algoritmo

ANNUNCI


MODULO C E LABORATORI INIZIATI
MODULO B: SOLO PIU’ LEZIONI IL LUNEDI’

26 MARZO: 10-12, 14-16, MA NON 18-20 (B2 e
B3 UNIFICATI)
RICEVIMENTO
(MASSIMO POESIO)

Ricevimento: Lunedi’
16-18, via Sighele 7
INFORMATICA
UMANISTICA B
7: ALGORITMI, PROGRAMMI, E
LINGUAGGI DI
PROGRAMMAZIONE
PROGRAMMI


Un computer e’ una macchina per eseguire
PROGRAMMI
Un programma e’ un ALGORITMO per
risolvere un certo PROBLEMA scritto
secondo le regole di un LINGUAGGIO DI
PROGRAMMAZIONE
ALGORITMO



Un PROGRAMMA e’ un ALGORITMO posto
in forma comprensibile al computer
Definizione informale di ALGORITMO: una
sequenza FINITA di passi DISCRETI e NON
AMBIGUI che porta alla soluzione di un
problema
Questa definizione si puo’ applicare al di fuori
dell’Informatica: nella matematica (da cui ha
origine) ma anche nella cucina
UN QUASI-ALGORITMO:
LA RICETTA PER LA BAGNA CAUDA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cuocere gli spicchi di aglio, coperti con il
latte, fino a quando non diventino teneri.
Tritare l'aglio
Unirlo all'olio, alle acciughe tagliate molto
finemente
Cuocere a fiamma moderata e mescolare
fino a far ridurre il contenuto in un composto
omogeneo.
Dopo circa venti minuti aggiungere qualche
fiocco di burro
Servire in tavola con le verdure.
PERCHE’ QUASIALGORITMO?


Numero di passi e’ finito
Ma molti passi sono ambigui:


‘teneri’?
`fiamma moderata’?
IL TERMINE ALGORITMO

Il nome ALGORITMO deriva dal nome del
matematico persiano Muhammad ibn Mūsa 'lKhwārizmī che attorno all’825 scrisse un
trattato chiamato Kitāb al-djabr wa 'lmuqābala (Libro sulla ricomposizione e sulla
riduzione)


AL-KHWARIZMI  ALGORISMO 
ALGORITMO
(ALGEBRA deriva da AL-DJABR)
UN PROBLEMA, DUE ALGORITMI:
IL MASSIMO COMUN DIVISORE
MCD: UN ALGORITMO
ELEMENTARE
A scuola si impara un algoritmo molto semplice per
calcolare MCD: la SCOMPOSIZIONE IN FATTORI
PRIMI

42 = 2 x 3 x 7
56 = 2 x 2 x 2 x 7



Algoritmo MCD(M, N):
1.
2.

Scomponi M ed N in fattori primi
Estrai i componenti comuni
Questo metodo si’ puo’ solo applicare per numeri
piccoli (la scomposizione in fattori primi e’ molto
costosa)
MCD: L’ALGORITMO DI
EUCLIDE
MCD(M,N):

1.
2.
3.
4.
5.
RIPETI finche’ M  N
SE
M > N, M  M –N;
ALTRIMENTI, N  N – M;
RITORNA al passo 1;
OUTPUT M
ESEMPIO

MCD(42,56):




M(42)  N(56);
 N (56) > M (42)
 N  14
M(42)  N(14);
 M (42) > N (14);
 M  28
M(28)  N(14)
 M(28) > N (14);
 M  14
OUTPUT: 14
ALCUNE CONSIDERAZIONI:
PROBLEMI ED ALGORITMI


Ci sono sempre molti algoritmi per risolvere
un problema
Parte dell’arte della programmazione e’
trovare gli algoritmi piu’ efficienti
ALGORITMI E FUNZIONI

In termini matematici, un algoritmo puo’
essere visto come una FUNZIONE che
produce un certo OUTPUT dato un certo
INPUT


Per esempio, MCD(42,56) = 14
Due algoritmi si dicono EQUIVALENTI se
producono lo stesso output dato lo stesso
input.

