertanto eseguibile, da parte di un elaboratore Linguaggio di programmazione  linguaggio rigoroso che permette la formalizzazione di un algoritmo in un programma

5 Analisi e programmazione  3
Esempio Problema: Effettuare un accredito su un c/c bancario Soluzione: Utilizzare un programma che serva per predisporre il calcolatore all’accredito di una qualunque cifra su un qualunque c/c; cifra da accreditare e numero di c/c sono i dati caratteristici del problema Analogie tra le azioni che devono essere eseguite da un operatore umano e, in modo automatico, tramite un elaboratore Programma + dati Algoritmo + dati Elaboratore Uomo + Calcolatrice Risultati

6 Le fasi del procedimento di analisi e programmazione
Problema ANALISI Algoritmo Relazioni tra problema, analisi, algoritmo, programmazione, programma, dati ed elaborazione PROGRAMMAZIONE Programma ELABORAZIONE Dati Risultati

7 Algoritmo: definizione
Algoritmo deriva dal nome del matematico arabo Al Khuwarizmi, vissuto nel IX secolo d.C.; esempi di algoritmo sono presenti su tavolette babilonesi risalenti al 18001600 a.C. Un algoritmo è una successione di istruzioni o passi che definiscono le operazioni da eseguire sui dati per ottenere i risultati; un algoritmo fornisce la soluzione ad una classe di problemi Lo schema di esecuzione di un algoritmo specifica che i passi devono essere eseguiti in sequenza, salvo diversa indicazione esplicita Ogni algoritmo è concepito per interagire con l’ambiente esterno per acquisire dati e comunicare messaggi o risultati; i dati su cui opera ogni singola istruzione sono forniti dall’esterno o sono frutto di istruzioni eseguite in precedenza Dati Ambiente esterno Algoritmo Risultati o messaggi

8 Esempio 1  Il gioco dell’undici
Problema: Undici fiammiferi sono disposti su un tavolo Il primo giocatore (A) può raccogliere da 1 a 3 fiammiferi Il secondo giocatore (B) ne raccoglie a sua volta 1, 2 o 3 I giocatori alternano le loro mosse finché sul tavolo non ci sono più fiammiferi Il giocatore che è costretto a raccogliere l’ultimo fiammifero è il perdente Algoritmo: strategia vincente per il giocatore A che gioca per primo prima mossa: A raccoglie 2 fiammiferi mosse successive: se B raccoglie k fiammiferi (k  3), allora A raccoglie 4k fiammiferi

9 Esempio 2  Ordinamento di un mazzo di carte
Problema: Sia dato un mazzo da 40 carte da ordinare in modo che le cuori precedano le quadri, che a loro volta precedono fiori e picche; le carte di uno stesso seme sono ordinate dall’asso al re Algoritmo: Si suddivida il mazzo in 4 mazzetti, ciascuno costituito da tutte le carte dello stesso seme Si ordinino le carte di ciascun mazzetto dall’asso al re Si prendano nell’ordine i mazzetti delle cuori, quadri, fiori e picche

10 Esempio 3  Radici di equazioni di 2° grado
Problema: Calcolo delle radici reali dell’equazione di secondo grado ax2+bx+c=0 Algoritmo: Acquisire i coefficienti a,b,c Calcolare  = b24ac Se <0 non esistono radici reali, eseguire l’istruzione 7) Se = 0, x1= x2 = b/2a, poi eseguire l'istruzione 6) Porre x1 = (b +)/2a, x2 = (b )/2a Comunicare i valori x1, x2 Fine

11 Proprietà degli algoritmi  1
Affinché una “ricetta”, un elenco di istruzioni, possa essere considerato un algoritmo, devono essere soddisfatti i seguenti requisiti: Finitezza: ogni algoritmo deve essere finito, cioè composto da un numero finito di istruzioni, ciascuna delle quali deve essere eseguita in tempo finito ed un numero finito di volte Generalità: ogni algoritmo deve fornire la soluzione per una classe di problemi; deve pertanto essere applicabile a qualsiasi insieme di dati appartenenti all’insieme di definizione o dominio dell’algoritmo e deve produrre risultati che appartengono all’insieme di arrivo o codominio Non ambiguità: devono essere definiti in modo chiaro i passi successivi da eseguire; devono essere evitati paradossi, contraddizioni ed ambiguità; il significato di ogni istruzione deve essere univoco per chiunque esegua l’algoritmo

