Programação I. Introdução a Lógica de Programação

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1 Engenharia de Controle e Automação Programação I Introdução a Lógica de Programação Lara Popov Zambiasi Bazzi Oberderfer

2 Ementa Introdução a lógica de programação e algoritmos. Constantes, variáveis e tipos de dados. Operadores aritméticos, relacionais e lógicos. Concepção de fluxograma e pseudocódigo. Estruturas de decisão e estruturas de repetição. Introdução a linguagem de programação C. Vetores de caracteres e multidimensionais. Ponteiros e aritmética de ponteiros. Funções: chamada por valor e por referência. Chamada recursiva de funções. Tipos de dados compostos. Operação com arquivos textos e binários.

3 Competências e Habilidades Compreender os métodos e as formas para construção de algoritmos. Compreender tipos de dados, diferenciar as funções, e principais comandos para execução dos algoritmos. Implementar algoritmos onde seja aplicada lógica de programação.

4 Noções de Lógica

5 O que é Lógica Ela, a lógica, lhe dará clareza de pensamento, a habilidade de ver seu caminho através de um quebra-cabeça, o hábito de arranjar suas ideias numa forma acessível e ordenada, e, mais valioso que tudo, o poder de detectar as falácias 1 e despertar os argumentos ilógicos e inconsistentes que você encontrará tão facilmente nos livros, jornais, na linguagem quotidiana e mesmo nos sermões e que tão facilmente enganam aqueles que nunca tiveram o trabalho de instruir-se nesta fascinante arte. Lewis Carroll Falácias: são formas de argumentos/proposições que parecem válidas, mas se examinadas mas detidamente não são.

6 É lógico, é evidente! Conclusão de um raciocínio lógico

7 Para que serve a lógica? Todo conhecimento logicamente perfeito tem sempre alguma utilidade possível. Mesmo que ela nos escape no momento, pode ser que a posteridade a descubra. (Kant, A Lógica)

8 Lógica na programação? Ela é de fundamental importância nas ciências da computação. Quando o profissional de informação elabora um programa, ele geralmente faz o fluxograma, ou seja, o desenho deste programa, que nada mais é do que a determinação dos passos lógicos necessários para a sua elaboração, a partir destes passos iniciais, os programas são desenvolvidos.

9 Contexto O uso de algoritmos é quase tão antigo quanto a matemática. Com o passar do tempo, entretanto, ele foi bastante esquecido pela matemática. Com o advento das máquinas de calcular e mais tarde os computadores, o uso de algoritmos ressurgiu com grande vigor, como uma forma de indicar o caminho para a solução dos mais variados problemas.

10 Algoritmo não é a solução do problema, pois, se assim fosse, cada problema teria um único algoritmo. Algoritmo é o caminho para a solução de um problema, e em geral, os caminhos que levam a uma solução são muitos.

11 Ao longo dos anos surgiram muitas formas de representar os algoritmos, alguns utilizando linguagens semelhantes às linguagens de programação e outras utilizando formas gráficas. O aprendizado de algoritmos não se consegue a não ser através de muitos exercícios.

12 Algoritmos não se aprendem: Copiando algoritmos Estudando algoritmos Algoritmos só se aprendem: Construindo algoritmos Testando algoritmos

13 Conceito A automação é o processo em que uma tarefa deixa de ser desempenhada pelo homem e passa a ser realizada por máquinas, sejam estas dispositivos mecânicos (como as máquinas industriais), eletrônicos (como os computadores), ou de natureza mista (como os robôs).

14 Para que a automação de uma tarefa seja bem-sucedida é necessário que a máquina que passará a realizá-la seja capaz de desempenhar cada uma das etapas constituintes do processo a ser automatizado com eficiência, de modo a garantir a repetibilidade do mesmo. Assim, é necessário que seja especificado com clareza e exatidão o que deve ser realizado em cada uma das fases do processo a ser automatizado, bem como a seqüência em que estas fases devem ser realizadas.

15 À especificação da seqüência ordenada de passos que deve ser seguida para a realização de um tarefa, garantindo a sua repetibilidade, dá-se o nome de algoritmo. Então: Algoritmo é um conjunto finito de regras, bem definidas, para a solução de um problema em um tempo finito e com um número finito de passos.

16 Informalmente, um algoritmo é qualquer procedimento computacional bem definido que toma algum valor ou conjunto de valores como entrada e produz algum valor ou conjunto de valores como saída.

17 Um algoritmo deve sempre possuir pelo menos um resultado, normalmente chamado de saída, e satisfazer a propriedade da efetividade, isto é, todas as operações especificadas no algoritmo devem ser suficientemente básicas para que possam ser executadas de maneira exata e num tempo finito.

18 Na prática não é importante ter-se apenas um algoritmo, mas sim, um bom algoritmo. O mais importante de um algoritmo é a sua correção, isto é, se ele resolve realmente o problema proposto e o faz exatamente.