Fattori primi e Euclide sono EQUIVALENTI (ma
non egualmente efficienti!!)
ALGORITMI PIU’ COMUNI IN
INFORMATICA

Algoritmi MATEMATICI


Algoritmi di ORDINAMENTO





Per fare calcoli anche molto complessi (per esempio,
integrali, la scoperta di numeri primi)
45 2 17 28 101  2 17 28 45 101
Algoritmi di RICERCA
Algoritmi per il TRATTAMENTO DELLE STRINGHE
COMPILATORI
Algoritmi di COMPRESSIONE
DA ALGORITMI A PROGRAMMI
LINGUAGGI DI
PROGRAMMAZIONE


Un linguaggio di programmazione permette di
esprimere certi tipi di istruzioni in modo che
possano venire poi convertite in istruzioni
macchina
Un linguaggio di programmazione e’
caratterizzato da


SINTASSI (come vengono scritte le istruzioni)
SEMANTICA (come devono venire interpretate)
CONSIDERAZIONI, II:
INGREDIENTI ESSENZIALI DI UN LINGUAGGIO
DI PROGRAMMAZIONE
MCD(M,N):

1.
2.
3.
4.
5.
RIPETI finche’ M  N
SE
M > N, M  M –N;
ALTRIMENTI, N  N – M;
RITORNA al passo 1;
OUTPUT M
DIAGRAMMI DI FLUSSO


Una rappresentazione grafica usata per
descrivere in modo piu’ preciso i passi di un
algoritmo senza usare una sintassi specifica
Un diagramma e’ composto da una serie di
BLOCCHI uniti da archi
BLOCCHI: INIZIO E FINE
PROGRAMMA
BLOCCHI:
ISTRUZIONI ELEMENTARI
COUNT  0
COUNT  COUNT + 1
BLOCCHI: INPUT / OUTPUT
ESEMPIO: AREA DEL
RETTANGOLO
Calcolo dell’area di un rettangolo
AREA:


1.
2.
3.
4.
Leggi da input l’altezza H
Leggi da input la base B
Calcola l’area A
Produci in output il risultato
AREA DEL RETTANGOLO:
DIAGRAMMA DI FLUSSO
LE VARIABILI

Molti algoritmi richiedono un qualche modo
per immagazzinare i risultati di certi calcoli.


Per esempio, nell’algoritmo per MCD, M e N
Quasi tutti i linguaggi di programmazione
permettono di usare delle VARIABILI per
questo scopo. Una variabile puo’ essere
pensata come un nome per una zona di
memoria.
ESEMPIO: SCAMBIO DI
VALORI
1.
2.
3.
4.
5.
Leggi il valore della prima variabile X
Leggi il valore della seconda variabile Y
Salva il valore di X in una variable Aux per
ricordarlo
Assegna ad X il valore di Y
Assegna a Y il valore di Aux
DIAGRAMMA DI FLUSSO
CONDIZIONALI

Un’altro degli ingredienti fondamentali di un
linguaggio di programmazione e’ la
possibilita’ di scegliere di eseguire istruzioni
diverse a seconda dei risultati di un TEST
CONDIZIONALI
ESEMPIO: PARI O DISPARI
1.
2.
3.
4.
Leggi N
Dividi N per 2
Se Resto = 0 scrivi: N e’ pari
Altrimenti scrivi: N e’ dispari
PARI E DISPARI
RIPETIZIONI

L’ultimo componente fondamentale di un
linguaggio di programmazione e’ la
possibilita’ di ripetere le stesse azioni un gran
numero di volte
RIPETIZIONI
ALGORITMO DI EUCLIDE
START
T
F
M = N?
T
F
M > N?
OUTPUT:M
MM-N
STOP
NN-M
REMINDER: LA MACCHINA DI
TURING E L’IPOTESI DI CHURCH

Quando avevamo introdotto la macchina di
Turing, si era menzionata l’ipotesi di Church:



La macchina di Turing’ e’ una macchina
UNIVERSALE
Nel senso che ogni programma eseguibile puo’
essere scritto sotto forma di istruzioni per la
macchina di Turing
Questa ipotesi si basa sul fatto che la
macchina di Turing puo’ esprimere tutti i
costrutti fondamentali appena discussi
STRUTTURE DATI
LINGUAGGI DI
PROGRAMMAZIONE

