DAL PROBLEMA AL PROGRAMMA

DAL PROBLEMA AL
PROGRAMMA
Scopo del modulo


Conoscere alcuni concetti fondamentali
d ll’ f
dell’informatica:algoritmo,
l
automa, llinguaggio
formale
Essere in grado di cogliere l’intreccio tra alcuni
risultati della matematica e della logica dei primi
decenni del secolo scorso ed i successivi sviluppi e
applicazioni che questi hanno avuto in campo
informatico
 Indice
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8.1 Problemi e algoritmi
8.1.1 introduzione intuitiva del concetto di problema
8.1.2 cenni sulle strategie per la risoluzione dei problemi
8.1.3
8
3 soluzione di un problema
p
8.1.4 gli algoritmi
8.1.4a Diagrammi a blocchi
8.1.4b Linguaggio
g gg di progetto
p g
8.2 Automi esecutori
8.2. Automi esecutori
8.2.1 Caratteristiche di un automa
8.2.1b Concetto di modello
8.2.1c Concetto di automa
8.2.2 Automi e classi di problemi
p
Esercitazioni
8.3 Linguaggi
8.3.1 Sintassi e semantica dei linguaggi
8.3.1a Linguaggi nella comunicazione uomo-macchina
8.2.2 Linguaggi e automi
8.3.3 Linguaggi di programmazione
8.1.1 Introduzione intuitiva al concetto
di problema
Il problema è una situazione che pone delle
domande alle quali si devono dare delle risposte.
risposte
Risolvere il problema vuol dire uscire dalla
situazione
8.1 Problemi e algoritmi
Un 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
soggiacere i risultati
cui
devono
8 .1
Problemi e algoritmi
Tipi di
problemi
Problemi di
decisione
Problemi di
ricerca
Problemi di
ottimizzazione
8.1.2
Strategie per la
risoluzione dei problemi
Problema
Interpretazione
Modello
Verifica dei risultati
Esecuzione
Procedimento
risolutivo (algoritmo)
8.1.2b Concetto di modello
Modello
E’ uno schema teorico elaborato per rappresentare elementi
fondamentali di fenomeni o enti
Modelli descrittivi (riproducono in modo semplice la realtà , senza presupporre l’uso
che ne verrà fatto)
Modelli predittivi
(danno gli elementi di una situazione per prevederne l’evoluzione)
Modelli prescrittivi (impongono un particolare comportamento in previsione dell’obiet
tivo da raggiungere)
Modelli simbolici o matematici (danno una rappresentazione astratta mediante un
insieme di equazioni che legano le grandezze)
Modelli analogici ( danno
d
una rappresentazione
t i
fedele
f d l della
d ll realtà
ltà in
i scala
l ridotta
id tt )
8.1.2 Strategie per la
dei problemi
risoluzione
Interpretazione
TOP
DOWN
GRAFICO
Suddivide il problema in tanti
piccoli sottoproblemi
Utilizza uno schema
ggrafico a segmenti
g
8.1.2 Strategie per la risoluzione
dei problemi
Algoritmo
Insieme delle istruzioni che definiscono una
sequenza di operazioni mediante le quali si
risolve il problema
Deve essere :
finito
(numero limitato di passi );
definito
(ogni
g istruzione deve consentire un’interpretazione
p
univoca);
eseguibile
b l ( la sua esecuzione deve essere eseguibile con gli
strumenti a disposizione);
deterministico ( ad ogni passo deve essere definita una
operazione successiva ).
8.1.2 Strategie per risoluzione
dei problemi
Rappresentazioni grafiche e
formalizzate di un algoritmo
La descrizione delle fasi esecutive del problema può
avvenire mediante la formalizzazione dei passi elementari
da effettuare che può essere realizzata con:
Diagramma
g
a bblocchi
occ
o flow-chart
e/o
Pseudocodifica
d difi
8.1.4a Diagrammi a blocchi
Diagramma a blocchi o flow-chart
Ha il pregio
H
i di evidenziare
id i
visivamente
ii
l’
l’avanzamento
i
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
8.1.4a Esempio di diagramma
a blocchi
inizio
Somma di una
sequenza di
numeri
N
S=
A
S= S+A
N N1
N=N-1
NO
N= 
SI
S
FINE
8.1.4b Linguaggio di progetto
Linguaggio di progetto o pseudocodifica
E un linguaggio formale, ( linguaggio di progetto) con regole prive di ambiguità ed eccezioni che
esprimono
p
i vari tipi
p di istruzioni. Viene definito p
pseudocodifica o notazione lineare strutturata.
Generalmente utilizzato dai programmatori di elaboratori.
begin
ESEMPIO IN PASCAL
Input N

