Introdução aos Algoritmos

Transcrição

1 Introdução aos Algoritmos Quando temos que fazer uma determinada tarefa e não sabemos muito bem como fazê-la, podemos fazer perguntas para nos esclarecer a respeito do que deve ser feito e como deve ser feito. Isso porque temos inteligência e habilidade racional. Ao contrário de nós, o computador não tem senso próprio, portanto ele deve receber instruções explícitas a respeito do que ele deve fazer. Se quisermos que o computador resolva algum problema, desde o mais simples ao mais complexo, devemos instruí-lo para fazer tal tarefa. Os problemas, por mais simples que possam parecer, quando visualizados sob o aspecto computacional, ficam um tanto mais complexos. Em razão disso, quando temos um problema para o computador resolver, devemos conhecer bem esse problema e pensar em todas as variáveis e dados que interferem no problema. Em seguida, devemos dividir o problema em partes mais simples e lógicas. Antes de passar as instruções do problema ao computador, podemos detalhar o problema no papel para obtermos uma solução correta e otimizada. Uma maneira de fazer isso é elaborar um algoritmo. Algoritmo é uma seqüência de passos que visa atingir um objetivo bem definido. Os algoritmos são muito freqüentes em nosso dia-a-dia, por exemplo: receita para cozinhar algum prato; instruções para preenchimento dos formulários para fazer o passaporte; instruções de como se faz ligação local, a cobrar e internacional; e muitos outros. Como já foi descrito, as instruções (também denominadas de comandos) que compõem um algoritmo, devem ser claras, coerentes e lógicas. Se não forem assim, e dependendo de quem as executa, podem ocorrer problemas que impeçam chegar ao resultado final. Um algoritmo correto deve possuir 3 qualidades: cada passo do algoritmo deve ser uma instrução que possa ser realizada; a ordem dos passos deve ser precisamente determinada; e, o algoritmo deve ter fim. Um exemplo Vamos fazer um algoritmo para trocar o pneu de um carro e representá-lo através de um diagrama. Inicialmente vamos pensar em uma solução bem geral, como a da figura abaixo. Quem for executar esse algoritmo basta começar do início e ir seguindo as setas até chegar ao fim. O algoritmo representado na figura abaixo é bem simples, contém apenas a instrução trocar o pneu.

2 Mas vamos pensar na possibilidade do estepe estar vazio. Isso requer uma decisão entre dois casos: quando o estepe está vazio ou quando o estepe não está vazio. Antes de trocarmos o pneu, podemos averiguar se o estepe está vazio ou não. A figura abaixo mostra o nosso algoritmo modificado para fazer essa verificação. Repare que há dois caminhos a seguir partindo do losango vermelho. Se o estepe estiver vazio, deve-se seguir para o caminho da esquerda e executar a instrução chamar o borracheiro e ir para o fim do algoritmo. Se o estepe não estiver vazio, deve-se seguir para o caminho da direita e executar a instrução mudar o pneu e ir para o fim do algoritmo. A instrução mudar o pneu pode ser detalhada em várias outras ações que estão envolvidas quando vamos mudar o pneu. Por exemplo, antes de mudar o pneu temos que levantar o carro, desparafusar o pneu, etc. A figura abaixo mostra o nosso algoritmo modificado para incluir essas ações. Quando o algoritmo é executado, começando do início, seguimos até o losango e se o estepe não estiver vazio, seguimos para a direita e vamos executar as instruções nessa ordem: levantar o carro desparafusar o pneu remover o pneu colocar o estepe parafusar o estepe abaixar o carro Por último, seguimos para o fim. Caso o estepe esteja vazio, seguimos o caminho da esquerda e somente será executada a instrução chamar o borracheiro,

