Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação. Conceitos básicos de algoritmos

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1 Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação Conceitos básicos de algoritmos Prof. Renato Pimentel 1 Computação Dados Informações vindas de usuários ou de outras máquinas; Processamento transformação dos dados, de acordo com os desejos do usuário ou de outra máquina; Resultados aquilo que vem do processamento, e que servirá aos propósitos do usuário. Dados Processamento Resultados 2 Prof. Renato Pimentel 1

2 Computação Objetivo básico auxiliar os seres humanos em trabalhos repetitivos e braçais, diminuindo esforços e economizando tempo; O computador é capaz de auxiliar em qualquer coisa que lhe seja solicitada; Entretanto: Não tem iniciativa; Nenhuma independência; Não é criativo nem inteligente. Por isso, é necessário que ele receba suas instruções nos mínimos detalhes, para que tenha condições de realizar suas tarefas Programação. 3 Programação Quando queremos criar ou desenvolver um software para realizar determinado tipo de processamento de dados: Escrever um programa (ou vários programas interligados); Devemos escrever o programa usando uma linguagem que tanto o computador quanto o criador de software entendam linguagem de programação. 4 Prof. Renato Pimentel 2

3 Etapas envolvidas no processo de programação Análise: enunciado do problema: Dados de entrada; Processamento (resolução); Dados de saída. Algoritmo descrever o problema, com suas soluções; Codificação algoritmo é transformado em códigos da linguagem de programação escolhida para se trabalhar. 5 Programa Nada mais é do que a codificação de um algoritmo em uma linguagem de programação. Uma definição mais formal: Conjunto de instruções passo a passo que orientam o computador a fazer as tarefas necessárias e produzir o(s) resultado(s) desejado(s) 6 Prof. Renato Pimentel 3

4 Algoritmo Sequência finita e não ambígua* de instruções ou operações (passos), cuja execução, em um tempo finito, resolva um problema * cada instrução deve ser precisamente definida, sem permitir mais de uma interpretação. 7 Algoritmo IMPORTANTE para a grande maioria dos problemas, é possível haver mais de um algoritmo de resolução; Algoritmos não são operações exclusivas de um computador: A grande maioria das coisas que fazemos no dia a dia, fazemos por via de algoritmos. 8 Prof. Renato Pimentel 4

5 Exemplos cotidianos de algoritmos 9 Algoritmo 1 somar três números Passo 1 receber três números. Passo 2 somar os três números. Passo 3 mostrar o resultado obtido. 10 Prof. Renato Pimentel 5

6 Algoritmo 2 sacar dinheiro no caixa eletrônico Passo 1 ir até um caixa eletrônico Passo 2 colocar o cartão Passo 3 digitar a senha Passo 4 solicitar a quantia desejada Passo 5 se saldo for maior ou igual à quantia desejada, realizar o saque; caso contrário, não realizar o saque ou sacar uma quantia menor Passo 6 retirar o cartão Passo 7 sair do caixa eletrônico 11 Note pelos exemplos que podem existir maneiras diferentes de se resolver determinados problemas, de maneira que ao final o resultado seja o mesmo 12 Prof. Renato Pimentel 6

7 Método para construção de algoritmos (a) Compreender completamente o problema a ser resolvido, destacando pontos mais importantes e objetos que o compõem; (b) Definir os dados de entrada, isto é, quais dados serão fornecidos e quais objetos fazem parte do problema; (c) Definir o processamento, isto é, quais cálculos serão efetuados; quais as restrições para estes cálculos; Processamento: responsável pela transformação de dados de entrada em dados de saída. Deve-se também verificar quais objetos são responsáveis por cada atividade de processamento. 13 Método para construção de algoritmos (d) Definir os dados de saída, isto é, quais dados são gerados após o processamento; (e) Construir o algoritmo; (f) Testar o algoritmo, através de simulações. 14 Prof. Renato Pimentel 7

8 Em suma: Entrada de dados Processamento Saída de dados 15 Dicas Precisa-se descrever a sequência de instruções, de maneira simples e objetiva: Somente um verbo por frase; Frases curtas e simples; Ser objetivo; Evitar frases com sentido dúbio. 16 Prof. Renato Pimentel 8