12 Proprietà degli algoritmi  2
Inoltre, sono proprietà essenziali (se non caratterizzanti) degli algoritmi... ...la correttezza ...e l’efficienza Un algoritmo è corretto se perviene alla soluzione del compito cui è preposto, senza difettare di alcun passo fondamentale Un algoritmo è efficiente se perviene alla soluzione del problema nel modo più veloce possibile e/o usando la minor quantità di risorse fisiche, fatta salva la correttezza

13 Il gioco dell’undici (continua…)
La strategia vincente per il gioco dell’undici è un algoritmo in quanto... …è finito, perché termina sempre dopo 6 mosse …è generale, perché permette al giocatore A di vincere, qualunque sia la strategia utilizzata da B …è non ambiguo, perché tutte le situazioni possibili sono prese in considerazione e per ognuna sono ben specificate le azioni da compiere

14 Ancora sugli algoritmi...
Un algoritmo deve poter essere eseguito da chiunque, senza che l’esecutore sia stato necessariamente coinvolto nella formulazione del problema o nella descrizione del metodo risolutivo Gli algoritmi devono essere formalizzati per mezzo di appositi linguaggi, dotati di strutture linguistiche che garantiscano precisione e sintesi I linguaggi naturali non soddisfano questi requisiti, infatti... …sono ambigui: la stessa parola può assumere significati diversi in contesti differenti (pesca è un frutto o un’attività sportiva) …sono ridondanti: lo stesso concetto può essere espresso in molti modi diversi, ad es. “somma 2 a 3”, “calcola 2+3”, “esegui l’addizione tra 2 e 3”

15 Costanti e variabili  1 I dati su cui opera un algoritmo sono costanti e variabili Un dato è costante quando il suo valore non può essere aggiornato durante l’esecuzione dell’algoritmo, né cambia per esecuzioni diverse Una variabile è una coppia <nome, valore>: può essere immaginata come una scatola sulla quale è scritto un nome e che può contenere un valore Rappresentazione di una variabile Nome Valore

16 Costanti e variabili  2 Il valore di una variabile deve appartenere all’insieme di definizione, su cui si opera mediante regole opportune, specifiche dell’insieme Data una variabile <x,v>, x è il nome della variabile e v è il suo valore attuale; le variabili sono indeterminate in fase di definizione dell’algoritmo, ma corrispondono a valori ben precisi durante ogni esecuzione Esempio: Nell’algoritmo di risoluzione delle equazioni di 2° grado, a, b, c non corrispondono a nessun valore finché non si esegue l’algoritmo per trovare le soluzioni di una specifica equazione, ad esempio x29x4=0: in fase di esecuzione, a=1, b= 9, c= 4; nell’istruzione =b24ac,  è la variabile che contiene il valore del discriminante

17 nome di variabile  espressione
Assegnazione  1 L’istruzione di assegnazione definisce il valore attuale di una variabile, che resta inalterato fino all’assegnazione successiva L’assegnazione si rappresenta con il simbolo “”: nome di variabile  espressione che si legge “assegna alla variabile nome di variabile il valore di espressione” ; l’espressione a destra di  è costituita da variabili, costanti e operatori L’assegnazione viene così eseguita: si valuta l’espressione a destra di , sostituendo ai nomi di variabile i loro valori attuali; il risultato deve appartenere all’insieme di definizione della variabile a sinistra di  il valore calcolato diventa il nuovo valore della variabile il cui nome appare a sinistra di 

18 Assegnazione  2 I nomi delle variabili possono essere scelti in modo arbitrario, ma è opportuno selezionare nomi significativi del contenuto della variabile Viceversa, è necessario rispettare la regola dell’ordinamento: Quando una variabile appare, in un’assegnazione, a destra di , deve essere già istanziata cioè le deve essere già stato assegnato un valore

