2 de Março de 2006 Introdução (Informal) à Programação 1
Introdução (Informal) à Programação
Pedro BarahonaDI/FCT/UNL
Introdução aos Computadores e à Programação2º Semestre 2005/2006
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Programa e Algoritmo
• Um programa é um conjunto de instruções que aplicadas aos dados de entrada (input) e a outros intermédios auxiliares produz um resultado (output).
• Um programa é a materialização para uma dada máquina (computador e linguagem de programação) de um algoritmo.
Programainput output
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Níveis de Abstração
• Um programa pode ser entendido a vários níveis de abstracção (detalhe).
• Quanto mais “inteligente/conhecedor” for o interlocutor, a mais alto nível podem ser dadas as instruções.
Vá para Lisboa
Saia da sala
Saia do Edifício
Dirija-se à portaria
Vá para a paragem de autocarro
Apanhe o autocarro
....
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Níveis de Abstração
Nível Máquina e Nível “Humano”• Um computador só executa instruções extremamente
simples. Por exemplo:– Transferir palavras entre a memória e os registos – Processar dados nos registos (p.ex. soma binária)
• Um programador humano raciocina a um nível mais alto de abstração.
C A + BLDA 1005
LDB 22345A91
ADD A,B
STA 1234FE88
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Linguagens de Programação
• As linguagens de programação permitem a um utilizador especificar um programa de uma forma semelhante ao algoritmo.
• Um compilador/interpretador da linguagem deverá fazer a tradução das intruções de alto nível para as de nível máquina (por exemplo, manter os endereços de memória onde estão guardadas as variáveis).
C A + BLDA 11A810A0
LDB 22345A91
ADD A,B
STA 1234FE88
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Linguagens de Programação (2)
• Existem vários tipos de linguagens de programação baseadas em diferentes paradigmas (estilos) de programação.
– Linguagens imperativas: Fortran, Pascal, C, Octave/MATLAB
• Controle explícito da execução
– Linguagens Orientadas por Objectos: Smalltalk, C++, Java• Controle implícito na manipulação dos dados
– Linguagens Funcionais: LISP, Scheme• Baseadas na especificação de funções
– Linguagens Lógicas: Prolog• Implementando a Lógica de Predicados
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Programação Imperativa
• No paradigma de programação imperativa, o programador especifica explicitamente o controle de execução, isto é, a sequenciação das instruções base.
• Informalmente podemos considerar as seguintes instruções base, na especificação de algoritmos:
– Afectação: A Expressão • A variável A toma o valor da Expressão
– Entrada: Entra A• A variável A toma um valor dado do exterior (teclado, ficheiro)
– Saída: Sai A• A variável A é passada para o exterior (monitor, ficheiro)
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Controle de Execução
• A ordem pela qual as várias instruções são executadas é controlada explicitamente por instruções de
– Sequência
– Execução Condicional
– Execução Repetida
• Sequência (“;”)– Exemplo:
entra A ; % O valor de A é “entrado”. Seja A = 2B A + 3 ; % A variável B toma o valor 2+3 = 5C B * 2 ; % A variável C toma o valor 5*2 = 10sai C ; % O valor de C é passado para o exterior
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Controle de Execução
• Execução condicional (“se”) – Exemplo:
entra A ; % o valor de A é “entrado”se A > 0 então B A % à variável B é atribuído senão % o valor absoluto B - A % da variável Afim se;
sai B ; % o valor de B é comunicado
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Controle de Execução
• Execução Repetida (“enquanto”) – Exemplo:
entra A; % o valor de A é “entrado”B 1; % o valor de B é inicializado a 1enquanto A > 1 fazer B B * A; % à variável B é atribuído A A – 1; % o factorial de Afim enquanto;
sai B; % o valor de B é comunicado
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Tipos de Dados Simples
• Às variáveis usadas têm sido atribuídos valores inteiros. No entanto podem ser considerados outros valores nos algoritmos (e programas).
• Os tipos de dados simples habituais são – Booleanos (Verdade/Falso ou 1/0)– Numéricos (Inteiros, Reais e Imaginários)– Não numéricos (caracteres)
• Normalmente o contexto torna claro os tipos de dados pretendidos para as variáveis, mas as linguagens de programação típicas (não o Octave) requerem a declaração dos tipos de dados das variáveis.
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Estruturas de Dados
• Os dados simples podem ser agrupados em estruturas de dados mais complexas.
• As estruturas mais vulgares correspondem a matrizes de dimensão arbitrária.
• Um caso importante são as matrizes unidimensionais (vectores).
• Como o nome indica (MATrix LABoratory), o sistema Octave /MATLAB tem um suporte muito completo dos tipos de dados matriz, permitindo a sua definição e as operações habituais.
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Estruturas de Dados
• Exemplo 1:
A = [1 2 3 ; 4 5 6 ; 7 8 9]
• Exemplo 2:
B = [3 3 3 ; 2 2 2 ; 1 1 0]
• Exemplo 3:
C = A + B
• Exemplo 4:
D = [1 2 3] * A
1 2 3
A = 4 5 6
7 8 9
3 3 3
B = 2 2 2
1 1 0
4 5 6
C = 6 7 8
8 9 9
D = 30 36 42
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Algoritmo 1 – Raízes da equação do 2º grauentra A ; entra B ; % Ax2 + Bx + C = 0entra C ; Disc B^2 – 4 * A * C;se Disc < 0 então sai ‘não há raízes reais’senão D sqrt(Disc); se D = 0 então sai ‘ 2 raízes iguais’ R -B/(2*A); sai R senão R1 (-B + D)/(2*A); sai R1; R2 (-B - D)/(2*A); sai R2; fim se; fim se;
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Algoritmo 2 – Cálculo da Raiz Quadrada
Assumindo Li X Ui, o intervalo [Li, Ui] pode ir sendo reduzido até convergir no valor de X = sqrt(A).
X = sqrt(A) U * L = A L = A / U
L1
Li = 2 / Ui
U1
L1 U1U2L2
U3L3
A
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Algoritmo 2 – Cálculo da Raiz Quadrada
entra X ; entra P ; % P: precisão pretendida
U 10000000 ;L X / U ;enquanto U-L >= P fazer U (U + L)/2; L X / U;fim enquanto;Sai U ;
% U sqrt(X)
Z = sqrt(X) X * X = 2 L = 2 / U
i Li Ui
1 0.04000 50.00000
2 0.07994 25.02000
3 0.15936 12.54997
4 0.31473 6.35467
5 0.59975 3.33470
6 1.01666 1.96723
7 1.34053 1.49194
8 1.41219 1.41624
9 1.41421 1.41422
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Algoritmo 3 – Maior Divisor Comum”
A B56 182
X Y C182 - 56 = 126126 - 56 = 7070 - 56 = 1456 - 14 = 4242 - 14 = 2828 - 14 = 1414 - 14 = 0
C X – Y
novo X max(Y,C)
novo Y min(Y,C)
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Algoritmo 3 – Maior Divisor Comum”
entra A ; entra B ;Se A > B então X A; Y B;senão X B; Y A;fim seD A - Benquanto D > 0 fazer se D > Y então X D; senão X Y; Y D; fim se D X-Y;fim enquantosai X
A B56 182
X Y C182 - 56 = 126126 - 56 = 7070 - 56 = 1456 - 14 = 4242 - 14 = 2828 - 14 = 1414 - 14 = 0