9 Representação de algoritmos 1. Descrição narrativa Escrever, utilizando uma linguagem natural (exemplo: língua portuguesa), os passos a serem seguidos para resolução do problema. Vantagem: nenhum conceito novo necessário Desvantagem: pode abrir espaço para interpretações Dificultará transcrição deste algoritmo para um programa 17 Exemplo de descrição narrativa Exemplo: fazer um sanduíche Passo 1 pegar o pão Passo 2 cortar o pão ao meio Passo 3 pegar a maionese Passo 4 passar a maionese no pão Passo 5 pegar e cortar alface e tomate Passo 6 colocar alface e tomate no pão Passo 7 Pegar o hambúrguer Passo 8 fritar o hambúrguer Passo 9 colocar o hambúrguer no pão 18 Prof. Renato Pimentel 9

10 Representação de algoritmos 2. Fluxograma Escrever, usando símbolos gráficos predefinidos, os passos a serem seguidos para a resolução do problema. Diagrama: representação visual dos algoritmos Também utilizado em outras áreas: Exemplo: processos dentro de uma linha de produção Vantagem: entendimento mais simples. Útil nas fases iniciais de aprendizado de programação Desvantagem: algoritmo resultante com poucos detalhes; aprendizado da simbologia necessário. 19 Exemplo de fluxograma Imprimir maior dentre dois números, A e B. Início Leia A e B Sim A > B? Não Escreva A Escreva B Fim 20 Prof. Renato Pimentel 10

11 Exemplo de fluxograma Representação alternativa: Início Leia A e B A > B? Sim Não A B Escreva A 21 Representação de algoritmos 3. Pseudocódigo Linguagem intermediária entre linguagem natural e linguagem de programação Escrever, por meio de regras predefinidas, os passos a serem seguidos para resolução do problema Vantagem: codificação em linguagem de programação é quase imediata Desvantagem: é necessário aprender as regras do pseudocódigo será apresentado nas próximas aulas 22 Prof. Renato Pimentel 11

12 Exemplo de pseudocódigo Como seria o pseudocódigo do algoritmo dado no fluxograma do penúltimo slide? Declare A, B numérico Início Escreva Digite dois valores Leia A, B Se A < B Então A B Fim Se Escreva A Fim 23 Simbologia de fluxogramas Início e fim Podem ser círculos ou formas ovais Normalmente contêm a palavras Início, Fim, ou alguma expressão sinalizando o início ou fim do processo. Início Fim Escreva A 24 Prof. Renato Pimentel 12

13 Simbologia de fluxogramas Processo e operações Representação por retângulos. Indica uma tarefa a ser executada pelo algoritmo. Usado para cálculos e atribuições de valores. Leia A e B M = N + P Escreva B 25 Simbologia de fluxogramas Condição ou decisão Representação por losangos. Normalmente contém uma pergunta do tipo Sim/Não ou um teste de Verdadeiro/Falso. Mudanças no fluxo possibilidade de desvios. A > B? 26 Prof. Renato Pimentel 13

14 Simbologia de fluxogramas Setas Conectam dois símbolos quaisquer. Indicam o fluxo de dados ordem das operações a serem realizadas. A > B? Sim Escreva A Não A B 27 Outro exemplo de algoritmo Faça um algoritmo para calcular a média aritmética entre duas notas de um aluno e mostrar sua situação, que pode ser aprovado - caso a média seja maior ou igual a 60, ou reprovado, caso reprovado. Utilize: Descrição narrativa Pseudocódigo Fluxograma 28 Prof. Renato Pimentel 14

15 Descrição narrativa Passo 1: receber duas notas Passo 2: calcular a média aritmética Passo 3: mostrar média aritmética Passo 4: se média for maior ou igual a 60, então situação do aluno é aprovado; caso contrário, a situação é reprovado. 29 Pseudocódigo Declare N1, N2, M numérico Início Escreva digite as duas notas Leia N1, N2 M (N1+N2)/2 Escreva Média =, M Se M >= 60 Então Escreva aprovado Senão Escreva reprovado Fim Se Fim 30 Prof. Renato Pimentel 15

16 Fluxograma Início Leia N1, N2 M = (N1 + N2)/2 Escreva M Sim Escreva aprovado M >= 60? Fim Não Escreva reprovado 31 Testando o algoritmo: teste de mesa Consiste do acompanhamento manual (linha a linha) da execução do algoritmo, visando: Avaliar se os resultados obtidos correspondem àqueles esperados/desejados. Detectar, se existentes, os erros de comandos e/ou fluxo de execução. Durante os testes, deve-se definir os valores de entrada, visando avaliar as seguintes situações: Casos extremos (valores limítrofes da validade); Exceções do problema (valores inválidos). 32 Prof. Renato Pimentel 16

