Conceitos Fundamentais de algoritmos

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Conceitos Fundamentais de algoritmos

  1. 1. Conceitos Fundamentais de Algoritmos e Programação para iniciantes joa@deinfo.ufrpe.br REFERÊNCIA: Material dos Profs. Reinaldo Gomes (UFRPE) e Robson Fidalgo (UFPE) www.xiscanoe.org
  2. 2. Algoritmo Textual Informal • Modo de preparo: – Bata a margarina, as gemas e o açúcar até ficar cremoso – Junte o leite, o coco e a farinha e continue batendo – Acrescente o fermento e, por último, as claras em neve – Unte uma forma com manteiga e leve ao forno para assar Quão cremoso?!? De uma vez só?!? Quanto tempo?!? Quanto tempo?!?
  3. 3. • Modo de preparo: – Bata a margarina, as gemas e o açúcar por 15 minutos – Junte o leite, o coco e a farinha e continue batendo por mais 15 minutos – Acrescente 20 g de fermento e, por último, as claras em neve – Unte uma forma com manteiga e leve ao forno para assar por 30 minutos Algoritmo Textual Informal Refinado
  4. 4. Algoritmo Gráfico-Textual Informal • Montagem de um Aeromodelo – Material • Cola especial para plásticos • Estilete • Lixas finas • Durex ou fita crepe • Pregador de roupas, elásticos
  5. 5. • Identificação das peças Algoritmo Gráfico-Textual Informal
  6. 6. • Instruções – Leia e entenda as instruções antes de começar a montagem – Lave as peças com água e detergente. Na lavagem serão removidos desmoldantes e sujeiras, que dificultam a colagem e a pintura. Faça isto dentro de uma bacia, para evitar perder peças pequenas, que porventura se soltem – Encontre as peças que devem ser usadas na primeira parte da montagem (figura do slide anterior) – Lixe as peças com cuidado eliminando as rebarbas – ... Algoritmo Gráfico-Textual Informal
  7. 7. • Troca de pneu “Abra o porta-mala e verifique se todos acessórios estão lá. Em caso negativo, feche o porta-malas e peça carona a alguém. Em caso positivo, retire o triângulo, posicione-o a cerca de 30 m do carro, e, depois, retire o estepe e o macaco. Levante o carro... “ Algoritmo Textual Informal 2
  8. 8. • Troca de pneu Algoritmo Gráfico Informal
  9. 9. Acessórios OK? Abre porta-malas Pega triângulo Fecha porta-malas • Troca de pneu (Fluxograma) Algoritmo Gráfico Semi-formal Não Sim
  10. 10. • Troca de pneu abre(porta_malas) Se acessorio_ok = FALSO Então fecha(porta_malas) espera_carona() Senão pega_triangulo() ... Algoritmo Textual Formal
  11. 11. • Problema da Torre de Hanói – Seja a seguinte situação: • deve-se mover todos os discos do primeiro eixo para o terceiro mantendo-se a ordem original • em cada movimento, pode-se mover apenas um disco • um disco nunca poderá ser sobreposto por outro maior Algoritmo: Problemas Complexos
  12. 12. • Passo 1: mova disco menor para terceiro eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  13. 13. • Passo 2: mova disco médio para segundo eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  14. 14. • Passo 3: mova disco menor para segundo eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  15. 15. • Passo 4: mova disco maior para terceiro eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  16. 16. • Passo 5: mova disco menor para primeiro eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  17. 17. • Passo 6: mova disco médio para terceiro eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  18. 18. • Passo 7: mova disco menor para terceiro eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  19. 19. • Seqüência de passos completa: Passo 1: mova disco menor para terceiro eixo Passo 2: mova disco médio para segundo eixo Passo 3: mova disco menor para segundo eixo Passo 4: mova disco maior para terceiro eixo Passo 5: mova disco menor para primeiro eixo Passo 6: mova disco médio para terceiro eixo Passo 7: mova disco menor para terceiro eixo Algoritmo: Problemas Complexos
  20. 20. Algoritmo: CONCEITO • O que é um ALGORITMO? • OBS.: Não existe um algoritmo para construir algoritmos – a criação de um algoritmo é um exercício de criatividade (conhecimento) e experiência (técnica e prática)
  21. 21. O que é Programação? = ABSTRAÇÃO! A realidade é complexa e rica em detalhes!