Il calcolatore comprende istruzioni in LINGUAGGIO
MACCHINA


Una prima astrazione dal linguaggio macchina sono
i cosiddetti ASSEMBLER che esprimono le istruzioni
macchina in formato simbolico


0011 001 010
ADD R1 R2
Una seconda astrazione sono i linguaggi di
programmazione AD ALTO LIVELLO che
astraggono dalle istruzioni macchina

XX+Y
ALGORITMO DI EUCLIDE IN UN TIPICO
LINGUAGGIO AD ALTO LIVELLO
function MCD(M,N)
while M ≠ N
if M > N then M  M - N
else N  N - M
return M
COMPILATORE

E’ un programma che trasforma un
programma espresso in linguaggio ad alto
livello (PROGRAMMA SORGENTE) in
linguaggio macchina (PROGRAMMA
OGGETTO)


In Windows: crea file .exe
Linguaggi tipicamente compilati: C, C++,
Fortran, Pascal
COMPILATORI
INTERPRETI


Un interprete e’ un programma che interpreta
le istruzioni di un programma ad alto livello
DIRETTAMENTE, senza tradurle in
linguaggio macchina
Tipici linguaggi interpretati: Java, Lisp, Perl,
Python
UN ESEMPIO DI LINGUAGGIO
DI PROGRAMMAZIONE


VISUAL BASIC e’ il linguaggio di
programmazione usato per sviluppare
applicazioni in ambienti Microsoft Windows
E’ un linguaggio



Di alto livello
Interpretato
Visuale
VISUAL BASIC:
ASSEGNAZIONE AD UNA VARIABILE
VISUAL BASIC:
INPUT / OUTPUT
VISUAL BASIC:
COSTRUTTI CONDIZIONALI
VISUAL BASIC:
ITERAZIONI
DIFFERENZE TRA LINGUAGGI
AD ALTO LIVELLO
GREP in PERL:
while (<STDIN>) {
if (/Poesio/) { print $_;}
}
DIFFERENZE TRA LINGUAGGI
AD ALTO LIVELLO
….
import java.util.regex.*;
public class Grep {
….
// Pattern used to parse lines
private static Pattern linePattern = Pattern.compile(".*\r?\n");
// The input pattern that we're looking for
private static Pattern pattern;
// Compile the pattern from the command line
private static void compile(String pat) {
try { pattern = Pattern.compile(pat);
} catch (PatternSyntaxException x) {
System.err.println(x.getMessage()); System.exit(1); } }
// Use the linePattern to break the given CharBuffer into lines, applying
// the input pattern to each line to see if we have a match
private static void grep(File f, CharBuffer cb) {
Matcher lm = linePattern.matcher(cb); // Line matcher
Matcher pm = null; // Pattern matcher
int lines = 0;
while (lm.find()) { lines++;
CharSequence cs = lm.group(); // The current line
if (pm == null) pm = pattern.matcher(cs); else pm.reset(cs);
if (pm.find()) System.out.print(f + ":" + lines + ":" + cs);
if (lm.end() == cb.limit()) break; } }
XSL


XSL (eXtensible Stylesheet Language): un
linguaggio che permette di specificare come
visualizzare un documento formattato in XML
Uso tipico: convertire XML in HTML
COSTRUTTI CONDIZIONALI IN
XSL
<poem author="jm" year="1667">
<verse>Seest thou yon dreary Plain, forlorn and
wild,</verse>
<verse>The seat of desolation, void of light,</verse>
<verse>Save what the glimmering of these livid
flames</verse>
<verse>Casts pale and dreadful?</verse>
</poem>
<xsl:template match="poem">
<xsl:if test="@author='jm'">
1. The poem's author is jm.
</xsl:if>
LINGUAGGI DI MARCATURA E
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE

Attenzione a non confondere un linguaggio di
MARCATURA come XML con un linguaggio
di PROGRAMMAZIONE come XSL


Un linguaggio di marcatura CLASSIFICA certe
porzioni di testo
Un linguaggio di programmazione specifica
ISTRUZIONI
QUALI SONO I LINGUAGGI DI
PROGRAMMAZIONE PIU’ USATI?
LETTURE

Da Wikipedia: le voci




Algoritmo
Diagramma a blocchi
Programma
Linguaggio di Programmazione