17 Teste de mesa: exemplo Declare P1, P2, P3, P4 inteiro media real inicio leia P1, P2, P3, P4 media (P1+P2+P3+P4)/4 escreva(media) se media < 6 entao escreva REPROVADO senao escreva APROVADO fim se fim 33 Teste de mesa: exemplo Declare P1, P2, P3, P4 inteiro media real inicio leia P1, P2, P3, P4 media (P1+P2+P3+P4)/4 escreva(media) se media < 6 entao escreva REPROVADO senao escreva APROVADO fim se fim 34 Prof. Renato Pimentel 17

18 Metodologia de programação: Refinando o algoritmo 35 Metodologias de programação A resolução de um problema começa com a definição dos dados e tarefas básicas. Esta definição inicial é feita em nível bem alto e geral. Não há preocupação com os detalhes (refinamento). 36 Prof. Renato Pimentel 18

19 Metodologias de programação Refinamentos sucessivos (top-down) Consiste em decompor uma ou várias tarefas em subtarefas mais detalhadas. É um processo iterativo, isto é, subtarefas podem ser decompostas em subtarefas ainda mais detalhadas. 37 Refinamentos sucessivos Exemplo: trocar um pneu furado Levantar o carro parcialmente; Retirar o pneu furado; Instalar o novo pneu; Abaixar o carro 38 Prof. Renato Pimentel 19

20 Refinamentos sucessivos Exemplo: trocar um pneu furado Retirar o estepe; Levantar o carro parcialmente; Retirar o pneu furado; Instalar o novo pneu; Abaixar o carro; Apertar bem as porcas 39 Refinamentos sucessivos Exemplo: trocar um pneu furado Pegar as ferramentas no porta-malas; Retirar o estepe; Instalar o macaco; Levantar o carro parcialmente; Afrouxar os parafusos do pneu furado; Retirar o pneu furado; Instalar o novo pneu; Abaixar o carro; Apertar bem as porcas; Guardar o pneu furado e as ferramentas 40 Prof. Renato Pimentel 20

21 Refinamentos sucessivos O algoritmo ainda pode ser refinado de várias maneiras: O que fazer se o macaco não estiver no porta-malas? O que fazer se o estepe também estiver vazio? Deve-se puxar sempre o freio de mão antes de executar estas operações. Limpar as mãos; Consertar o pneu furado; Etc Tipos de dados e variáveis 42 Prof. Renato Pimentel 21

22 Variáveis Todo algoritmo e, consequentemente, todo programa recebem dados. Dados são armazenados no computador, para posteriormente serem processados. Armazenamento durante a execução do programa: memória primária (RAM). Representação de dados na memória: bits e bytes. Porções de memória (sequências de bits / bytes) que armazenam os dados são identificadas e acessadas através de endereços. 43 Índice de pagamento: localização 3 Horas trabalhadas: localização 6 Resultado (Salário): localização 8 Exemplo: programa para folha de pagamento Escolha arbitrária: qualquer localização pode ser usada; Programador não precisa se preocupar com endereço: cada endereço pode receber um nome, chamado endereço simbólico. Ex.: índice, horas, salário 44 Prof. Renato Pimentel 22

23 Variável Endereço simbólico: variável Possui um nome (identificador) e um tipo; Representa uma posição de memória, onde é guardado um dado ou valor; Seu conteúdo pode ser alterado durante a execução do programa, mas não sua posição; Pode assumir valores distintos, mas somente um único valor a cada instante da execução do programa/algoritmo. Exemplos (slide anterior): Horas, Salario, Indice. 45 Tipos de dados Toda variável possui um determinado tipo. Tipo de uma variável: determina o conjunto de valores (e operações) que a variável pode aceitar. Tipos de dados primitivos (básicos): Numéricos; Inteiros; Reais. Lógicos; Literais ou de texto. 46 Prof. Renato Pimentel 23

24 Dados numéricos Positivos ou negativos; Dois grupos: Inteiros; Reais. Inteiros: Sem parte fracionária; Exemplos: -23, 98, 0, -357, 237, -2 Reais: Possuem parte fracionária; Exemplos: 23.45, , , Dados numéricos Observação: notação de dados reais no computador: língua inglesa (ponto, e não vírgula, separa parte inteira da parte fracionária 48 Prof. Renato Pimentel 24