  22. 22. Abstração RealidadeRealidade O que vocêO que você abstraiabstrai dessa realidade?dessa realidade?
  23. 23. Abstração O que é abstração?
  24. 24. Abstração Abstração = Operação mental que observa a realidade e captura apenas os aspectos relevantes para um contexto
  25. 25. MASLOW
  26. 26. • A tarefa de programar sistemas computacionais envolve o exercício constante da abstração da realidade e sua codificação em uma linguagem de programação Abstração RealidadeRealidade Sistema de Locadora de VeículoSistema de Locadora de Veículo AbstraçãoAbstração ++ ProgramaçãoProgramação
  27. 27. Sistema Computacional O que é um Sistema Computacional?
  28. 28. Sistema Computacional Sistema Computacional Software Hardware Peopleware
  29. 29. Programação de Sistema Computacional • A programação de um sistema computacional pode ser resumida em 3 passos básicos ProcessamentoEntrada Saída Dispositivo de Entrada Dispositivo de Saída Memória UCP
  30. 30. Programação de Sistema Computacional • Exemplo 1 – Exibir a média de dois números ProcessamentoEntrada Saída Dispositivo de Entrada Dispositivo de Saída Memória UCP 6 , 8 (6 + 8) / 2 7
  31. 31. Programação de Sistema Computacional • Exemplo 2 – Exibir se o aluno está aprovado ou reprovado ProcessamentoEntrada Saída Dispositivo de Entrada Dispositivo de Saída Memória UCP Ana, 5, 3 Se (5+3)/2>=7 aprovado Senão reprovado Ana, reprovado
  32. 32. Programação de Sistema Computacional • Tipos de Linguagens de Programação – 1 - Totalmente codificadas em binário (0´s e 1´s) – 2 - Usa instruções simbólicas para representar os 0´s e 1´s – 3 - Voltadas para facilitar o raciocínio humano Linguagem Assembly (Mnemônica) LOAD R1, val1 LOAD R2, val2 ADD R1, R2 STORE R1, val2 Linguagem de Máquina 0010 0001 1110 0010 0010 1111 0001 0001 0010 0011 0001 1111 Linguagem de Alto Nível val2 = val1+val2 Baixo Nível Alto Nível (1) (2) (3)
  33. 33. Noções de Lógica • Exemplos de aplicação da lógica – O quarto está fechado e que meu livro está no quarto. Então, preciso primeiro abrir o quarto para pegar o livro – Rosa é mãe de Ana, Paula é filha de Rosa, Júlia é filha de Ana. Então, Júlia é neta de Rosa e sobrinha de Paula – Todo mamífero é animal e todo cavalo é mamífero. Então, todo cavalo é animal – Todo mamífero bebe leite e o homem bebe leite. Então, todo homem é mamífero e animal (mas não é um cavalo)
  34. 34. Atividade 1 (10min) • Resolva os seguintes problemas de lógica – P1 – Uma lesma deve subir um poste de 10m de altura. De dia sobe 2m e à noite desce 1m. Em quantos dias atingirá o topo do poste? – P2 - Três gatos comem três ratos em três minutos. Cem gatos comem cem ratos em quantos minutos? – P3 - O pai do padre é filho do meu pai. O que eu sou do Padre? – P4 - Se um bezerro pesa 75 kg mais meio bezerro, quanto pesa um bezerro inteiro?
  35. 35. Atividade 1 (10min) • Resolva os seguintes problemas de lógica – P5 – Qual o próximo número da seqüência 7,8,10,13,17,? – P6 – Um pai de 80kg e suas 2 filhas (40kg cada), precisam sair de uma ilha com um barco. Porém a capacidade do barco é de 80kg. Como farão para sair da ilha? – P7 – Usando uma jangada, um camponês precisa atravessar uma cabra, um leão e um fardo de capim para a outra margem do rio. A jangada só tem lugar para ele e mais outra coisa. O que ele deve fazer para atravessar o rio com seus pertences intactos?
