KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NÂNG CAO - thayphet.netthayphet.net/application/upload/products/Chuong04.pdf · Tính tái sử dụng (reuseability): Chương trình có thể dùng để

Chƣơng 4:

KỸ THUẬT LẬP TRÌNH TỐI ƢU

KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NÂNG CAO

TRƢỜNG CAO ĐẲNG CNTT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Giảng Viên: ThS. Dƣơng Thành Phết

Email: [email protected]

Website: http://www.thayphet.net

Tel: 0918158670 – facebook.com/DuongThanhPhet

1. CÁC BƢỚC ĐỂ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH

B1: Phân tích và xác định rõ bài toán.

B2: Xây dựng thuật toán.

B3: Viết chương trình.

B4: Chạy và kiểm tra chương trình.

B5: Bảo trì.

2

2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MỘT CHƢƠNG TRÌNH

Đúng đắn - chính xác (correctness).

Chắc chắn (robustness).

Thân thiện (user friendliness).

Khả năng thích nghi (adapability): Chương trình có khả năng để phát triển theo yêu cầu.

Tính tái sử dụng (reuseability): Chương trình có thể dùng để làm một phần trong một chương trình khác.

Tính hiệu quả (efficiency).

Tính khả chuyển (porability): Khả năng chuyển đổi dễ dàng giữa các môi trường.

Tính an toàn (security).

Tính dừng (halt).

3

3.1. Phƣơng pháp Top - down

Phân rã vấn đề một cách có hệ thống từ trên xuống, (sử dụng cho quá trình phân tích và thiết kế hệ thống)

Quá trình phân rã bài toán được thực hiện theo từng mức khác nhau.

Mức thấp nhất - mức tổng quan: Cho thấy chức năng của hệ thống một cách tổng thể (hệ thống làm được gì?).

Mức phân tích: Các chức năng chính.

Quá trình phân tích tiếp tục phân rã cho tới khi nào nhận được mức đơn thể, và tiến hành cài đặt.

4

3. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

3.2. Phƣơng pháp Bottom - Up

Được sử dụng cho quá trình cài đặt hệ thống.

Phương pháp này:

Từ cái riêng tới cái chung

Từ các đối tượng thành phần ở mức cao tới mức

thấp

Từ mức mođun đến mức tổng thể

Từ những mođun có sẵn lắp ghép thành mođun

mới.

5

3. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

4. CÁC NGUYÊN LÝ KHI LẬP TRÌNH

Nguyên lý tối thiểu: Nắm vững các cấu trúc lệnh, kiểu

dữ liệu, phép toán để viết chương trình. Tiếp theo, mới

tìm hiểu những thư viện tiện ích của ngôn ngữ.

Nguyên lý địa phƣơng: Hạn chế sử dụng biến toàn cục

Nguyên lý nhất quán: Thao tác phải phù hợp với dữ liệu

Nguyên lý an toàn: Tránh mọi lỗi trong khi xây dựng

chương trình, nên phát hiện và sửa lỗi ở từng bước.

6

5. CÁC PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH

Tuần tự

Thủ tục

Đơn thể (module)

Hướng đối tượng

7

6.1. Đặt vấn đề

Nguồn gốc các sai sót có 3 loại:

Dữ liệu: Dùng bộ kiểm tra dữ liệu

Cú pháp: Dùng trình biên dịch

Ngữ nghĩa

Có 2 cách kiểm lỗi chương trình: kiểm (testing) và

sửa (debugging)

8

6. KIỂM TRA & TỐI ƢU HÓA CHƢƠNG TRÌNH

6.2. Kỹ thuật dò tìm và phát hiện lỗi

Nguyên tắc

Bảo đảm mọi trường hợp đều được kiểm tra.

Thường bị lỗi ở những ngã rẻ, phải duyệt qua ít nhất

một lần.

Một chương trình cần test nhiều lần.

Kiểm tra từng môđun một để giảm độ phức tạp.

9


6.3. Cách kiểm tra

Tạo bộ dữ liệu thử sao cho thỏa 1 trong 4 cách sau:

Kiểm tra toàn bộ các nhánh của chương trình: Mỗi

lệnh của chương trình đều chạy qua ít nhất một lần.

Kiểm tra ngẫu nhiên.

Kiểm tra ở những điểm nút: lựa chọn, lặp, …

Chèn lệnh kiểm tra logic ở mỗi đoạn (dòng) lệnh.

10


6.4. Tối ƣu hóa chƣơng trình

Tối ưu thời gian: Tăng không gian lưu trữ, thuật toán

không đổi, đổi cấu trúc dữ liệu và cấu trúc chương

trình.

Tối ưu không gian: Tăng thời gian, thuật toán không

đổi, đổi cấu trúc dữ liệu và cấu trúc chương trình.

Tối ưu thời gian và không gian: Thuật toán thay đổi.

11


6.5.Tối ƣu hóa bộ nhớ

Giảm thiểu vùng nhớ làm việc cho chương trình.

Nguyên lý nén dữ liệu:

Giảm khoảng trống: Biểu diễn danh sách tọa độ các

giá trị có cùng giá trị.

Mã lặp: Những dữ liệu thường xuyên lặp lại dùng

mã lặp Runlength-Coding để nén.

Mã hóa dựa vào tần suất.

Mã nền.

Ánh xạ co dữ liệu.

Nguyên lý dùng công thức thay bộ nhớ

12


6.6.Tối ƣu hóa thời gian thực hiện

Kỹ thuật tối ƣu việc rẽ nhánh: Sắp xếp các biểu

thức điều kiện theo thứ tự:

Nếu dùng phép and để kết hợp các biểu thức thì

sắp xếp các biểu thức theo xác suất sai giảm dần.