19 Para se ter um algoritmo, é necessário: 1. Que se tenha um número finito de passos 2. Que cada passo esteja precisamente definido, sem possíveis ambigüidades 3. Que existam zero ou mais entradas tomadas de conjuntos bem definidos 4. Que existam uma ou mais saídas 5. Que exista uma condição de fim sempre atingida para quaisquer entradas e num tempo finito.

20 Para que um computador possa desempenhar uma tarefa é necessário que esta seja detalhada passo a passo, numa forma compreensível pela máquina, utilizando aquilo que se chama de programa. Neste sentido, um programa de computador nada mais é que um algoritmo escrito numa forma compreensível pelo computador.

21 Exemplo: Troca de lâmpada Descreva o comportamento passo a passo para trocar uma lâmpada.

22 Exemplo: Troca de lâmpada Apesar de aparentemente óbvia demais, muitas vezes realizamos esse tipo de atividade inconscientemente, sem percebemos seus pequenos detalhes, que são ações que nos levam a alcançar o objetivo proposto.

23 Exemplo: Troca de lâmpada 1.Pegar uma escada; 2.Posicionar a escada embaixo da lâmpada; 3.Buscar uma lâmpada nova; 4.Subir na escada; 5.Retirar a lâmpada velha; 6.Colocar a lâmpada nova.

24 Exemplo: Troca de lâmpada E se a lâmpada não estiver queimada?

25 Exemplo: Troca de lâmpada 1.Pegar uma escada; 2.Posicionar a escada embaixo da lâmpada; 3.Buscar uma lâmpada nova; 4.Acionar o interruptor; 5.Se a lâmpada não acender, então: 1.Subir na escada; 2.Retirar a lâmpada velha; 3.Colocar a lâmpada nova.

26 Exemplo: Troca de lâmpada Inclusão de teste seletivo, através de uma condição, dependendo da inspeção da condição resultar em verdadeiro ou falso.

27 Exemplo: Troca de lâmpada Melhorando... 1.Acionar o interruptor; 2.Se a lâmpada não acender, então: 1.Pegar uma escada; 2.Posicionar a escada embaixo da lâmpada; 3.Buscar uma lâmpada nova; 4.Acionar o interruptor; 5.Subir na escada; 6.Retirar a lâmpada velha; 7.Colocar a lâmpada nova.

28 Exemplo: Troca de lâmpada Ok, mas e se a lâmpada nova não funcionar?

29 Exemplo: Troca de lâmpada 1.Acionar o interruptor; 2.Se a lâmpada não acender, então: 1.Pegar uma escada; 2.Posicionar a escada embaixo da lâmpada; 3.Buscar uma lâmpada nova; 4.Acionar o interruptor; 5.Subir na escada; 6.Retirar a lâmpada velha; 7.Colocar a lâmpada nova. 8.Se a lâmpada não acender, então: 1. Retirar a lâmpada queimada; 2. Colocar outra lâmpada nova; 3. Se a Lâmpada não acender,... Até quando????

30 Exemplo: Troca de lâmpada Condição de parada Enquanto a lâmpada não acender, faça

31 Exemplo: Troca de lâmpada 1.Acionar o interruptor; 2.Se a lâmpada não acender, então: 1.Pegar uma escada; 2.Posicionar a escada embaixo da lâmpada; 3.Buscar uma lâmpada nova; 4.Acionar o interruptor; 5.Subir na escada; 6.Retirar a lâmpada velha; 7.Colocar a lâmpada nova. 8.Enquanto a lâmpada não acender, faça: 1. Retirar a lâmpada queimada; 2. Colocar outra lâmpada nova;

32 Exercícios 1.Descreva como fazer batatinha frita. 2.Descreva como fazer um bolo negamaluca.

33

34 Conceitos Modelo do programa: O MODELO de um programa ou sistema é dado por um conjunto de regras e especificações, que determinam em uma linguagem de ALTO NÍVEL (fácil de ser entendida) como o programa deve funcionar. Para facilitar o entendimento, imaginemos o modelo como a planta baixa do programa. O modelo pode ser apresentado de várias formas, como diagramas ou fluxogramas ou documentos em linguagem descritiva. Cliente: É quem apresenta o problema e quem paga pela solução. É um componente importante na programação, pois antes de tudo precisamos saber como o cliente quer que o programa resolva o problema.

35 Conceitos Usuário: É quem irá usar o programa a ser criado. Nem sempre o cliente e o usuário são a mesma pessoa, por isso precisamos observar que o usuário em questão pode ser uma pessoa mais leiga, ou uma pessoa mais experiente... Analista: É quem entrevista o cliente, extrai os requisitos do programa, cria o MODELO do programa, ou seja, o projeto inicial, e por fim entrega a ESPECIFICAÇÃO ao programador. Fazendo uma comparação com a construção civil, podemos dizer que é o engenheiro/arquiteto, que cria a planta baixa (modelo) da casa.