  36. 36. RESPOSTAS - Atividade 1 • Respostas – R1 - 9(nove) dias. No nono dia a lesma sobe 2(dois) metros, atinge o topo e evidentemente não desce 1 metro – R2 – 3 (três) minutos – R3 – Tio – R4 – 150 (cento e cinqüenta) kg – R5 – 22 – R6 – Vão as duas filhas. Uma delas volta. O pai sai. A outra filha volta. As duas filhas saem juntas. – R7 - Primeiro leve a cabra, volte e pegue o capim; deixe o capim e leve a cabra de volta; deixe a cabra e leve o leão, depois é só voltar e pegar a cabra.
  37. 37. Noções de Lógica Em Lógica um conceito importante é o de “Proposição” Você sabe o que é uma PROPOSIÇÃO?
  38. 38. Noções de Lógica • Proposição: é um enunciado verbal, ao qual deve ser atribuído, sem ambigüidade, um valor lógico verdadeiro (V) ou falso (F). – Exemplos de proposições: • Robson Fidalgo é Professor (V) • 3 + 5 = 10 (F) • 5 < 8 (V) – Contra-exemplos de Proposições: • Onde você vai ? • 3 + 5 • Os estudantes jogam vôlei. (quais ?)
  39. 39. Noções de Lógica • Operações Lógicas: são usadas para formar novas proposições a partir de proposições existentes. – Considerando p e q duas proposições genéricas, pode-se aplicar as seguintes operações lógicas básicas sobre elas – Definindo a prioridade: • Usar parênteses Ex:((p v q)^(~q)) ou • Obedecer (~) > (^) > (v)
  40. 40. Noções de Lógica • Exemplos de aplicação das operações lógica – Considere: • p = 7 é primo = (V) • q = 4 é impar = (F) – Então: • 4 NÃO é impar = ~q = (~F) = (V) • 7 NÃO é primo = ~p = (~V) = (F) • 7 é primo E 4 NÃO é impar = p ^ ~q = (V ^ (~F)) = (V ^ V) = (V) • 7 é primo E 4 é impar = p ^ q = (V ^ F) = (F) • 4 é impar E 7 é primo = q ^ p = (F ^ V) = (F) • 4 é impar E 7 NÃO é primo = q ^ ~p = (F ^ (~V)) = (F ^ F) = (F)
  41. 41. Noções de Lógica • Exemplos de aplicação das operações lógica (Cont.) – Considere: • p = 7 é primo = (V) • q = 4 é impar = (F) – Então: • 7 é primo OU 4 NÃO é impar = p v ~q = (V v (~F)) = (V v V) = (V) • 7 é primo OU 4 é impar = p v q = (V v F) = (V) • 4 é impar OU 7 é primo = q v p = (F v V) = (V) • 4 é impar OU 7 NÃO é primo = q v ~p = (F v (~V)) = (F v F ) = (F)
  42. 42. Noções de Lógica • Exemplos de aplicação das operações lógica – Resumindo: – Ou seja: • Não (~) troca o valor lógico. Se é F passa a ser V e vice- versa • E (^) só tem valor V quando as duas proposições forem V, basta uma proposição ser F para o resultado ser F • OU (v) só tem valor F quando as duas proposições forem F, basta uma proposição ser V para o resultado ser V p q p ^ q p v q V V V V V F F V F V F V F F F F ~p F F V V pp qq p ^ qp ^ q p v qp v q VV VV VV VV VV FF FF VV FF VV FF VV FF FF FF FF ~p~p FF FF VV VV
  43. 43. Atividade 2 • Considerando p = V e q = F, resolva as seguintes expressões lógicas – ~p – ~q – p ^ q – p v q – (~p) ^ q – (~p) v q – p ^ (~q) – p v (~q) – (~p) ^ (~q) – (~p) v (~q)
  44. 44. RESPOSTAS - Atividade 2 • Considerando p = V e q = F, resolva as seguintes expressões lógicas – ~p = F – ~q = V – p ^ q = F – p v q = V – (~p) ^ q = F – (~p) v q = F – p ^ (~q) = V – p v (~q) = V – (~p) ^ (~q) = F – (~p) v (~q) = V
  45. 45. Lógica de Programação & Algoritmo O que é Programação de computadores?  INSTRUÇÕES
