Linguagem Computacional. Algoritmos e Programação Parte 1. Prof. Dr. Adriano Cansian Prof. Dr. Leandro Alves Neves. Sumário

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1 Linguagem Computacional Algoritmos e Programação Parte 1 Prof. Dr. Adriano Cansian Prof. Dr. Leandro Alves Neves Sumário n Noções de lógica n Representação do Conhecimento n Lógica na Programação n Lógica e Algoritmo: Resolução de um Problema n Algoritmos: Formas de Apresentação Descrição Narrativa Fluxograma Pseudocódigo Algoritmos: Estruturas Básicas de Controle Sequenciação Seleção Repetição Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1

2 Noções de Lógica n Lógica: estudo filosófico do raciocínio válido. Sequência coerente, regular e obrigatória de acontecimentos. Consequência Lógica Exemplos: Lógica: se Sócrates é homem e todos os homens são mortais, então Sócrates é mortal Definição: se Carlos é solteiro, então ele não é casado Causal: se chover, então o telhado fica molhado Decisão: se o Santos ganhar, eu vou festejar O que essas implicações têm em comum? Não pode acontecer de o antencedente ser verdadeiro e o consequente ser falso 3 Representação do Conhecimento: um exemplo Argumento: sequência de premissas seguida de uma conclusão Formalização de Argumentos 1. Se neva, então faz frio. 2. Está nevando. 3. Logo, está fazendo frio. Representação: Vocabulário p : neve q : frio Formalização {p q, p} = q Conclusão Consequência Lógica Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 2

3 O que é um premissa? Na lógica, uma premissa é uma fórmula considerada hipoteticamente verdadeira, dentro de uma dada inferência. Premissa significa: a proposição, o conteúdo, às informações essenciais que servem de base para um raciocínio, para um estudo que levará a uma conclusão. Inferência constitui-se de duas partes: uma coleção de premissas, e uma conclusão. Lógica na programação n Qual a importância da Lógica na programação? 1. Representar o raciocínio. 2. Permite focar a resolução do problema. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 3

4 Lógica na programação Para desenvolver um software: É preciso representar uma abstração da realidade. Abstração por quê? Porque um software não é algo palpável, real Ele simula uma realidade. Por exemplo: No Facebook, o software estabelece uma realidade de que as pessoas estão se comunicando. Lógica na programação n A construção de um software considera: 1. Representar uma realidade (Abstração e Lógica). 2. Selecionar os dados relacionados ao problema que será resolvido. 3. Processar os dados. 4. Obter os resultados esperados (saída). Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 4

5 Lógica e Algoritmo n Algoritmo: sequência ordenada de operações, e sem ambiguidades, para resolução de um problema q Ex: Receita de Bolo Entradas? Saída? Processos? Descrição dos passos? Lógica e Algoritmo Problema Análise Preliminar Solução Teste de Qualidade Alteração Produto Final Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 5

6 Para fazer um software Então, tecnicamente, para fazer um software temos que: Representar uma realidade. Selecionar de dados que estejam relacionados com o problema a ser resolvido Processar os dados. Obter os dos resultados esperados. (Lembrar da figura do microondas) Adriano Mauro Cansian 11 O Que são dados afinal? Tudo que o software vai processar e devolver. Exemplo: quando anexo uma foto a um , o programa tem que saber como representar aqueles dados da foto dentro da mensagem de . Depois, do outro lado, o software tem que saber representar novamente os dados, para mostrar a foto. Adriano Mauro Cansian 12 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 6

7 Dados & Operações Para resolução de um problema: escolher uma abstração da realidade. Decidir o que é relevante para o problema. informação: é um conjunto de dados. A forma como se representa informação e suas operações estão ligadas Adriano Mauro Cansian 13 Como representar dados Como representar dados? depende do que se vai fazer. não é uma tarefa muito trivial. não existe uma única solução. não existe receita única. a solução de um problema no computador é um modelo. a construção do modelo pode ter muitos níveis de detalhe. Quanto Mais complexo = mais detalhes. Adriano Mauro Cansian 14 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 7

8 Como fazer as operações? A decisão é influenciada pelo problema. Por exemplo: Windows no PC ou Celular Iphone?. Programador focaliza o problema Programador usa linguagens que se concentrar nas características do problema: alto nível. Adriano Mauro Cansian 15 Algoritmo (1) É um processo sistemático para a resolução de problemas: Dois aspectos básicos no estudo de algoritmos correção e análise. Correção: exatidão do método empregado. Análise: verificar a eficiência do algoritmo (ver se a coisa realmente funciona). Adriano Mauro Cansian 16 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 8