36 Conceitos Programador: É quem escreve o programa, usando os comandos adequados, técnica de programação adequada e seguindo as orientações do MODELO apresentado. Novamente na analogia com a construção de uma casa, o PROGRAMADOR é como o pedreiro, que a partir da planta baixa (modelo), constrói as paredes, teto, instalação hidráulica, etc...

37 Formas de representar algoritmos

38 Representação de Algoritmos Existem diversas formas de representação de algoritmos, mas não há um consenso com relação à melhor delas. Algumas formas de representação de algoritmos tratam dos problemas apenas em nível lógico, abstraindo-se de detalhes de implementação muitas vezes relacionados com alguma linguagem de programação específica. Por outro lado, existem formas de representação de algoritmos que possuem uma maior riqueza de detalhes e muitas vezes acabam por obscurecer a ideia principal, o algoritmo, dificultando seu entendimento.

39 Representação de Algoritmos Dentre as formas de representação de algoritmos mais conhecidas, sobressaltam: a Descrição Narrativa o Fluxograma Convencional o Diagrama de Chapin o Pseudocódigo, também conhecido como Linguagem Estruturada ou Portugol.

40 Descrição Narrativa Nesta forma de representação os algoritmos são expressos diretamente em linguagem natural. Cálculo da média de um aluno: Obter as notas da primeira e da segunda prova Calcular a média aritmética entre as duas Se a média for maior ou igual a 7, o aluno foi aprovado, senão ele foi reprovado Esta representação é pouco usada na prática porque o uso de linguagem natural muitas vezes dá oportunidade a más interpretações, ambigüidades e imprecisões.

41 Fluxograma Convencional ou Diagrama de Blocos Os fluxogramas convencionais preocupam-se com detalhes de nível físico da implementação do algoritmo. Por exemplo, figuras geométricas diferentes são adotadas para representar operações de saída de dados realizadas em dispositivos distintos, como uma unidade de armazenamento de dados ou um monitor de vídeo.

42 Fluxograma Convencional ou Diagrama de Blocos Um diagrama de blocos é uma forma de fluxograma usada e desenvolvida por profissionais da programação, tendo como objetivo descrever o método e a seqüência do processo dos planos num computador. Pode ser desenvolvido em qualquer nível de detalhe que seja necessário. Quando se desenvolve um diagrama para o programa principal, por exemplo, seu nível de detalhamento pode chegar até as instruções. Esta ferramenta usa diversos símbolos geométricos, os quais, estabelecerão as seqüências de operações a serem efetuadas em um processamento computacional. Após a elaboração do diagrama de bloco, é realizada a codificação do programa.

43 Fluxograma Convencional ou Diagrama de Blocos = Início e final do fluxograma = Operação de entrada de dados = Operação de saída de dados em impressora = Operação de saída de dados em vídeo = Operações de atribuição e chamada ou retorno de subalgoritmo

44 Fluxograma Convencional ou Diagrama de Blocos = Decisão = Seta do Fluxo de Dados = Conector utilizado quando é preciso particionar o diagrama, colocando uma letra ou um número no símbolo para identificar os pares da conexão = Conector específico para indicar conexão do fluxo de execução em outra página = Preparação operações que utilizam uma chave que modifica a execução do programa

45 Exemplo de Fluxograma representação do algoritmo de cálculo da média de um aluno sob a forma de um fluxograma.

46 Exemplo de Fluxograma Início N1, N2 Média := (N1+N2)/2 Média >= 7 Aprovado Reprovado Fim

47 Diagrama de Chapin O diagrama foi criado por Ned Chapin a partir de trabalhos de Nassi-Shneiderman, os quais resolveram substituir o fluxograma tradicional por um diagrama que apresenta uma visão hierárquica e estruturada da lógica do programa. A grande vantagem de usar este tipo de diagrama é a representação das estruturas que tem um ponto de entrada e um ponto de saída e são compostas pelas estruturas básicas de controle de seqüência, seleção e repartição.

48 Diagrama de Chapin Enquanto é difícil mostrar o embutimento e a recursividade com o fluxograma tradicional, torna-se mais simples mostrálo com o diagrama de Chapin, bem como codificá-lo futuramente na conversão de código português estruturado ou pseudocódigos.

49 Diagrama de Chapin

50 Pseudocódigo Esta forma de representação de algoritmos, também conhecida como português estruturado ou portugol, é bastante rica em detalhes e, por assemelhar-se bastante à forma em que os programas são escritos, encontra muita aceitação, sendo portanto a forma de representação de algoritmos que será adotada nesta disciplina. Na verdade, esta representação é suficientemente geral para permitir que a tradução de um algoritmo nela representado para uma linguagem de programação específica seja praticamente direta.

51 Pseudocódigo algoritmo <nome_do_algoritmo> <declaração_de_variáveis> <subalgoritmos> início <corpo_do_algoritmo> fim.

52 Exercícios

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