19 Assegnazione  3 Esempi a  b+c b c c a b x  x+3 x x 6 4 4 10 6 14 17
Prima dell’assegnazione 4 c a 10 b 6 Dopo l’assegnazione 14 x  x+3 Prima dell’assegnazione x 17 x Dopo l’assegnazione

20 Le istruzioni  1 Istruzioni operative, che producono risultati
Istruzioni di controllo, che controllano il verificarsi di condizioni specificate e, in base al risultato del controllo, determinano il flusso di istruzioni da eseguire Istruzioni di salto, che alterano il normale flusso di esecuzione delle istruzioni di un algoritmo, specificando quale sia la successiva istruzione da eseguire nelle istruzioni di salto condizionato, l’effettiva esecuzione del salto è condizionata al verificarsi di una ipotesi specificata l’istruzione di salto incondizionato produce sempre un salto Istruzioni di ingresso/uscita, che specificano come debba essere effettuata una trasmissione di dati o messaggi fra l’algoritmo e l’ambiente esterno Istruzioni di inizio/fine esecuzione, che indicano l’inizio/la fine dell’algoritmo

21 Le istruzioni  2 Esempio: Calcolo delle radici di equazioni di 2° grado “acquisire i coefficienti a,b,c” è un’istruzione di lettura (ingresso) “calcolare =b24ac” è un’istruzione operativa “se =0, x1=x2=b/2a” è un’istruzione di controllo, infatti l’assegnazione x1=x2=b/2a viene eseguita solo se =0 “comunicare i valori x1, x2” è un’istruzione di scrittura (uscita) “eseguire l'istruzione 6)” è un’istruzione di salto incondizionato “se <0 eseguire l’istruzione 7)” è un’istruzione di salto condizionato, perché 7) è la prossima istruzione da eseguire solo se <0

22 Proposizioni e predicati  1
Una proposizione è un costrutto linguistico del quale si può asserire o negare la veridicità Esempi “Roma è la capitale della Gran Bretagna” falsa “3 è un numero intero” vera Il valore di verità di una proposizione è il suo essere vera o falsa Una proposizione è un predicato se il suo valore di verità dipende dall’istanziazione di alcune variabili “la variabile età è minore di 30” “la variabile base è maggiore della variabile altezza”

23 Proposizioni e predicati  2
La valutazione di un predicato è l’operazione che permette di determinare se il predicato è vero o falso, sostituendo alle variabili i loro valori attuali I valori vero e falso sono detti valori logici o booleani Proposizioni e predicati possono essere espressi concisamente per mezzo degli operatori relazionali: = (uguale)  (diverso) > (maggiore) < (minore)  (maggiore o uguale)  (minore o uguale) I predicati che contengono un solo operatore relazionale sono detti semplici

24 Proposizioni e predicati  3
Dato un predicato p, il predicato not p, detto opposto o negazione logica di p, ha i valori di verità opposti rispetto a p Dati due predicati p e q, la congiunzione logica di p e q, p and q, è un predicato vero solo quando p e q sono entrambi veri, e falso in tutti gli altri casi Dati due predicati p e q, la disgiunzione logica di p e q, p or q, è un predicato falso solo quando p e q sono entrambi falsi, e vero in tutti gli altri casi I predicati nei quali compare almeno uno fra gli operatori logici not, and, or sono detti composti La tavola di verità di un predicato composto specifica il valore del predicato per ognuna delle possibili combinazioni dei suoi argomenti

25 Proposizioni e predicati  4
Esempio Le tavole di verità per i predicati p and q e p or q sono le seguenti: p q p and q p or q falso vero

26 Proposizioni e predicati  5
Esempio not (base > altezza) è vero solo quando il valore di base è minore o uguale del valore di altezza età > 30 and età < 50 è vero solo quando il valore di età è compreso tra 30 e 50 base > altezza or base > 100 è vero quando il valore di base è maggiore del valore di altezza, o quando il valore di base è maggiore di 100, o quando entrambe le condizioni sono verificate