Nếu dùng phép or để kết hợp các biểu thức thì sắp

xếp các biểu thức theo xác suất đúng giảm dần.

13


Kỹ thuật tối ƣu các vòng lặp

Tách các lệnh không phụ thuộc vào chỉ số lặp ra khỏi vòng lặp. Thay các phép nhân thành phép cộng.

Giảm số toán tử phức tạp trong vòng lặp nhờ các biến phụ.

Giảm số vòng lặp chương trình (thực hiện nhiều lệnh hơn trong mỗi vòng lặp).

Vòng lặp nào có số lần lặp ít sẽ nằm ngòai vòng lặp có số lần lặp nhiều hơn (hoán đổi thứ tự các vòng lặp không làm sai chương trình)

Thực hiện hợp nhất các vòng lặp có thể.

14


Tránh gọi lặp một thủ tục

Giảm tối đa việc gọi các thủ tục: Hãy làm nhiều nhất trong một vòng lặp/thủ tục. Giảm tối đa việc gọi đến các thủ tục.

Ví dụ:

Hàm P(i)

{

…

}

for(i=1; i<n; i++)

Gọi Hàm P(i);

Hàm P()

{

for(i=1; i<n; i++)

…

}

Gọi Hàm P();

15

Sau khi tối ưu:


Thay đổi, bố trí (cấu trúc) dữ liệu

Dùng biến phụ thay cho các biểu thức phải tính toán nhiều.

Dùng bảng tra (table - lookup) để tính toán: Cố gắng lập bảng tính toán sẵn cho các trường hợp phổ biến.

16


7.1. Vấn đề

Nền tảng của lập trình là thiết kế giải thuật.

Trong việc thiết kế cấu trúc logic của chương trình, điều quan trọng là dùng giải thuật nào cho thích hợp

Chọn giải thuật để sử dụng là một trong những tiêu chuẩn quan trọng

Việc sử dụng giải thuật hiệu quả và dễ hiểu giúp gia tăng tốc độ thực hiện và giảm những lỗi tiềm ẩn.

Do vậy giải thuật là một nhân tố chính yếu quyết định hiệu suất của hệ thống.

17

7. THIẾT KẾ GIẢI THUẬT

7.2. Các loại giải thuật

Tìm kiếm

Sắp xếp.

Đệ quy.

Xử lý chuỗi ký tự.

Xử lý file.

Đồ họa.

Đồ thị.

V. v…

18


7.3. Các phƣơng pháp xây dựng giải thuật

Giải thuật là một tập các quy tắc được định nghĩa áp

dụng để giải quyết một vấn đề.

Giải thuật và cấu trúc dữ liệu có mối quan hệ chặt chẽ

với nhau. Cấu trúc dữ liệu xác định khung nền cho giải

thuật với một độ tin cậy chắc chắn.

Khi giải quyết một bài toán trên máy tính ta phải chú

trọng đến hai vấn đề Cấu trúc dữ liệu và giải thuật.

Giải thuật phản ánh cách xử lý, còn đối tượng xử lý là dữ

liệu, với cấu trúc dữ liệu được chọn, sẽ có những giải

thuật tương ứng, khi cấu trúc dữ liệu thay đổi thường giải

thuật cũng thay đổi theo.

19


Ví dụ:

Trong việc xử lý cấu trúc mảng, dữ liệu có thể được tìm

kiếm và cập nhật dễ dàng, nhưng phải mất thời gian để

chèn hay xoá dữ liệu.

Bởi vì dữ liệu trong mảng được tổ chức liên tiếp nhau,

thao tác chèn hay xoá dữ liệu thì tương đối phức tạp

bởi việc dịch chuyển các dữ liệu liên quan về sau hoặc

về phía trước.

Bằng cách dùng cấu trúc kiểu danh sách, việc chèn và

xoá dữ liệu thì dễ dàng hơn, dữ liệu không cần phải

dịch chuyển mà chỉ cần thay đổi con trỏ.

20


7.4. Biểu Diễn Giải Thuật

Có 2 phương pháp chính biểu diễn giải thuật:

Pseudocode (mã giả)

Flowchart (lưu đồ)

Khi thiết kế giải thuật phải mô tả rõ:

Đầu vào

Đầu ra (kết quả)

Mô tả giải thuật

21


Các từ khóa biểu diễn giải thuật bằng mã giả

IF ... THEN …ENDIF

IF ... THEN ... ELSE ... ENDIF

DO WHILE … ENDDO

DO … UNTIL …

22


Read schedule file for tables to be loaded

IF any tables to be loaded THEN

Call XYZ to load tables

ENDIF

IF (value > low-value) AND (value < high-value) THEN

Update table

ELSE

Display error message 123 on screen

ENDIF

DO

Get field value

Determine screen-field-number

CASE screen-field-number OF

1: Perform edits for field-1

2: Perform edits for field-2

OTHERWISE

Display error message 112

ENDCASE

UNTIL no error in field values 23


Các ký hiệu Flowchart

Bắt đầu/ kết thúc

Xuất/ in

Rẽ nhánh

Luồng xử lý

Khối xử lý

Nhập

Điều

kiện

Giá trị trả về

Điểm nối

24


Ví dụ: Giải và biện luận: ax+b=0

25


26

The End.

Documents

KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NÂNG CAO - thayphet.netthayphet.net/application/upload/products/Chuong04.pdf · Tính tái sử dụng (reuseability): Chương trình có thể dùng để