S
repeat
input A
S
S+A
N
N-1
1
until N=
output S
end
8.2 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
8.2.1 Caratteristiche di un automa
Automi
Sono macchina che compiono attività complesse in cui sono
riconoscibili elementi propri delle attività
atti ità
s periori del
superiori
comportamento umano. Possono essere programmate per svolgere
diverse mansioni e per modificare le proprie azioni in relazione ai
mutamenti ambientali.
ambientali (Es: lavatrici,
lavatrici sistemi di controlli ascensori,
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
8.2.1 Il concetto di automa
Grafi 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
1/ su
1/fermo
T / fermo
T/giù
g
PT
2/ fermo
2/su
1P
1/ ggiù
2P
2/su
8.2.2 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,
programma)
computer
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.
(automa
a
Problemi e algoritmi
ESERCITAZIONI
A N


Un bambino ha costruito una torre di tre blocchi colorati così disposti dall
dall’alto
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 p
per i quali
q
si arriva alla configurazione
g
desiderata.
Cercare una chiave in un mazzo di 100 chiavi con il minor numero di prove
(diagramma di flusso)
8.3
Linguaggi
Il linguaggio è un sistema
codificato
di
segni
che
consente la comunicazione,
i t
intesa
come
scambio
bi
di
informazioni
8.3.1 Sintassi e semantica
linguaggi
dei
Un’informazione può :

Essere acquisita direttamente tramite rilevamento di un
evento reale attraverso percezione sensoriale.
Essere trasmessa (messaggio) intenzionalmente da un emittente
ad un ricevente pper 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
?
?
?
?
emittente
destinatario
8.3.1 Sintassi e semantica dei
linguaggi
La funzione del linguaggio è quella di sostituire ad oggetti
o concettii dei
d i segni/simboli
i/ i b li per trasmettere un messaggio.
i
Il segno è l’associazione di qualcosa di materiale e
sensibile
(immagine suono…)
(immagine,
suono ) che chiamiamo
significante con qualcosa di puramente concettuale che
chiamiamo significato
Il codice ci consente l’interpretazione dei segni
Segno
gatto
= significante
Il gruppo dei suoni o di
lettere g/a/t/t/o
+ significato
8.3.1 Sintassi e semantica dei
linguaggi
ELEMENTI DI UN LINGUAGGIO





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 suoni
Sintassi
insieme finito e non vuoto delle regole mediante le
quali si formano le stringhe o le frasi di un linguaggio
Semantica insieme finito e non vuoto di significati da
attribuire alle stringhe
Morfologia insieme finito e non vuoto di tuttele regole che
servono per generare le forme di un linguaggio
8.3.1.a 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.
bl
8.3.2 Linguaggi e automi
Linguaggi non evoluti
Linguaggio macchina, linguaggio
assemblati o (Assembler).
assemblativo
(Assembler)
Vicino alla logica della macchina
Linguaggi evoluti
Linguaggi non orientati alla
macchina , ma alla soluzione dei
problemi.
Vicino alla logica dell’uomo
8.3.2 Linguaggi e automi
I principali software
Sistema operativo
Office Automation
•Word processor
Software di base ,
controlla tutte le
risorse del
computer, necessita
di un linguaggio più
vicino al linguaggio
macchina
(A
(Assembler)
bl )
•Foglio
g di calcolo
•Sistemi di gestione base dati
•Programmi
g
per
p la realizzazione di
presentazioni multimediali
•Programmi di grafica computerizzata
•Editor di suoni
•Editor di pagine web
8.3.3 Linguaggi di
programmazione
Problema
Algoritmo
Programma
sorgente
Risultati
Dalla
formulazione del
problema alla
sua soluzione
Programma
traduttore
El b
Elaborazione
i
Programma
oggetto
8.3.3 Linguaggi di
programmazione
Programma sorgente
Istruzioni di
dichiarazione
Descrivono dati
e variabili
utilizzati dal
programma
programma,
definendone tipo
e struttura
L’algoritmo risolutivo
viene trasformato in un
pprogramma
g
attraverso
un linguaggio di
programmazione che
ppuò contenere:
Istruzioni di
assegnazione
Istruzioni di
controllo
Consentono di
assegnare alla
variabile un valore
dello stesso tipo
della variabile
Sono istruzioni
che richiedono
salti di sequenza
nell’esecuzione
nell
esecuzione
del programma
Istruzioni di
input e output
Richiedono
l’ingresso o l’uscita
di un’informazione
da una periferica
alla memoria
centrale e viceversa
8.3.3 Linguaggi di programmazione
Fortran
Cobol
Algol
Basic
PHP
Principali linguaggi
Logo
PL1
Lisp
Pascal
C /C++
Java