Algoritmos e lp parte 1-introdução

Algoritmos e Linguagem
de Programação
Professor: Mauro Jansen

Parte 1 - Introdução

09/2012

Algoritmos e Ling.de Programação
Prof. Mauro Introdução 2

Lógica
A Lógica estuda os processos válidos e
gerais pelos quais atingimos a verdade [...]
É a ciência das leis do pensamento.
Palavra criada pelo filósofo grego Aristóteles (séc. IV
a.C.) para estudar o pensamento humano e distinguir
interferências e argumentos certos e errados

É a ciência dos argumentos, ou seja, ela
trata das conclusões a que chegamos a
partir das evidências que as sustentam


Lógica: sistema lógico
Sistema lógico é um conjunto de
axiomas e regras de inferência que visam
formalizar o raciocínio válido, dedutivo ou
indutivo
Axioma: hipótese, sentença ou proposição
não provada mas considerada como óbvia ou
de consenso inicial para formulação de uma
teoria
Inferência: é o processo pelo qual se chega a
uma proposição, com base em axiomas


Lógica: Dedução
Dedução caracteriza-se por apresentar
conclusões que devem ser verdadeiras caso
todas as premissas sejam verdadeiras.
Exemplo
Todo ser humano é mortal.
Premissas
Pedro é um ser humano.
Portanto, Pedro é mortal. Conclusão

O pensamento dedutivo
parte do geral para o
particular.


Lógica: Indução
Indução: o pensamento indutivo consiste em
partir de premissas particulares, na busca de
uma lei geral.
Exemplo
O ferro conduz eletricidade.
O pensamento indutivo
O ferro é um metal. parte do particular para o
geral.
O ouro conduz eletricidade.
O ouro é um metal.
O cobre conduz eletricidade.
O cobre é um metal.
Logo: os metais conduzem eletricidade.


Algoritmo
Sequência ordenada de passos (instruções) necessários
para a resolução de um problema ou processo.
Procedimento passo a passo para resolução de um
problema

Exemplos de possíveis problemas do mundo real
solucionáveis com algoritmos:
Resolver uma operação matemática seguindo passos até chegar
ao resultado final
Assar uma pipoca no forno microondas
Tomar medicamentos seguindo orientações médicas
Cozinhar seguindo receitas culinárias


Algoritmo (exemplo)
Receita de pipoca de microondas caseira
1. Em um prato refratário com tampa, coloque um ou
mais “punhados” (mão cheia) de milho de pipoca
comum
2. Acrescente 1 colher de sopa de água para cada
“punhado” de milho colocado anteriormente
3. Coloque o prato refratário no microondas, com a
tampa, por mais ou menos 5 minutos
4. Aguarde esfriar
5. Retire o prato do microondas
Adaptado de http://tudogostoso.uol.com.br


Dados e Informações
Dados: são os fatos em sua ordem primária.
Matéria prima (bruta)
Ex: preço de venda, nota, horas trabalhadas
Informação: parte utilizável dos dados, que
pode ser armazenada, transmitida ou permitir a
dedução de novas informações.
Produto final (acabado, lapidado)
Ex: orçamento, resultado acadêmico, folha de
pagamento

INFORMAÇÃO DADO CONHECIMENTO


Processamento de dados
Qualquer trabalho de manipulação de dados que tenha
como finalidade obter resultados previamente
estabelecidos de modo a resolver determinado problema
Tem 3 partes principais: ENTRADA, PROCESSAMENTO e
SAÍDA
Envolve TRANSMISSÃO, ARMAZENAMENTO, RECUPERAÇÃO,
COMPARAÇÃO, COMBINAÇÃO de informações

ENTRADA PROCESSAMENTO SAÍDA


Dados de entrada e saída
Ao tentar resolver um problema, devemos
identificar alguns dados que auxiliarão na sua
resolução.
Dados de Entrada: dão suporte à solução do
problema. Ponto de partida.
Dados de Saída: resultados esperados após
solução.
Através de um algoritmo os dados de entrada
podem ser processados e teremos a solução
do problema, que gerará uma saída de dados