27 I linguaggi per la formalizzazione di algoritmi

28 I diagrammi a blocchi  1 Il linguaggio dei diagrammi a blocchi è un possibile formalismo per la descrizione di algoritmi; il diagramma a blocchi, o flowchart, è una rappresentazione grafica dell’algoritmo Un diagramma a blocchi definisce il flusso di operazioni da eseguire per realizzare la trasformazione dai dati iniziali ai risultati, descritta nell’algoritmo Un particolare simbolo grafico, un blocco elementare, è associato ad ogni tipo di istruzione; ovvero, ogni istruzione è rappresentata all’interno di un blocco la cui forma grafica è determinata dal tipo di istruzione I blocchi sono collegati tra loro da linee di flusso, munite di frecce, che indicano il susseguirsi di azioni elementari

29 I diagrammi a blocchi  2 Blocchi elementari A Blocco iniziale
begin leggi/scrivi A X Blocco iniziale Blocco azione Blocco di lettura/scrittura end Blocco finale Blocco di scrittura C scrivi X Blocco di controllo falso vero Blocchi elementari

30 I diagrammi a blocchi  3 Un diagramma a blocchi è un insieme di blocchi elementari composto da: un blocco iniziale un blocco finale un numero finito n (n  1) di blocchi di azione e/o di blocchi di lettura/scrittura un numero finito m (m  0) di blocchi di controllo

31 I diagrammi a blocchi  4 L’insieme dei blocchi elementari che costituiscono un algoritmo deve soddisfare le seguenti condizioni: ciascun blocco di azione o di lettura/scrittura ha una sola freccia entrante ed una sola freccia uscente ciascun blocco di controllo ha una sola freccia entrante e due frecce uscenti ciascuna freccia entra in un blocco oppure si inserisce in un’altra freccia ciascun blocco è raggiungibile dal blocco iniziale il blocco finale è raggiungibile da qualsiasi altro blocco Un blocco B è raggiungibile a partire da un blocco A, se esiste una sequenza di blocchi X1,X2,…,Xn, tali che A=X1, B=Xn e  Xi, i=1,…,n1, Xi è connesso con una freccia a Xi+1

32 I diagrammi a blocchi  5 end Leggi a,b,c delta  b2  4ac delta=0 delta<0 x2 (bsqrt(delta))/2a x1 (b+sqrt(delta))/2a x2 b/2a x1 b/2a scrivi x1 e x2 “non ci sono radici reali” begin Vero Falso Diagramma a blocchi dell’algoritmo per il calcolo delle radici dell’equazione di 2° grado ax2 + bx + c = 0

33 Schemi di composizione  1
Fra tutti i possibili schemi di flusso ne esistono alcuni che sono detti schemi fondamentali di composizione Schema di sequenza: è uno schema elementare o uno schema di sequenza begin S1, S2,…, Sn schemi di flusso A end

34 Schemi di composizione  2
Schema di selezione: un blocco di controllo subordina l’esecuzione di due possibili schemi di flusso al verificarsi di una condizione Nel primo caso, lo schema S viene eseguito solo se la condizione C è vera; se C è falsa, non viene eseguita alcuna azione Nel secondo caso, viene eseguito solo uno dei due schemi Sv o Sf, in dipendenza del valore di verità della condizione

35 Schemi di composizione  3
Schema di iterazione: si itera l’esecuzione di un dato schema di flusso Nel primo caso, S può non venire mai eseguito, se la condizione C è subito falsa; nel secondo caso, S viene eseguito almeno una volta Quando lo schema S viene eseguito finché la condizione C si mantiene vera si parla di iterazione per vero; si ha un’iterazione per falso quando S viene eseguito finché C è falsa

36 Schemi di composizione  4
Gli schemi di flusso sono… …aperti quando consentono una sola esecuzione di una sequenza di blocchi elementari …chiusi quando permettono più di un’iterazione della sequenza di blocchi Gli schemi di sequenza e di selezione sono aperti, lo schema di iterazione è chiuso

37 Gli algoritmi iterativi  1
Accade spesso che, per risolvere un problema, un certo insieme di operazioni debba essere eseguito un dato numero di volte Esempio: Calcolare la somma di tre interi consecutivi Note: La variabile somma è un contenitore di somme parziali, finché non si ottiene la somma totale richiesta La soluzione del problema viene raggiunta eseguendo azioni simili per un numero opportuno di volte