9 Algoritmo (2) O algoritmo tem que fornecer uma saída a partir de uma entrada. Ou seja, obter o resultado do problema. Durante o processo, manipula dados gerados a partir de sua entrada. Adriano Mauro Cansian 17 Algoritmo (3) Um algoritmo é projetado em termos de Tipos de Dados. O que é um tipo de dados? É tudo que o computador vai ler, escrever e processar. Pode ser um número digital no teclado, ou pode ser um sensor de infravermelho de um robô para detectar um obstáculo. Veremos mais sobre ler e escrever mais adiante. Adriano Mauro Cansian 18 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 9

10 Algoritmo (4) Como implementar um algoritmo em uma Linguagem de programação? Temos que saber: Como representá-lo nesta linguagem. Quais são as regras e comandos. Quais Tipos de Dados e Operações suportadas pelo computador. Como representar os dados. Usando Estruturas de Dados. Adriano Mauro Cansian 19 Algoritmos & Estruturas de Dados Resolução de um Problema Algoritmo Representação dos passos para resolver um problema. Estrutura de Dados Representação da informação, ou seja, dos dados que serão tratados. Adriano Mauro Cansian 20 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 10

11 Algoritmos Algoritmos - conceitos (1) A palavra algoritmo, à primeira vista, parece-nos estranha. Mas fazemos uso constantemente de algoritmos. Algoritmos frequentemente usados: instruções para se utilizar um aparelho eletrodoméstico; uma receita para preparo de algum prato; a regra para determinação de máximos e mínimos de funções por derivadas sucessivas; Adriano Mauro Cansian 22 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 11

12 Algoritmos - conceitos (2) q Um conjunto finito de regras que provê uma sequência de operações para resolver um tipo de problema específico. [KNUTH] q Sequência ordenada, e não ambígua, de passos que levam à solução de um dado problema. [TREMBLAY] Adriano Mauro Cansian 23 Por que precisamos de algoritmos? A importância do algoritmo está no fato de termos que especificar uma sequência de passos lógicos, para que o computador possa executar uma tarefa qualquer. O computador não tem vontade própria. Faz apenas o que mandamos. Com um algoritmo, podemos conceber uma solução para um dado problema, independente de uma linguagem computacional específica. Adriano Mauro Cansian 24 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 12

13 Algoritmo e Instruções Um texto contendo comandos (instruções) Devem ser executados na ordem especificada. Corresponde a representação concreta. Execução: o algoritmo é um evento dinâmico è ele evolui no tempo. Ele roda. Adriano Mauro Cansian 25 Algoritmo e Instruções Deve utilizar Estruturas Básicas de controle Formas naturais de pensar, e adequadas à construção de algoritmos inteligíveis. Sempre em alto nível. Por exemplo: SE... ENTÃO... SENÃO... Adriano Mauro Cansian 26 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 13

14 Imperativo: ordens! Algoritmo possui um caráter imperativo. Deve-se dar ordens no algoritmo: Uma ação no algoritmo: um comando, ou ordem ( faça / execute / some / imprima ). Ordem executável para obter um efeito desejado. Adriano Mauro Cansian 27 Características dos algoritmos Características e formas de representação Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 14

15 Características dos algoritmos Todo algoritmo deve apresentar algumas características básicas: 1. Não dar margem à dupla interpretação (não ser ambíguo); 2. Ter capacidade de receber dado(s) de entrada; 3. Poder gerar informações de saída; 4. Ser efetivo, ou seja todas as etapas especificadas no algoritmo devem ser alcançáveis em um tempo finito; 5. Ter fim. Adriano Mauro Cansian 29 Formas de apresentação Algoritmos podem ser representados, dentre outras maneiras, por: DESCRIÇÃO NARRATIVA FLUXOGRAMA LINGUAGEM ALGORÍTMICA Pseudo-linguagem, parecida com a linguagem de programação que iremos usa. Adriano Mauro Cansian 30 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 15

16 Descrição narrativa (1) Uso da língua nativa para escrever. Exemplo: Receita de Bolo 1. Selecione 50g manteiga, 2 ovos, 2 Kg de farinha, 500ml leite e 100g fermento. 2. Misture os ingredientes; 3. Despeje a mistura na fôrma de bolo; 4. Leve a fôrma ao forno; 5. Espere 20 minutos; 6. Retire a fôrma do forno; 7. Deixe esfriar; 8. Prove. Adriano Mauro Cansian 31 Descrição narrativa (2) Vantagens: A língua nativa é bastante conhecida; Desvantagens: Imprecisão; Pouca confiabilidade Por causa da imprecisão; Extenso Normalmente, escreve-se muito, para dizer pouca coisa. Adriano Mauro Cansian 32 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 16