Instrução e lógica de programação
Instrução: Informação que indica ao
computador uma ação elementar a
executar
Lógica de programação diz respeito à
dedução de uma sequência de instruções
tal que, fornecidos os dados de entrada,
alcançaremos como saída a solução do
problema inicialmente concebido, por meio
da execução das instruções

(Um pouco mais sobre algoritmos:
Conceitos, características, importância e passos para criação)


Conceitos
“Algoritmo é uma seqüência de passos que visa atingir um
objetivo bem definido”
(FORBELLONE, 1999)

“Algoritmo é uma seqüência de passos que deve ser seguida
para a realização de uma tarefa”
(ASCENCIO, 1999)

“Algoritmos são regras formais para a obtenção de um
resultado ou da solução de um problema, englobando
fórmulas de expressões aritméticas”
(MANZANO, 1997)


Conceitos

“Um algoritmo é uma lista de instruções que,
quando executadas, transformam dados de
entrada até a saída. As instruções são um
conjunto finito de etapas que podem ser
executadas, numa ordem precisa, por um
mecanismo determinista. Quando estas etapas
são efetivamente executadas , a execução deve
terminar após um tempo finito.”
(HOLLOWAY, 2006)


Características de um algoritmo
Ter fim;
Não dar margem a dupla interpretação;
Capacidade de receber dados do mundo
exterior;
Poder gerar informações de saída para o
mundo externo ao ambiente do algoritmo;
Ser efetivo;


Importância dos algoritmos
“A noção de algoritmo é básica para toda a
programação de computadores”.
[KNUTH - Professor da Universidade de Stanford, autor da coleção “The art of computer
programming”

“O conceito central da programação e da
ciência da computação é o conceito de
algoritmo”.
[WIRTH - Professor da Universidade de Zurique, autor de diversos livros na área e
responsável pela criação de linguagens de programação como ALGOL, PASCAL e
MODULA-2]


Passos para escrever um algoritmo
Segundo ASCENCIO e CAMPOS (2002), os passos
para a construção de algoritmos são os seguintes:
Ler atentamente o enunciado, destacando os pontos
mais importantes;
Definir os dados de entrada;
Definir o processamento;
Definir os dados de saída;
Construir o algoritmo uma das técnicas descritas a
seguir;
Testar o algoritmo realizando simulações.


Responda:
Quais são os raciocínios lógicos básicos e qual a dinâmica
dos mesmos?
Qual a importância da lógica para a criação de algoritmos
e programação?
O que é um algoritmo? Dê exemplos.
O que são dados e informações?
Qual o princípio básico do processamento de dados?
O que é uma instrução? Dê exemplos.
Quais são as características de um algoritmo?
Qual a importância dos algoritmos?
Cite os passos básicos para criar algoritmos.


Resolva:
Um homem está à margem de um rio com
uma raposa, uma dúzia de galinhas e um
saco de milho. Ele pretende atravessar o
rio com a sua carga numa canoa que só
comporta ele e uma das suas cargas. Ele
não pode deixar a raposa com as galinhas,
nem as galinhas com o milho. Qual a
sequência da passos (algoritmo) para
atravessar o rio e chegar à outra margem
com a raposa, as galinhas e o milho?

Algoritmo da travessia do rio
Solução sem detalhes:
Leva a galinha
Volta
Leva a raposa
Volta com a galinha
Deixa a galinha e Leva o milho
Volta
Leva o milho
Volta
Leva a galinha