38 Gli algoritmi iterativi  2
Il ciclo o loop è uno schema di flusso per descrivere, in modo conciso, situazioni in cui uno gruppo di operazioni deve essere ripetuto più volte La condizione di fine ciclo viene verificata ogni volta che si esegue il ciclo; se la condizione assume valore vero (falso), le istruzioni vengono reiterate, altrimenti si esce dal ciclo La condizione di fine ciclo può essere verificata prima o dopo l’esecuzione dell’iterazione Le istruzioni di inizializzazione, assegnano valori iniziali ad alcune variabili (almeno a quella che controlla la condizione di fine ciclo) Ciclo con controllo in coda Ciclo con controllo in testa

39 Gli algoritmi iterativi  3
Problema: Calcolare la somma di tre interi consecutivi Note: La fase di inizializzazione riguarda la somma e l’indice del ciclo Il controllo di fine ciclo viene effettuato in coda

40 Gli algoritmi iterativi  4
Un ciclo è definito quando è noto a priori il numero di iterazioni: un ciclo definito è detto anche enumerativo Un contatore del ciclo tiene memoria di quante iterazioni sono state effettuate; può essere utilizzato in due modi: incremento del contatore: il contatore viene inizializzato ad un valore minimo (ad es. 0) e incrementato ad ogni esecuzione del ciclo; si esce dal ciclo quando il valore del contatore eguaglia il numero di iterazioni richieste decremento del contatore: il contatore viene inizializzato al numero di iterazioni richiesto e decrementato di uno ad ogni iterazione; si esce quando il valore del contatore raggiunge 0

41 Gli algoritmi iterativi  5
Un ciclo è indefinito quando non è possibile conoscere a priori quante volte verrà eseguito La condizione di fine ciclo controlla il valore di una o più variabili modificate da istruzioni che fanno parte dell’iterazione Comunque, un ciclo deve essere eseguito un numero finito di volte, cioè si deve verificare la terminazione dell’esecuzione del ciclo

42 Gli algoritmi iterativi  6
Problema: Calcolo della media di un insieme di numeri; non è noto a priori quanti sono i numeri di cui deve essere calcolata la media I numeri vengono letti uno alla volta fino a che non si incontra un x = 0, che segnala la fine dell’insieme

43 I vettori  1 Le variabili, definite come coppie <nome, valore>, sono scalari Una coppia <nome, insieme di valori > è una variabile vettore o array e può essere immaginata come un contenitore diviso in scomparti; ciascun scomparto può contenere un valore, detto elemento o componente del vettore Ciascuna componente è individuata dal nome del vettore, seguito dal relativo numero progressivo, racchiuso fra parentesi tonde: l’indice del vettore La dimensione di un vettore è il numero dei suoi elementi I vettori sono particolarmente utili per collezionare dati fra loro correlati, sui quali devono essere effettuate le stesse operazioni

44 I vettori  2 v(1) v(2) v(3) v(4) Vettore v, costituito dai 4 elementi v(1), v(2), v(3), v(4) L’utilizzo di variabili vettoriali, in un algoritmo, presuppone la dichiarazione esplicita della loro dimensione La dimensione del vettore costituisce un limite invalicabile per la selezione delle componenti del vettore Esempio: v(100) asserisce che il vettore v è costituito da 100 elementi; possono essere selezionati v(12), v(57), v(89), ma non v(121) o v(763), che non esistono

45 I vettori  3 Esempio: Calcolare il vettore somma di due vettori di uguale dimensione n a(4) a(1) a(2) a(3) 3 5 7 b(4) b(1) b(2) b(3) 5 6 9 1 c(4) c(1) c(2) c(3) 8 11 16 1

46 I vettori  4 Esempio: algoritmo per calcolare il vettore somma di due vettori Note: L'utilità dei vettori consiste nel-l’impiego della tecnica iterativa in modo da effettuare la stessa operazione su tutti gli elementi del vettore Usando la variabile contatore di un ciclo come indice degli elementi di un vettore è possibile considerarli tutti, uno alla volta, ed eseguire su di essi l’operazione desiderata