17 Fluxograma (1) Utilização de símbolos gráficos para representar algoritmos. No fluxograma existem símbolos padronizados para início, entrada de dados, cálculos, saída de dados, fim, dentre outros. Adriano Mauro Cansian 33 Fluxograma (2) Início Leia NUM Início do algoritmo Entrada do número DOBRO NUM*2 Cálculo do dobro do número Escreva DOBRO Apresentação do resultado Fim Fim do algoritmo Adriano Mauro Cansian 34 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 17

18 Linguagem algorítmica Linguagem Algorítmica (1) Consiste na definição de uma pseudo-linguagem de programação para representar algoritmos; Comandos e instruções são em português ou inglês. Exemplo: Algoritmo CALCULA_DOBRO 1.início 2. Leia NUM 3. DOBRO ß 2 * NUM 4. Escreva DOBRO 5.fim Adriano Mauro Cansian 36 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 18

19 Linguagem Algorítmica (2) Vantagens: Independência da solução. Trata-se de solução lógica apenas. Não interessa quem vai executar. Usa o português como linguagem de base; Pode-se definir quais e como os dados vão estar estruturados; Passagem quase imediata do algoritmo para uma linguagem de programação qualquer. Desvantagens: Exige a definição de uma linguagem não real para trabalho; Não padronizado. Adriano Mauro Cansian 37 Resolvendo um problema manualmente Suponha que desejamos resolver o seguinte problema: A partir de dois números, que serão informados, calcular a adição dos mesmos. Seria bem provável que fosse utilizados os passos a seguir: a. saber quais são os números; b. calcular a soma dos números; c. responder à questão com o valor do resultado. Adriano Mauro Cansian 38 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 19

20 Resolvendo o problema em nosso computador Vejamos como seria resolvido esse mesmo problema em termos das operações básicas citadas anteriormente: a) operação de entrada de dados dos números ; b1) movimento do valor dos números entre a memória e a ULA; b2) operação aritmética de somar os 2 números; b3) movimentação do resultado da ULA para guardar na memória; c) operação de saída do resultado, que está guardado na memória, para o dispositivo de saída desejado. Adriano Mauro Cansian 39 Escrita de algoritmos Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 20

21 Escrita de algoritmos Escrever algoritmos ou programar, consiste em: Dividir qualquer problema em muitos pequenos passos. Usando uma ou mais operações básicas possíveis. Adriano Mauro Cansian 41 Passos, comandos e linguagem (1) Passos que compõem o algoritmo são denominados de comandos. Lembrando: Os comandos de uma linguagem de programação podem ser: De Linguagens de baixo nível. De Linguagens de alto nível. Adriano Mauro Cansian 42 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 21

22 Passos, comandos e linguagem (2) Em uma linguagem de alto nível teríamos uma sequência de comandos assim: Leia X,Y SOMA ß X + Y Escreva SOMA Vamos trabalhar somente com alto nível Adriano Mauro Cansian 43 Estruturas Básicas da Construção de Algoritmos Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 22

23 Estruturas básicas Existem 3 estruturas básicas de controle, nas quais se baseiam os algoritmos: Sequenciação; Decisão; Repetição. Detalharemos cada uma delas, a seguir: Adriano Mauro Cansian 45 Sequenciação (1) Os comandos do algoritmo fazem parte de uma sequência. É importante a ordem na qual se encontram Pois serão executados um de cada vez, estritamente, de acordo com essa ordem. Comando-1 Comando-2 Comando-3 : Comando-n Adriano Mauro Cansian 46 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 23

24 Decisão ou seleção (1) Essa estrutura também é conhecida por estrutura condicional. A execução depende de uma condição acontecer. Vejamos o funcionamento: SE <condição> ENTÃO <executa comando-1> SENÃO <executa comando-2> Ou seja, SE a <condição> for verdadeira (então) será executado o <comando-1> e, em caso contrário (senão), teremos a execução de <comando-2>. Adriano Mauro Cansian 47 Decisão ou seleção (2) A decisão deve ser sempre usada quando há a necessidade de testar alguma condição E, em função desta condição, tomar uma atitude (realizar uma ação). Em nosso dia-a-dia, estamos sempre tomando decisões, vejamos um exemplo: Se tiver dinheiro suficiente, então vou jantar no Habbibs; Caso contrário (senão), vou comer um misto no Chalé; Adriano Mauro Cansian 48 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 24