Algoritmo da travessia do rio
Solução com detalhes:
INICIO
Pega a galinha e entra na canoa
Atravessa o rio até o lado destino, levando a galinha
Deixa a galinha no lado destino
Atravessa o rio de volta ao lado origem
Desce da canoa, pega a raposa que está no lado origem e entra na canoa
Atravessa o rio até o lado destino, levando a raposa
Desce da canoa, deixa a raposa e pega a galinha
Entra na canoa e atravessa o rio de volta ao lado origem, trazendo a galinha
Desce da canoa, deixa a galinha e pega o milho
Entra na canoa e atravessa o rio até o lado destino, levando o milho
Deixa o milho e atravessa o ria de volta ao lado origem
Desce da canoa, pega a galinha que está no lado origem e entra na canoa
Atravessa o rio até o lado destino, levando a galinha
FIM


Escreva os algoritmos:
Escreva a sequência de passos (algoritmo)
necessários para:
Calcular a área de um retângulo
Escovar os dentes
Fritar um ovo


(Aonde queremos chegar com os algoritmos)


Linguagem de máquina
O computador, nativamente, só entende uma
linguagem: a linguagem (ou código) de máquina,
que é uma linguagem que:
Tem grau de dificuldade acentuado
Requer do programador um conhecimento da
arquitetura interna do hardware
Exemplo de programa em código de máquina:
C000 10111111
C001 00000000
C002 01110100 C000:C100 BF 00 74 68 51 66 56 57-1E 06 53 66 50 E8 BC 00
C003 01101000 C000:C110 8B D9 D1 E1 16 5E 8E DE-8E C6 83 C5 02 8B C5 83
... C000:C120 ED 16 8B F5 8B FD 2B F9-8B E8 B9 0C 00 FC F3 A5


Linguagens de programação (LP’s)
As linguagens de programação existem para
tornar a programação mais próxima da nossa
linguagem natural
Maior facilidade
Maior produtividade
Código de máquina X linguagem de alto nível:


Exemplo de programa em uma linguagem
de programação (Pascal):
(*
Programa CONTADOR – conta de 1 a 10
*)
Var
c: integer;
Begin
for c:=1 to 10 do
writeln(c);
writeln(‘Fim!’);
End.


São programas (softwares) usados para criar
outros programas.
Transformam um conjunto de instruções de uma
linguagem acessível em instruções da linguagem
do computador (linguagem de máquina)
Exemplos: •Pascal •C
•Delphi •C++
•Visual Basic •C#
•Java •PHP
•PHP •Javascript


Características das LP’s
Rigidez sintática:
Idioma limitado e construções bem definidas
A ordem dos termos ou uma vírgula a mais ou a
menos faz diferença (a sintaxe deve ser seguida à
risca)
Rigidez semântica: não pode haver
ambiguidades.
O computador não tem idéia do que executa e nem
inteligência para analisar a ordem
Você deve ser bem claro em relação ao que quer que
o computador execute

Características das LP’s
Rigidez semântica - exemplo ilustrativo na
língua portuguesa:
A frase “A velhinha ouviu o barulho da janela.”
pode ser interpretada de três maneiras:
A velhinha ouviu o barulho produzido pela janela
A velhinha estava junto à janela e ouviu o barulho
A velhinha ouviu o barulho que veio através da
janela
Nesse caso, há pouca rigidez semântica


Tipos de linguagens de programação
Quanto ao nível de abstração (facilidade de
aprendizado)
Alto nível
Médio nível
Baixo nível
Quanto à forma de execução
Compiladas
Interpretadas


Nível de abstração das LPs
Abstração: habilidade de concentrar nos
aspectos essenciais de um contexto
qualquer, ignorando características menos
importantes ou acidentais
Contexto em questão: máquina
Está diretamente relacionada à facilidade de
aprendizado e uso de uma linguagem de
programação


Alto nível: separa os detalhes da
máquina. É mais próxima da linguagem
humana
Médio nível: separa os detalhes da
máquina, mas permite o acesso aos
mesmos
Baixo nível: diretamente relacionadas
com a arquitetura do hardware


Homem / linguagem humana
Linguagens de alto nível:
ASP, C/C++, C#, Pascal/Object Pascal, Java,
PHP, Python, Tcl, Basic/Visual Basic, Delphi

