Processamento da informação. Prof. Fabrício Olivetti de França

Transcrição

1 Processamento da informação Prof. Fabrício Olivetti de França

2 Informação Do latim, informatio onis, conceber ideia.

3 Conceber Ideia Preciso que você encontre a derivada de log(x)!

4 Conceber Ideia Encontre uma forma de construir isso com segurança máxima e gastando apenas R$ ,00.

5 Conceber Ideia

6 Conceber Ideia MARTELE ESSE PREGO NA TÁBUA!

7 Conceber Ideia O prego que já está na tábua ou colocar o outro prego na tábua??!

8 Conceber Ideia

9 Conceber Ideia #$!% ?

10 Objetivo do Curso Ensinar o pensamento computacional para resolver problemas e descrevê-los de forma clara. Como explicar um algoritmo para o computador a uma linguagem de programação.

11 Metodologia 3 horas de aulas teóricas + 2 horas de aulas práticas.

12 Material de Aula No site: /courses/processamentoinformacao/ E códigos exemplos no github:

13 Conceitos de Programação 13

14 Conceitos de Programação A computação está relacionada com a execução de um procedimento bem definido para a solução de um problema. Não necessariamente está ligado a fazer isso utilizando um computador. 14

15 Conceitos de Programação Algoritmo é a descrição da solução do problema computável. O termo vem de al-khwarizmi, um dos percursores da algebra. 15

16 Conceitos de Programação O primeiro algoritmo que se tem conhecimento é o Algoritmo de Euclides, utilizado para calcular o Máximo Divisor Comum. 16

17 Conceitos de Programação Dados dois números inteiros m, n. 1. [Encontre o resto] Divida m por n e guarde o resto r (temos que 0 < r < n) 2. [Encontrei a resposta?] Se r==0, o algoritmo termina e n é a resposta 3. [Reduzir o problema] Faça m=n e n=r e retorne ao passo 1 17

18 Propriedades de um Algoritmo 1. Finitude: um algoritmo deve SEMPRE terminar em um período finito de tempo. O algoritmo de Euclides é finito, pois n é um inteiro que sempre decresce, necessariamente atingindo zero. 18

19 Propriedades de um Algoritmo 2. Desambiguidade: não pode haver ambiguidade em qualquer instrução do algoritmo. 19

20 Propriedades de um Algoritmo 3. Entrada: o algoritmo pode requisitar 0 (zero) ou mais entradas como condições iniciais. 20

21 Propriedades de um Algoritmo 4. Saída: o algoritmo deve ter uma ou mais saídas com a resposta do problema. 21

22 Notações e Exemplo

23 Notações == representa a RELAÇÃO de igualdade (comparação) entre dois valores = tem o sentido de atribuição ou substituição dos valores de uma variável matemática (x = y, x agora tem o valor de y).

24 Notações Se quisermos alterar o valor de uma variável por uma constante (por exemplo, 1), fazemos: x = x + 1

25 Notações Note, no algoritmo, que a ordem dos passos descritos tem importância: m = n, n = r é diferente de n = r, m = n

26 Exemplo Vamos verificar se o algoritmo de Euclides funciona: Dado m=68 e n=119 Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68

27 Exemplo Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68

28 Exemplo Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68 Passo 1: r = 51 Passo 2: r==0? Não

29 Exemplo Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68 Passo 1: r = 51 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 68, n = 51

30 Exemplo Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68 Passo 1: r = 51 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 68, n = 51 Passo 1: r = 17 Passo 2: r==0? Não

31 Exemplo Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68 Passo 1: r = 51 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 68, n = 51 Passo 1: r = 17 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 51, n = 17

32 Exemplo Passo 1: dividir m/n e encontrar o resto r; r = 68 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 119, n = 68 Passo 1: r = 51 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 68, n = 51 Passo 1: r = 17 Passo 2: r==0? Não Passo 3: m = 51, n = 17 Passo 1: r = 0 Passo 2: r==0? Sim

33 Linguagem de Programação Aprendemos como descrever um algoritmo na nossa própria linguagem. Qualquer aluno do BC&T consegue ler aquelas descrições e efetuar o cálculo do MDC. Mas e se m e n forem números muito grandes? Levaríamos muito tempo para calcular...

34 Linguagem de Programação Para efetuar tais cálculos é interessante usarmos o computador para automatizar essa tarefa. Se as regras dos cálculos estão bem descritas, o computador não terá problemas em entender né?

35 Linguagem de Programação Mas...temos que lembrar que os computadores só entendem 0s e 1s... Precisamos então de um dicionário que traduza aquelas instruções para sequências de bits que o computador entenda.