47 I vettori  5 Esempio: Algoritmo per il calcolo del massimo elemento di un vettore vero

48 La pseudocodifica  1 La pseudocodifica è un linguaggio per la descrizione di algoritmi PASCALlike La descrizione di un algoritmo mediante pseudocodifica si compone di due parti... la dichiarazione delle variabili usate nell’algoritmo la descrizione delle azioni dell’algoritmo

49 La pseudocodifica  2 Tipo delle variabili
Il tipo di una variabile indica l’insieme dei valori che possono essere assegnati a quella variabile Su costanti e variabili di un tipo è possibile effettuare le operazioni che sono proprie di quel tipo e tutte le operazioni di confronto (utilizzando gli operatori relazionali) Sono permessi i seguenti 4 tipi: integer, real, boolean, stringq

50 La pseudocodifica  3 integer: sono le variabili cui possono essere assegnati numeri interi; le costanti di tipo integer sono numeri interi, ad es. 1, 3, 150 real: sono le variabili cui possono essere assegnati numeri razionali; le costanti real possono essere rappresentate in notazione decimale, con un “.” che separa la parte intera dalla parte decimale (ad es., 5.17, , 123., 0.005) o in notazione scientifica (23.476E+2=2347.6, E4= ) boolean: sono le variabili cui possono essere assegnati i valori logici; le costanti logiche sono true e false stringq: sono le variabili cui possono essere assegnate parole (o stringhe) costituite da q caratteri; le costanti stringq sono costituite da parole di q caratteri racchiusi tra apici (che non fanno parte della costante); ad es., ‘FABIO’ è una costante string5,‘+’ è una costante string1 e ‘124’ string3

51 La pseudocodifica  4 Dichiarazione delle variabili Esempio:
La dichiarazione delle variabili è un elenco, preceduto dalla parola var, delle variabili sulle quali l’algoritmo opera Le variabili sono suddivise per tipo: quelle dello stesso tipo sono separate l’una dall’altra da una “,”; l’elenco delle variabili dello stesso tipo è seguito dai “:” e dall’indicazione del tipo; gli elenchi di variabili di tipo diverso sono separati dal “;”, l’ultimo elenco è seguito da un “.” Esempio: var i, j, a(20): integer; p, q: real; nome: string20; sw: boolean.

52 La pseudocodifica  5 Descrizione delle azioni
Gli schemi di flusso fondamentali sono descritti utilizzando convenzioni linguistiche: ad ogni schema di composizione corrisponde una convenzione linguistica La descrizione di un algoritmo deve soddisfare le seguenti regole: La prima azione dell’algoritmo è preceduta dalla parola begin; L’ultima azione dell’algoritmo è seguita dalla parola end; L’azione di lettura è rappresentata dalla parola read; L’azione di scrittura è rappresentata dalla parola write; Lo schema di sequenza di n flussi S1, S2,…, Sn è rappresentato da S1; S2; Sn; …

53 La pseudocodifica  6 Gli schemi di selezione sono rappresentati come:
Gli schemi di iterazione sono rappresentati come: S, Sf, Sv, sono schemi

54 La pseudocodifica  7 Esistono convezioni linguistiche alternative in relazione a particolari schemi di flusso Esempio: Ciclo enumerativo Nel caso che il valore di “incremento” sia 1, la parte “step incremento” della frase for...endfor può essere omessa

55 La pseudocodifica  8 Esempio: Algoritmo per il calcolo del vettore somma di due vettori di numeri razionali var a(100), b(100), c(100): real; i, n: integer. begin read n; for i from 1 to n do read a(i), b(i); c(i)  a(i) + b(i); write c(i) endfor end

56 La pseudocodifica  9 Esempio: Algoritmo per il calcolo del massimo elemento di un vettore di numeri razionali var max, v(100): real; i, n: integer. begin read n; for i from 1 to n do read v(i) endfor max  v(1); for i from 2 to n do if max < v(i) then max  v(i) endif write max end