Linguagens de médio nível:
C, C++

Linguagens de baixo nível:
Assembly e Linguagem de máquina

MÁQUINA


Linguagem compilada – visão geral
Linguagem compilada
Converte o programa na linguagem de alto
nível (programa fonte) para a linguagem de
máquina (programa executável ou arquivo do
tipo APLICATIVO)
Funcionamento:
Programa Código Programa
Compilador Linkeditor
fonte objeto executável

bibliotecas

Linguagem compilada - elementos
Programa fonte: (ou código fonte) instruções e
símbolos de uma linguagem de programação
escritos de forma lógica e ordenada, com o
objetivo de comandar um computador na
execução de uma função
Normalmente são arquivos com extensão definida pela
LP: .C , .PAS , .JAVA , .PHP , etc
Compilador: (ou tradutor) programa que traduz
um programa fonte em uma linguagem para um
código objeto ou linguagem de mais baixo nível
Código objeto: (ou código intermediário).
Código resultante da compilação. Ainda não é
executável diretamente pelo computador.

Linguagem compilada - elementos
Linkeditor: (ou ligador) programa que liga os
objetos gerados pelo compilador, criando o
arquivo executável
Bibliotecas: conjuntos de sub-programas, ou
objetos previamente existentes que serão
(re)utilizados na criação do programa executável
Programa executável: arquivo final, que pode
ser executado pelo computador através do
sistema operacional
Normalmente são arquivos com a extensão .EXE ou
.COM


Linguagem compilada - exemplos
Delphi
Pascal/Object Pascal
C
Visual Basic
Assembler, etc.


Linguagem interpretada – visão geral
Linguagem interpretada
Executa os comandos sem converter para a
linguagem de máquina (não gera programa
executável)
Programa Interpretador
Funcionamento: fonte (executa)

Ou:
Interpretador
Programa Código ou
Compilador Máquina virtual
fonte objeto
(executa)


Linguagem interpretada – exemplos:
Java
HTML
ASP
PHP
Javascript


Ambientes de desenvolvimento
São ambientes de desenvolvimento que integram
diversas ferramentas para a criação de
programas em uma linguagem de programação
Também chamados de IDE´s (Integrated
Development Environment)
Exemplo de ferramentas encontradas nos IDE´s:
Editor de textos adequado para a programação
Ajuda (Help) on-line
Compilador, linkeditor e depurador integrados
Ferramentas para desenho de janelas (formulários)


Desenvolvimento de software
Segue um ciclo de vida
Análise: definição do QUÊ o programa deverá
fazer
Projeto: definição de COMO o programa
executará seu objetivo
Implementação: codificação (criação de um
ou mais programas em uma linguagem)
Testes: testes isolados e de integração


Programação de computadores
O que preciso saber para programar?
Noções de algoritmos e lógica de programação
Conhecer a estrutura, comandos e símbolos da
linguagem de programação escolhida
Para linguagens de baixo nível, conhecer a
arquitetura do hardware
Prática... Muita prática


Atividade: Questionário 2
Qual a linguagem nativa do computador e qual as
características da mesma?
O que são linguagens de programação? Cite exemplos.
Quais as características das linguagens de programação?
Como classificam-se as linguagens de programação
quanto ao: (dê exemplos de cada grupo)
Grau de dificuldade
Modo de execução
Explique o funcionamento dos diferentes tipos de LPs


(Estruturas básicas para criação e representação de algoritmos)


Estruturação de algoritmos
São formas possíveis de resolução e
representação de algoritmos
Resolução
Sequencial
Condicional
Repetição
Representação
Linguagem natural / descrição narrativa
Fluxograma
Diagrama de Chapin
Pseudocódigo


Estruturas de resolução
Ao buscar uma solução de um problema
criando um algoritmo, sempre teremos
pelo menos uma das seguintes estruturas:
Resolução Sequencial: sequência linear de
instruções, uma após a outra
Resolução Condicional: existência de
“condições” para executar algumas instruções.
Resolução com Repetição: algumas instruções
precisam ser executadas várias vezes.