  46. 46. Instruções Delimitadoras • Servem para especificar o início e o fim do algoritmo. início ... fim
  47. 47. Declaração de Variáveis • Utilizado para especificar os nomes e os respectivos tipos das variáveis necessárias no algoritmo declare <variáveis>: <tipo>; onde: <variáveis> - lista de nomes de variáveis separados por vírgula <tipo> - inteiro, real, caracter, string, lógico
  48. 48. Declaração de Variáveis • Exemplos: declare a,b,c: real; declare nome: string; declare sexo: caracter; declare pratica_esporte: lógico;
  49. 49. Bloco de Comentário • Serve para explicar um determinado trecho do algoritmo, para torna-lo mais claro, facilitando seu entendimento por outras pessoas ou posteriormente. { <comentário> } Exemplo: { Isto é um exemplo de comentário }
  50. 50. Instrução de Entrada • Usada para ler dados de entrada do algoritmo. leia(<variáveis>); onde: <variáveis> - conterão os dados lidos.
  51. 51. Instrução de Entrada • Exemplos: leia(a,b,c); leia(nome); leia(sexo); leia(pratica_esporte);
  52. 52. Instrução de Saída • Usada para mostrar os resultados do processamento dos dados de entrada. escreva(<resultados>); onde: <resultados> - geralmente é o conteúdo de uma ou mais variáveis com a resposta do problema.
  53. 53. Instrução de Saída • Exemplos: escreva(“O valor de D é: ”, D); escreva(nome, sexo); escreva(“Pratica esporte.”);
  54. 54. Instrução de Atribuição • Utilizado para atribuir um determinado valor a uma variável. <variável> <expressão>; onde: <variável> - nome de uma variável <expressão> - um valor do mesmo tipo da variável ou uma expressão lógica ou aritmética.
  55. 55. Instrução de Atribuição • Exemplos D B^2-4*A*C; nome “Paulo”; Pratica_Esporte TRUE; Sexo ‘M’;
  56. 56. Estruturas de Controle • Baseado na lógica estruturada, Bohn e Jacopini provaram que apenas três estruturas são suficientes para explicar a solução de qualquer problema, inclusive tornando-os estruturados e mais legíveis.
  57. 57. Estruturas de Controle • São elas: – Estrutura Seqüencial: os comandos ou instruções vão sendo executados na ordem em que aparecem no algoritmo.
  58. 58. Estruturas de Controle • Estrutura de Repetição: comandos são executados repetidas vezes até que uma condição de parada seja satisfeita
  59. 59. Estruturas de Controle • Estrutura de Seleção: Conforme o resultado de uma expressão lógica, determinados comandos são executados e outros não, caracterizando assim uma seleção de comandos TRUE FALSE
  60. 60. Instruções de Seleção • Tipo simples: se <sentença> então <comandos>; fim-se OBS.: <comandos> serão executados apenas se <sentença> resultar em TRUE.
  61. 61. Instruções de Seleção • Exemplo: se A>0 então B A + 1; A 0; fim-se
  62. 62. Instruções de Seleção • Tipo composto: se <sentença> então <comandos1>; senão <comandos2>; fim-se OBS.: <comandos1> serão executados apenas se <sentença> resultar em TRUE. Em caso contrário, <comandos2> serão executados.
  63. 63. Instruções de Seleção • Exemplo: se A>B então B A + 1; A 0; senão A 0; B A + 1; fim-se
  64. 64. Instruções de Repetição • Enquanto / Fim-Enquanto enquanto <sentença> faça <comandos>; fim-enquanto; OBS.: <comandos> serão executados enquanto <sentença> resultar em TRUE.