57 La pseudocodifica  10 Esempio: Algoritmo per il calcolo delle radici di equazioni di 2° grado var x1, x2, a, b, c, delta: real. begin read a, b, c; delta  b24ac; if delta < 0 then write “non esistono radici reali” else if delta = 0 then x1  b/2a; x2  x1 else x1  (b + delta)/2a; x2  (b  delta)/2a endif write x1, x2 end

58 Introduzione ai linguaggi di programmazione di alto livello

59 Cenni storici  1 Benché siano macchine in grado di compiere operazioni complesse, i calcolatori devono essere “guidati” per mezzo di istruzioni appartenenti ad un linguaggio specifico e limitato, a loro comprensibile A livello hardware, i calcolatori riconoscono solo comandi semplici, del tipo “copia un numero”, “addiziona due numeri”, “confronta due numeri” : questi comandi definiscono il set di istruzioni della macchina e i programmi che li utilizzano direttamente sono i programmi in linguaggio macchina In linguaggio macchina ogni operazione richiede l’attivazione di numerose istruzioni base (il linguaggio riflette l’organizzazione della macchina più che la natura del problema da risolvere); inoltre, qualunque entità  istruzioni, variabili, dati  è rappresentata da numeri binari: i programmi sono difficili da scrivere, leggere e mantenere

60 Cenni storici  2 Negli anni `50, tutti i programmi erano scritti in linguaggio macchina o in assembly (o assembler) In assembly ogni istruzione è identificata da una sigla piuttosto che da un numero e le variabili sono rappresentate da nomi piuttosto che da numeri Esempio: carica il numero 8 nel primo registro libero della CPU  LOAD 8 I programmi scritti in assembly necessitano di un apposito programma assemblatore per tradurre le istruzioni tipiche del linguaggio in istruzioni macchina Codice istruzione Linguaggio macchina Assembly

61 Cenni storici  3 L’assembly definisce una notazione simbolica che è in stretta relazione con i codici in linguaggio macchina registro LOAD R1, MEM CMP R1, R BEQ RISZERO STORE R1, MEM1 RISZERO: LOAD R2, MEM2 Assemblatore OPCODE (LOAD)

62 Cenni storici  4 Oggi si utilizza l’assembly solo se esistono vincoli stringenti sui tempi di esecuzione; viceversa si usano linguaggi più vicini al linguaggio naturale, i linguaggi di alto livello I linguaggi di alto livello sono elementi intermedi di una varietà di linguaggi ai cui estremi si trovano il linguaggio macchina, da un lato, ed i linguaggi naturali, come l’italiano e l’inglese, dall’altro I linguaggi di programmazione, progettati per manipolare informazioni, differiscono dai linguaggi naturali: sono infatti meno espressivi ma più precisi (non ambigui)

63 Scopi e caratteristiche  1
I linguaggi di programmazione di alto livello consentono al programmatore di trattare oggetti complessi senza doversi preoccupare dei dettagli della particolare macchina sulla quale il programma viene eseguito Richiedono un compilatore o un interprete che sia in grado di tradurre le istruzioni del linguaggio di alto livello in istruzioni macchina di basso livello eseguibili dal calcolatore Un compilatore è un programma “simile” ad un assemblatore, ma più complesso, infatti… esiste una corrispondenza biunivoca fra istruzioni in assembler ed istruzioni macchina ogni singola istruzione di un linguaggio di alto livello corrisponde a molte istruzioni in linguaggio macchina: quanto più il linguaggio di programmazione si discosta dal linguaggio macchina, tanto più il lavoro di traduzione del compilatore è difficile

64 Scopi e caratteristiche  2
Esempio: In PASCAL, l’assegnazione e := (a+b)(c+d); calcola l’espressione e, ottenuta eseguendo una serie di operazioni aritmetiche sulle variabili a, b, c, e d, salvando opportunamente il risultato nella posizione di memoria etichettata da e ; in linguaggio assembly la stessa istruzione potrebbe essere riscritta nel modo seguente: LOAD a, %r0 LOAD b, %r1 ADD %r0, %r1 LOAD c, %r2 LOAD d, %r3 ADD %r2, %r3 MULT %r1, %r3 STORE %r3, e