3 seguindo depois para o fim do algoritmo. Observe a instrução desparafusar o pneu, ela ainda pode ser detalhada nas instruções: desapertar o primeiro parafuso desapertar o segundo parafuso desapertar o terceiro parafuso desapertar o quarto parafuso O mesmo acontece com a instrução parafusar estepe, que pode ser detalhada em: apertar o primeiro parafuso apertar o segundo parafuso apertar o terceiro parafuso apertar o quarto parafuso Mas essas repetições são muito incovenientes, imagine se existissem 20 parafusos! Para solucionar esse problema podemos utilizar uma estrutura de repetição. A figura abaixo mostra o nosso algoritmo modificado para incorporar essa estrutura. Quando o algoritmo é executado, começando do início e seguindo para o losango, se o estepe não estiver vazio, segue-se o caminho da direita e a instrução levantar o carro será executada. A seguir vem a estrutura de repetição e enquanto houver parafuso para desapertar a instrução desapertar parafuso

4 será executada. À cada vez que a instrução desapertar parafuso é executada, o controle do algoritmo volta para verificar se existe parafuso para desapertar. Caso ainda tenha parafuso para desapertar, novamente a instrução desapertar parafuso será executada, caso não tenha parafuso para desapertar a próxima instrução a ser executada é remover o pneu e logo em seguida colocar estepe. Nesse ponto, seguindo a seta, há novamente uma estrutura de repetição e a instrução apertar parafuso será executada enquanto houver parafuso para apertar. Neste caso essa instrução será executada 4 vezes, porque são 4 parafusos. A seguir a instrução abaixar o carro será executada, e por último, seguindo a seta, chega-se ao fim do algoritmo. Agora sim, temos um algoritmo completo para trocar o pneu de um carro. Para chegar a esse algoritmo começamos de uma solução bem geral do problema e prosseguimos até o algoritmo final, sempre aumentando o nível de detalhamento. Mas, será que esse nível de detalhe que chegamos é suficiente? A resposta a essa pergunta é que depende de quem vai executar esse algoritmo. Se for uma pessoa, certamente ela conseguirá trocar o pneu seguindo esses passos. Mas se for, por exemplo, um robô? Dificilmente um robô conseguirá trocar o pneu seguindo os passos do nosso algoritmo.

5 Os nossos algoritmos serão escritos em linguagem algorítmica. Essa linguagem será formalizada nas próximas aulas, por agora, vamos transformar o nosso algoritmo de trocar pneu, representado por um diagrama anteriormente, na língua portuguesa mesmo. 01 início 02 se o estepe estiver vazio então 03 chamar o borracheiro 04 senão 05 levantar o carro 06 enquanto houver parafuso para desapertar faça 07 desapertar parafuso 08 fim do enquanto 09 remover pneu 10 colocar estepe 11 enquanto houver parafuso para apertar faça 12 apertar parafuso 13 fim do enquanto 14 abaixar carro 15 fim do se 16 fim O algoritmo acima funciona da mesma maneira descrita anteriormente. Os números no início de cada linha do algoritmo é somente para ficar mais fácil de comentá-lo aqui nesse texto. O algoritmo começa na linha 01, mas como só existe a palavra início para indicar o início do algoritmo nada é executado. Na linha 02 há uma decisão a ser tomada. Se o estepe estiver vazio, então a instrução chamar o borracheiro, que está na linha 03, será executada. Mas, se o estepe não estiver vazio, então a instrução levantar o carro, que está na linha 05, será executada. Em seguida passa-se para a próxima instrução na linha 06. Enquanto houver parafuso para desapertar a instrução da linha 07 desapertar parafuso será executada. Nesse caso, ela será executada 4 vezes por causa dos 4 parafusos do pneu. Quando não houver mais parafuso para desapertar, passase para a linha 09 e a instrução remover pneu será executada. Em seguida, a instrução da linha 10, colocar estepe, será executada. Na linha 11 há uma estrutura de repetição e enquanto houver parafuso para apertar, a instrução apertar parafuso, da linha 12, será executada. Essa instrução também será executada 4 vezes. Quando não houver mais parafuso para apertar, passa-se à linha 14 e a instrução abaixar o carro será executada. Na linha 15 nada será executado, fim do se, é só para indicar o final da estrutura condicional. Por último, na linha 16, o algoritmo termina. Exercícios Faça um algoritmo para fazer pipoca. Faça um algoritmo para fazer uma ligação telefônica.