  65. 65. Instruções de Repetição • Exemplo: enquanto A>0 faça leia(B); escreva(B); A A - 1; fim-enquanto;
  66. 66. Instruções de Repetição • Repita / Até repita <comandos>; até <sentença>; OBS.: <comandos> serão executados até que <sentença> resulte em TRUE.
  67. 67. Instruções de Repetição • Exemplo: repita leia(B); escreva(B); A A - 1; até A<1;
  68. 68. Instruções de Repetição • Para / Até / Fim-Para para <variável> <inicial> até <final> faça <comandos>; fim-para; OBS.: <variável> - contador do tipo inteiro <inicial> - valor inicial da variável <final> - valor final da variável
  69. 69. Instruções de Repetição • Exemplo: { Comandos para escrever 10 vezes uma frase na tela do computador } para i 1 até 10 faça escreva(“Último tipo de repetição”); fim-para;
  70. 70. Estrutura de um Algoritmo • Um algoritmo em Portugol tem a seguinte estrutura: início <declaração de variáveis> <inicialização de variáveis> <corpo lógico do algoritmo> fim
  71. 71. Lógica de Programação & Algoritmo • Estruturas básicas de um algoritmo: – Seqüência – Início/Fim • Define uma estrutura onde as instruções serão executadas na ordem que aparecem. – Seleção – Se-Então/Senão • Define uma estrutura condicional que dada a sua avaliação (V ou F) determina qual “caminho” do algoritmo será executado – Repetição – Repita, Enquanto ou Para • Define uma estrutura de iteração condicional (V ou F) ou contada (pré-definida) de instruções
  72. 72. Lógica de Programação & Algoritmo • Algoritmo para ligar de um telefone público - Seqüência Início 1. Tirar o fone do gancho; 2. Ouvir o sinal de linha; 3. Introduzir o cartão; 4. Teclar o número desejado; 5. Conversar; 6. Desligar; 7. Retirar o cartão; Fim. Este algoritmo só usa uma estrutura de seqüência “Início/Fim”
  73. 73. Lógica de Programação & Algoritmo • Algoritmo para ligar de um telefone público – Seleção E se o telefone público estiver com defeito? Início 1. Tirar o fone do gancho; 2. Se ouvir o sinal de linha, então 1. Introduzir o cartão; 2. Teclar o número desejado; 3. Conversar; 4. Desligar; 5. Retirar o cartão; 3. Senão 1. ir para o próximo telefone; Fim. Este algoritmo usa uma estrutura de decisão “Se-então/Senão”
  74. 74. Lógica de Programação & Algoritmo • Algoritmo para ligar de um telefone público – Repetição E se o próximo telefone público também estiver com defeito? Início 1. Repita 1. Tirar o fone do gancho; 2. Se ouvir o sinal de linha então 1. Introduzir o cartão; 2. Teclar o número desejado; 3. Conversar; 4. Desligar; 5. Retirar o cartão; 3. Senão 1. ir para o próximo telefone; 2. Até ouvir o sinal de linha Fim. Este algoritmo usa uma estrutura de repetição “Repita/Até”
  75. 75. Lógica de Programação & Algoritmo • Algoritmo para ligar de um telefone público – Repetição • E se o telefone chamado estiver com defeito? • E se o telefone chamado estiver ocupado? • E se acabarem os créditos do cartão telefônico? • E se ...? Um algoritmo SEMPRE sofre melhorias sucessivas. (Técnica de refinamentos sucessivos)
  76. 76. Fluxogramas - Exemplo 1 • Achar o valor da expressão: D = B2 - 4AC. Início Ler A, B, C D = B^2 - 4*A*C 1 1 Escrever D Fim
  77. 77. Fluxogramas: Exemplo 2 • Achar o maior de dois números A e B. Início Ler A, B A=B A<BA>B Comparar A com B Escrever: “A e B iguais” Fim Escrever: “A é maior” Escrever: “B é maior”
  78. 78. Português Estruturado - Exemplo 1 • Achar o valor da expressão: D = B2 - 4AC. Ler os valores de A, B e C Calcular a expressão D = B2 - 4AC Mostrar o resultado desse cálculo
  79. 79. Português Estruturado - Exemplo 2 • Achar o maior de dois números A e B. Ler dois números A e B Comparar A com B Mostrar o resultado dessa comparação
  80. 80. Pseudocódigo - Exemplo 1 • Achar o valor da expressão: D = B2 - 4AC. Início Declare A,B,C,D; { Declaração de variáveis } Leia(A,B,C); D B^2 - 4*A*C; { Operação de atribuição } Escreva(D); Fim.