36 Linguagem de Programação Linguagem de Programação é uma linguagem bem definida e sem ambiguidades utilizada para se comunicar com o computador. 36

37 Linguagem de Programação Inicialmente consistia em um conjunto limitados de instruções, pré-definidos pelo processador do computador e um conjunto fixo de espaços de memória para serem utilizadas como variáveis do algoritmo. 37

38 Exemplo Linguagem de Máquina Código OP Endereço Valor add eax

39 Algoritmo de Euclides em Ling. Maq. mov esi, 68 # m = 68 mov ebx, 119 # n = 119 jmp.l2 # vai para o passo 2.L3: mov ebx, edx # n = r.l2: mov eax, ebx idiv esi # EAX = m / n (EAX), EDX = r mov esi, ebx # m = n test edx, edx # verifica se o resto é zero jne.l3 # se teste anterior não zero, vai para L3 39

40 Linguagem de Máquina Além da dificuldade em entender o que cada instrução faz e a limitação de trabalhar com registradores, o entendimento do fluxo do algoritmo é prejudicado. 40

41 Linguagem de Alto Nível Para resolver esses problemas, foram criadas linguagens de programação que serviriam como intermediários entre a linguagem de máquina e o programador. 41

42 Linguagem de Alto Nível Os objetivos dessas linguagens eram: Ter um conjunto de instruções próximas da linguagem natural Minimizar o número de instruções para tarefas frequentes Ter o máximo de controle sobre o computador, mas sem a necessidade de entendê-lo completamente 42

43 Compilador x Interpretador Compiladas: o código-fonte é traduzido para código de máquina e escrito em um arquivo executável. Interpretadas: o código-fonte é traduzido para instruções de máquina em tempo de execução. 43

44 Algoritmo de Euclides em Java /* valores iniciais */ int m = 68; int n = 119; int r = m%n; /* reduz o problema para um problema mais simples */ while( r!=0 ){ m = n; n = r; r = m%n; } 44

45 Solução de Problemas Perceberemos ao longo do curso que a solução de muitos problemas consiste em reduzí-los para um problema mais simples em que a solução é trivial. 45

46 Java

47 Linguagem de Programação No JAVA todo programa começa com as seguintes instruções: class NOME { public static void main (String[] args) { // o algoritmo é escrito aqui } }

48 Linguagem de Programação No JAVA todo programa começa com as seguintes instruções: class NOME { } Nome do programa, deve ser o mesmo do nome do arquivo onde está escrevendo. public static void main (String[] args) { // o algoritmo é escrito aqui } Marca o início do programa.

49 Linguagem de Programação No JAVA todo programa começa com as seguintes instruções: class NOME { public static void main (String[] args) { // o algoritmo é escrito aqui } } MARCA OS BLOCOS DE INSTRUÇÕES: tudo que está dentro do {} pertence ao programa

50 Linguagem de Programação No JAVA todo programa começa com as seguintes instruções: class NOME { public static void main (String[] args) { // o algoritmo é escrito aqui } } Comentários: o computador ignora tudo que tem após // na mesma linha

51 Linguagem de Programação Na aula teórica, para simplificar, vamos ignorar essa parte e escrever apenas o que tem dentro do bloco {} class NOME { public static void main (String[] args) { // o algoritmo é escrito aqui } }

52 Linguagem de Programação Na aula teórica, para simplificar, vamos ignorar essa parte e escrever apenas o que tem dentro do bloco {} NOME { // o algoritmo é escrito aqui }

53 Cálculo da Média Dados dois números m, n calcular a média aritmética. 1. [Soma e divida] Some m com n e divida por 2, retorne o resultado 53

54 Cálculo de Média MEDIA { Dado m e n Some m com n e divida por 2, retorne o resultado }

55 Cálculo de Média MEDIA { Dado m e n Some m com n e divida por 2, retorne o resultado }???

56 Cálculo de Média O conceito de variáveis matemáticas é entendida pelo computador como valores que ele deve memorizar! Dado m,n => Memorize os valores de m e n

57 Cálculo de Média O computador precisa saber que tipo de valores você quer que ele memorize para gerenciar o uso de sua memória (que é limitada). Alguns tipos possíveis são: numéricos, lógicos e textuais.

58 Tipos Numéricos Para tipos numéricos com valores inteiros, positivos ou negativos, temos: Nome Memória Mínimo Máximo byte 1 byte short 2 bytes int 4 bytes long 8 bytes

59 Tipos Numéricos Para tipos numéricos com valores fracionários, positivos ou negativos, temos: Nome float double Memória 4 bytes 8 bytes

60 Cálculo de Média O ; indica o final da instrução MEDIA { double m, n; Some m com n e divida por 2, retorne o resultado }???

61 NOME DE VARIÁVEIS Use nomes de variáveis que descrevam de forma sucinta o que ela representa: double media; ok double mediaentredoisnumeros; x

62 NOME DE VARIÁVEIS Não use acentos ou símbolos para o nome: double media; double média; double média ; ok x x

63 NOME DE VARIÁVEIS O Java diferencia maiúsculas de minúsculas: double media, Media; Para saber mais:

64 Entrada de Dados Para obtermos uma entrada de dados do usuário, utilizaremos uma instrução chamada Scanner. Primeiro dizemos ao computador que queremos pegar entrada do usuário com: Scanner leitor = new Scanner(System.in); Depois requisitamos as entradas com: m = leitor.nextdouble();

65 Entrada de Dados Atente que devemos substituir XXX no comando nextxxx() pelo tipo do valor que queremos obter (com a primeira letra em maiúscula): nextbyte() nextint() nextlong() nextdouble()...