Estruturas de representação
Linguagem natural / descrição narrativa
Fluxograma
Diagrama de Chapin
Pseudocódigo


Linguagem natural
Apesar de ser possível escrever algoritmos
para pessoas usando a linguagem natural,
ela não é adequada para a construção de
algoritmos para o computador
Não tem características das LP´s:
Não têm rigidez sintática:
Traga caneta azul ou preta.
Traga caneta (Azul ou preta)
Não tem rigidez semântica:
A velhinha ouviu o barulho da janela


Linguagem natural x LP´s
Ao decidir entra a linguagem natural ou as
LP´s, temos um impasse, pois:
A linguagem natural não é adequada por não
ter rigidez sintática e semântica
Torna-se impossível para o computador processar
A linguagem de programação não é adequada
por ter rigidez sintática e semântica
Torna-se difícil para o programador iniciante
Então, precisamos de outras alternativas...


Fluxograma
São representações gráficas de algoritmos:
Formas geométricas para representar o início,
término e as instruções a serem executadas
Setas para indicar o fluxo das ações
Alguns símbolos representam situações
especiais dos algoritmos:
Tomadas de decisão e desvios
Repetição


Fluxograma: símbolos básicos

Início e término do algoritmo

Setas indicam o fluxo da execução

Instrução (entrada, saída, armazenamento ou
processamento de dados)

Tomada de decisão com possível desvio do fluxo


Fluxograma: exemplo
Algoritmo em forma de Início
fluxograma, para
solicitar dois números e
Leia num1, num2
mostrar qual o maior:

sim não
Num1>num2?

Maior num1 Maior num2

Escreva Maior

Fim

Fluxograma
Vantagens:
Facilidade proporcionada para compreensão do
funcionamento
Facilmente entendível por pessoas visuais
Desvantagens:
Não é uma representação prática: a correção implica
em alterar vários desenhos
Inadequado para algoritmos complexos e longos
Inadequado para uso como ferramenta principal
Recomendável apenas para representar a idéia
geral de um algoritmo ou como “ensaio” para
criação da solução


Diagrama de Chapin
Criado por Ned Chapin a partir de
trabalhos de Nassi-Shneidermann
Apresenta uma visão hierárquica e
estruturada da lógica do programa


Diagrama de Chapin: exemplo
Algoritmo referente ao problema do maior número,
representado em diagrama de Chapin:

Leia num1, num2
num1>num2
sim não
maior num1 maior num2
Escreva “O maior é: ”,maior
Fim


Pseudocódigo
Forma para a representação de algoritmos rica
em detalhes, como a definição dos tipos das
variáveis usadas no algoritmo.

Assemelha-se à forma como os programas são escritos.
Para traduzir o pseudocódigo para uma linguagem de
programação, basta conhecer o vocabulário e regras
sintáticas da linguagem.
Busca a rigidez sintática e semântica, porém sem o
detalhamento exigido nas linguagens de programação


Pseudocódigo – estrutura básica
Estudaremos o pseudocódigo com mais
detalhes posteriormente. Por enquanto,
conheceremos apenas a estrutura básica
de um pseudocódigo:
Algoritmo <nome do Algoritmo>
Variáveis
<lista de variáveis>
Início
<bloco de comandos>
Fim


Pseudocódigo - exemplo
Pseudocódigo referente ao problema do
maior número:
Algoritmo Maior
Var num1, num2, maior: inteiro:
Inicio
Leia(num1,num2);
se (num1>num2) então
maior num1;
senão
maior num2;
fimse;
escreva(maior);
Fim


Atividade – questionário:
Quais as estruturas básicas de resolução
de problemas com algoritmos?
Quais as formas de representação de
algoritmos?
Qual a característica, vantagens e
desvantagens de cada uma delas?
Qual a mais adequada para representação de
algoritmos?
Construa um fluxograma para somar dois
números e mostrar o resultado

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