  81. 81. Pseudocódigo - Exemplo 2 • Achar o maior de dois números A e B. Início Declare A,B; { Declaração de variáveis } Leia(A,B); Se A = B Então Escreva(“A e B iguais”); Senão Se A>B Então Escreva(“A é maior”); Senão Escreva(“B é maior”); Fim-Se Fim-Se Fim.
  82. 82. Atividade 3 • Reescreva corretamente o algoritmo abaixo • Algoritmo aprovação Início 1. Obter as 2 notas do aluno; 2. Repita 1. Se Média do aluno >=7, então 1. Repita 1. Informar que o aluno está REPROVADO; 2. Até Média < 7 2. Senão Média >= 7 1. Informar que o aluno está APROVADO; 3. Até último aluno; Fim.
  83. 83. RESPOSTA - Atividade 3 • Algoritmo aprovação Início 1. Repita 1. Obter as 2 notas do aluno; 2. Se Média do aluno >=7, então 1. Informar que o aluno está APROVADO 3. Senão 1. Informar que o aluno está REPROVADO; 2. Até último aluno Fim
  84. 84. • #! /usr/bin/perl -w • my $file = $ARGV[0]; • open NEW, $file; • my $numero_g=0; • my $numero_c=0; • my $numero_total=0; • my $um=0; • while (<NEW>) { • if (/>/) { • # if ($um == 2) { • # last; • # } • # $um++; • next; • } • # print $_; • chomp; • for ($i=0; $i<length($_); $i++) { • $numero_total++; • if (uc(substr($_,$i,1)) eq "C" ) { • $numero_c++; • } • if (uc(substr($_,$i,1)) eq "G") { • $numero_g++; • }
  85. 85. UM EXERCÍCIO • Construa um algoritmo para escolher as duas maiores laranjas de um balaio
  86. 86. 1) leia um número inteiro e mostre uma mensagem indicando se este número é par ou ímpar, e se é positivo ou negativo 2) leia quatro números inteiros e encontre a média aritmética simples entre as que correspondem a números pares. Lembre- se que não pode haver divisão por zero 3) leia 4 notas, calcule a média dessas e escreva: Reprovado (média < 5), Recuperação (média >= 5 e < 7) e Aprovado (média >= 7) Outros exercícios...
  87. 87. 4) leia a idade de um nadador e exiba sua categoria segundo as regras: A(5 até 7); B(8 até 10); C(11 até 13); D(14 até 18) e E( Idade > 18) 5) leia dois números inteiros, uma operação matemática (+,-,*,/) e faça o calculo destes números segundo a operação lida 6) leia o nome e a idade de três pessoas e informe o nome da pessoa mais velha e o nome da pessoa mais nova. Considere que não existem idades iguais mais exercícios...
  88. 88. 7) leia os números inteiros A e B e informe se A é múltiplo, divisor ou nada de B 8) leia três números e mostre-os em ordem crescente 9) leia uma milhar e informe se esse número é palíndromo. Exemplos de números palíndromos: 9889, 7337 e 2002 10) leia um número inteiro entre 20 e 59 e mostre seu extenso. Exiba um erro se o número estiver fora do intervalo ainda mais exercícios...
  89. 89. AMBIENTES/LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO LA PASCAL declare Var Início Begin Fim End Caracter Char Inteiro Integer Real Real Lógico Boolean Leia Read Escreva Write
  90. 90. AMBIENTES/LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO LA C declare Início { Fim } Caracter Char Inteiro Int Real Double Lógico Boolean Leia Scanf Escreva Printf
  91. 91. Próximos passos? • Praticar a leitura e entendimento de Algoritmos de sua área de aplicação • Aprender uma Linguagem de Programação para Computadores • Programação!

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