25 Dados lógicos Podem assumir somente dois valores: Verdadeiro Falso Também chamados de boolianos (álgebra de Boole). 49 Dados literais ou caracteres Formados por um único caractere ou uma cadeia de caracteres. Caractere: Letras maiúsculas; Letras minúsculas; Algarismos (não podem ser utilizados para cálculos); Caracteres especiais (ex.: &, +, etc.) Exemplos: aluno, 1234, 0.34, 1+2, 1ab, 0, x, etc. 50 Prof. Renato Pimentel 25

26 Identificando variáveis Toda variável, além de um tipo, deve possuir um nome (identificador). Algumas regras para identificar uma variável: Podem ser utilizados algarismos, letras maiúsculas, letras minúsculas; No início: somente uma letra ou símbolo _ ; Não permitidos: espaço em branco, caracteres especiais $, +, -, %, etc.); Não permitidos: palavras reservadas da linguagem de programação em uso. Exemplos: x, y, salario, _horas, N1, n2 51 Programação estruturada 52 Prof. Renato Pimentel 26

27 Programação estruturada Questão: como resolver um determinado problema? Paradigma de programação Relacionado à forma de pensar do programador; Como ele busca a solução para o problema; Mostra como o programador analisou e abstraiu o problema a ser resolvido. 53 Paradigmas de programação Paradigmas Estruturado; Orientado a objetos; Lógico; Funcional; Etc Prof. Renato Pimentel 27

28 Paradigma estruturado Também chamado imperativo; Utilização de 3 estruturas: Sequencial; Condicional; Repetição ou iterativa. Busca quebrar um problema complexo em partes menores; Programador: Analisa o problema; Tenta relacionar ações que deverão ser executadas. 55 Estrutura sequencial de um algoritmo A estrutura sequencial de um algoritmo é dada como segue: Algoritmo Declaração de variáveis Comandos (atribuição, entrada // saída, processamento) Fim do algoritmo 56 Prof. Renato Pimentel 28

29 Declaração de variáveis Na declaração de variáveis, criamos as mesmas, definindo um identificador (nome) válido, e seu tipo Quando a variável é criada durante a execução do programa, uma posição de memória é atribuída à mesma Exemplo (pseudocódigo): Declare x numérico Declare y,z literal Declare teste lógico 57 Atribuição Comandos de atribuição são usados para conceder (atribuir) valores ou operações às variáveis. Exemplos (pseudocódigo): x 4 y x + 2 M (N1 + N2)/2 teste falso 58 Prof. Renato Pimentel 29

30 Comandos de entrada Comandos de entrada são utilizados para receber dados de entrada do usuário (via teclado ou outro dispositivo de entrada), e armazená-los em variáveis. São representados pela palavra leia. Exemplos: Leia x Leia y Se x é numérico: um valor digitado pelo usuário será armazenado na variável x; Se y é literal: um ou mais caracteres digitados pelo usuário serão armazenados na variável y. 59 Comandos de saída Comandos de saída são utilizados para mostrar ao usuário dados na tela (ou outro dispositivo de saída): Dados podem ser simplesmente o conteúdo de variáveis ou mensagens. Exemplos: Escreva X Escreva conteúdo de Y =, Y 60 Prof. Renato Pimentel 30

31 Exercícios 1.Escreva um algoritmo que execute a soma de dois números inteiros fornecidos pelo usuário, usando: Declaração de variáveis Comandos de entrada (leitura) e saída de dados 2.Faça um algoritmo que, a partir do salário de um funcionário, calcule e mostre o novo salário, sabendo-se que este sofreu um aumento de 25%. 3.Escreva um algoritmo que lê o nome de um vendedor, o seu salário fixo, o total de vendas por ele efetuadas e o percentual que ganha sobre o total de vendas. Calcular o salário total do vendedor. Escrever o nome do vendedor e seu salário total. 61 Referências ASCENCIO, A. F. G., CAMPOS, E. A. V. Fundamentos da Programação de Computadores. São Paulo: Prentice Hall, PAIVA, J. G. S. Notas de aula de algoritmos e programação de computadores. MARTINS, L. G. A. e SILVA, A. J. Notas de aula de Introdução a algoritmos. 62 Prof. Renato Pimentel 31

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