25 Repetição ou iteração (1) Também é conhecida por looping ou laço. Tarefas individuais são repetidas um número determinado de vezes. Ou tantas vezes quanto uma condição lógica seja satisfeita. Exemplos: a) Vou atirar pedras na vidraça até quebrá-la; b) Baterei cinco pênaltis; c) Enquanto tiver saúde e dinheiro, vou viajar de carro. Adriano Mauro Cansian 49 Repetição ou iteração (2) Ex.(a): vai-se repetir a ação de atirar pedras na janela até que seja satisfeita a condição de quebrar a janela. Ex.(b): haverá a repetição da atitude de bater um pênalti um número determinado de vezes (condição = cinco). Ex. (c): a condição que me permitirá continuar viajando de carro é ter dinheiro e saúde. Adriano Mauro Cansian 50 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 25

26 Alguns exemplos de estruturas Em algoritmos 51 Exemplo: Sequenciação Problema: Trocar uma lâmpada Solução (Algoritmo explorando sequenciação) Algoritmo trocar_lâmpada_versão1 1. pegar uma escada; 2. posicionar a escada embaixo da lâmpada; 3. buscar uma lâmpada nova; 4. subir na escada; 5. retirar lâmpada queimada; 6. colocar lâmpada nova; 7. descer da escada; Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 26

27 Exemplo: Seleção ou Decisão Problema: Trocar uma lâmpada Solução (Algoritmo explorando sequenciação e seleção) Algoritmo trocar_lâmpada_versão2 1. acionar o interruptor; 2. se a lâmpada não acender, então a. pegar uma escada; b. posicionar a escada embaixo da lâmpada; c. buscar uma lâmpada nova; d. subir na escada; e. retirar lâmpada queimada; f. colocar lâmpada nova. g. descer da escada; Exemplo: Repetição Problema: Trocar 10 lâmpadas queimadas Solução (Algoritmo explorando sequenciação, seleção e repetição) Algoritmo trocar_lâmpada_versão3 1. Para 10 lâmpadas, faça i. ir até o interruptor da lâmpada 1 de 10; ii. acionar o interruptor; iii. se a lâmpada não acender, então a. pegar uma escada; b. posicionar a escada embaixo da lâmpada; c. buscar uma lâmpada nova; d. subir na escada; e. retirar lâmpada queimada; f. colocar lâmpada nova; g. Descer da escada; 2. Repetir etapas 1.i até 1.iii. para próxima lâmpada Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 27

28 Conclusão das estruturas básicas A utilização combinada dessas 3 estruturas descritas vai permitir expressar a solução para problemas, usando qualquer que seja a linguagem. Todas as linguagens de programação oferecem essas estruturas. Adriano Mauro Cansian 55 Refinamentos sucessivos (1) Um algoritmo é considerado completo se todos os seus comandos forem do entendimento do seu executor. Um comando que não for do entendimento do executor terá que ser desdobrado em novos comandos, que constituirão um refinamento do comando inicial. E assim sucessivamente, até que os comandos sejam entendidos pelo destinatário. Adriano Mauro Cansian 56 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 28

29 Refinamentos sucessivos (2) Por exemplo, o algoritmo para calcular a média aritmética de dois números, pode ser escrito da seguinte forma: Algoritmo CALCULA_MÉDIA Início Receba os dois números Calcule a média dos dois números Exiba o resultado Fim Adriano Mauro Cansian 57 Refinamentos sucessivos (3) Podemos desdobrar o comando Calcule a média dos dois números em: Soma os dois números Divida o resultado por 2 Após esse refinamento, o algoritmo pode ser considerado completo. Adriano Mauro Cansian 58 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 29

30 Conclusão sobre refinamentos sucessivos À medida que o algoritmo passa a ser maior e mais complexo, esta visão global torna-se menos clara e, neste caso, um algoritmo apresentado com os refinamentos sucessivos separados oferece uma melhor abordagem para quem precisar entendê-lo. Adriano Mauro Cansian 59 Resumo Até aqui vimos: Definições de algoritmos. Características e modelos descritivos dos algoritmos. Linguagem algorítmica. Ambiente, funcionamento e escrita dos algoritmos. Estruturas básicas: seqüenciação, decisão, seleção e repetição Refinamentos sucessivos. Adriano Mauro Cansian 60 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 30