65 Scopi e caratteristiche  3
I linguaggi che non dipendono dall’architettura della macchina offrono due vantaggi fondamentali: i programmatori non devono cimentarsi con i dettagli architetturali di ogni calcolatore i programmi risultano più semplici da leggere e da modificare  portabilità, leggibilità, mantenibilità

66 Scopi e caratteristiche  4
L’essenza della programmazione di alto livello, ovvero dell’uso di linguaggi di elevata potenza espressiva, risiede nella capacità di astrazione, cioè nella possibilità di prescindere dai dettagli considerati inessenziali ai fini della soluzione di un problema, favorendo con ciò la concentrazione sugli elementi fondamentali. Un linguaggio di programmazione deve fornire all'utente buoni meccanismi per definire autonomamente tutte le astrazioni di cui ha bisogno: il programmatore, deve disporre di strumenti sufficienti per spiegare al calcolatore tutte le operazioni che intende effettuare. La funzione svolta da un programma ben strutturato in un linguaggio di programmazione di alto livello può essere facilmente compresa da un lettore: i simboli e le istruzioni utilizzate si avvicinano più ai simboli ed alle istruzioni di uso comune che non a quelle interne del calcolatore. Scopi e caratteristiche  4 Portabilità: i programmi scritti per un calcolatore possono essere utilizzati su qualsiasi altro calcolatore, previa ricompilazione Leggibilità: la relativa similitudine con i linguaggi naturali rende i programmi più semplici, non solo da scrivere, ma anche da leggere Mantenibilità: con questo termine si intende far riferimento a modifiche di tipo correttivo, perfettivo, evolutivo e adattivo; i programmi scritti in linguaggi di alto livello sono più semplici da modificare e da correggere La possibilità di codificare algoritmi in maniera astratta si traduce in una migliore comprensibilità del codice e quindi in una più facile analisi di correttezza

67 Scopi e caratteristiche  5
Eventuale svantaggio dell’uso dei linguaggi di alto livello è la riduzione di efficienza: È possibile utilizzare istruzioni macchina diverse per scrivere programmi funzionalmente equivalenti: il programmatore ha un controllo limitato sulle modalità con cui il compilatore traduce il codice Tuttavia… i compilatori attuali ricorrono a trucchi di cui molti programmatori ignorano l’esistenza La ragione fondamentale per decretare la superiorità dei linguaggi di alto livello consiste nel fatto che la maggior parte dei costi di produzione del software è localizzata nella fase di manutenzione, per la quale la leggibilità e la portabilità sono cruciali

68 Un esempio di programma PASCAL
begin Problema: Si legga una lista di valori, la cui lunghezza non è nota a priori (è un dato in ingresso), stampando un opportuno messaggio se un certo valore, anch’esso letto a runtime, appartiene o non appartiene alla lista leggi n, ncomp trovato  FALSE i  1 leggi ncorr Vero ncorr = ncomp trovato  TRUE Falso i  i+1 i  n Vero Falso “trovato un numero uguale” Vero trovato = TRUE Falso “non trovato un numero uguale” end

69 PROGRAM Search(input,output);
(* Ricerca di un valore desiderato in una lista *) VAR n: INTEGER; (* lunghezza della lista *) ncomp: INTEGER; (* termine di paragone *) ncorr: INTEGER; (* valore nella lista *) trovato: BOOLEAN; (* TRUE se si è trovato *) i: INTEGER; (* contatore dei valori della lista *) BEGIN READ(n); WRITELN(‘Ci sono’, n, ‘valori.’); READ(ncomp); WRITELN(‘Ricerca di’, ncomp, ‘.’); trovato := FALSE; (* non ancora trovato alcun valore *) FOR i = 1 TO n DO READ(ncorr); WRITELN(ncorr); IF ncorr = ncomp THEN trovato := TRUE; (* trovato un valore uguale *) END (* fine ciclo for *) IF trovato THEN WRITELN (‘Trovata corrispondenza’) ELSE WRITELN (‘Non trovata corrispondenza’); END (* fine programma Search *)