66 Entrada de Dados Para usarmos o Scanner em nossos códigos, temos que escrever, antes da linha class NOME, a seguinte instrução: import java.util.scanner;

67 Entrada de Dados Na aula teórica vamos ignorar tudo isso e usar apenas os comandos nextxxx() diretamente! Mas não esqueçam de incluir isso nos códigos da aula prática!

68 Cálculo de Média MEDIA { double m, n; m = nextdouble(); n = nextdouble(); Some m com n e divida por 2, retorne o resultado }???

69 Operadores Como o computador é uma máquina avançada de calcular, existem diversos operadores matemáticos prontos para serem usados: + soma dois números - subtrai dois números * multiplica dois números / divide um número pelo outro % resto da divisão

70 Operadores Avançado: o Java conta com diversas funções matemáticas para serem usadas /Math.html Para saber mais:

71 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; }

72 Saída Para mostrar o resultado na tela, usaremos o comando System.out.println( saida ) Podemos combinar texto com os valores de nossas variáveis utilizando o operador + Para simplificar, utilizaremos apenas println()

73 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; println( Media = +media); }

74 Vamos testar! Digamos que a entrada é: m = 10 n = 5

75 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; println( Media = +media); } vou guardar 3 valores float

76 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; println( Media = +media); } o 1º. valor é 10

77 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; println( Media = +media); } o 2º. valor é 5

78 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; println( Media = +media); } armazena 10+5/2 em media

79 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = m+n/2; println( Media = +media); } Media = 12.5

80 Ordem de Operações A expressão / 5 é ambígua! O que devo calcular primeiro? Dependendo da escolha da ordem, o resultado muda!

81 Ordem de Operações O computador segue uma regra de precedência das operações, que define a ordem em que ele irá calcular: 1as. operações: * e / e % 2as. operações: + e em caso de empate, da esquerda para direita.

82 Ordem de Operações No caso de / 5 ele vai fazer primeiro 2/5 e depois o resultado + 10.

83 Ordem de Operações Para definir nossa própria precedência utilizamos parênteses! (10 + 2)/5 Para saber mais:

84 Cálculo de Média MEDIA { double m, n, media; m = nextdouble(); n = nextdouble(); media = (m+n)/2; println( Media = +media); } Media = 7.5 código completo:

85 Cálculo da Média Dados dois números m, n calcular a média aritmética. 1. [Soma] Some m com n 2. [Divisão] Divida o resultado do passo anterior por 2 e retorne o novo resultado 85

86 Exercícios da Teoria Os exercícios na parte teórica (e isso pode incluir a prova) serão feitos em duas partes: 1) Descrição textual do algoritmo (vide slide anterior) 2) Código Java (na teoria pode ser o simplificado utilizado nos slides)

87 Exercícios

88 Exercício 1 Descreva um algoritmo para resolver a equação: a.x2 + b.x + c = 0 Defina a entrada e a saída e o procedimento para efetuar o cálculo de forma clara e desambígua.

89 Exercício 2 Descreva um algoritmo para calcular a média ponderada entre dois números, a e b, utilizando um peso 0 <= w <= 1. A média ponderada é dada por: w * a + (1-w) * b Algo pode dar errado?

90 Atividade para treinar em casa I Implemente um algoritmo para converter uma temperatura em Celsius para Kelvin e Fahrenheit: pesquise as fórmulas de conversão, defina os tipos de variáveis, descreva o seu algoritmo textualmente, implemente na linguagem Java.

91 Atividade para treinar em casa II Implemente um algoritmo para converter a idade da pessoa em anos para segundos. A conversão proposta é precisa? Crie soluções para torná-la mais próxima do real!

92 Atividade para treinar em casa III Implemente vários programas que calcula área e volume de formas geométricas: Retângulo Triângulo Circunferência Cubo Esfera Pirâmide

93 Resumo

94 Estrutura Básica de um Programa - Java import java.util.scanner; // vamos usar Scanner class NOMEPROGRAMA { public static void main (String[] args) { // sequencia de comandos } }

95 Estrutura Básica de um Programa - Java int x; // vou precisar de uma variável com nome x e contendo valores do tipo int Scanner leitor = new Scanner(System.in); // vou pegar entradas do usuário x = leitor.nextint(); // pega um valor inteiro do usuário System.out.prinln( X = +x); // imprime na tela

96 Estrutura Básica de um Programa - Java x = y+z; // soma os valores de y e z e armazena em x x = (y+z)*2; // soma os valores de y e z, multiplica o resultado por 2 e armazena em x x = x%y; // x agora tem o valor do resto da divisão de x por y