Computação e Programação

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1 Computação e Programação MEMec, LEAN - 1º Semestre Aula Teórica 1 Apresentação da disciplina A Computação e a Programação Aplicações à Engenharia Mecânica D.E.M. Área Científica de Controlo Automação e Informática Industrial Alinhamento da AT 1 Apresentação da disciplina A Computação e a Programação Aplicações à Engenharia Computação e Programação 2015 /

2 Corpo docente * Somar a se ligar de fora do IST Prof. João Reis (responsável) joao.c.p.reis@tecnico.ulisboa.pt, Ext: 2190* Prof. Duarte Valério duarte.valerio@tecnico.ulisboa.pt, Ext: 1545* Prof. Mário Ramalho mramalho@tecnico.ulisboa.pt, Ext: 3517* Prof. Carlos Cardeira carlos.cardeira@tecnico.ulisboa.pt, Ext: 1193* Computação e Programação 2015 / Organização das aulas Aulas Teóricas (AT) 3 h semanais Aulas de Problemas (AP) (no laboratório LTI/LEMAC no Pav. de Mecânica II) 1,5 h semanais Horário de Dúvidas (HD) (no Pavilhão de Mecânica III, em local a definir pelo docente) 10 h semanais Computação e Programação 2015 /

3 Créditos 1 crédito ECTS = 28 h de trabalho (inclui actividades presenciais, avaliações e trabalho autónomo). Implica aprox. 105h de trabalho autónomo Computação e Programação 2015 / Objectivos genéricos Desenvolver nos alunos competências que lhes permitam planear, desenvolver e manterprogramas de computador. Ensinando: Uma abordagem sistemática para a criação de programas Como estruturar programas e dados de formas que são comuns a várias linguagens de programação A linguagemespecífica e ferramentas de programação do MATLAB. Computação e Programação 2015 /

4 Programa da disciplina (semana 14 revisões) Tópicos Complementares Trabalhar com Dados Estruturados Conceitos Básicos de Programação semanas 9 a 13 semanas 6 a 9 semanas 1 a 5 Computação e Programação 2015 / Programa da disciplina Conceitos Básicos de Programação Introdução à computação e ao ambiente MATLAB Tipos de dados Operações e expressões Instruções básicas de entrada e saída de dados Selecção Instruções de controlo Repetição Abstracção procedimental e funções definidas pelo programador Abordagem top-down Metodologia de desenvolvimento Algoritmos e documentação Tipos de erros e testes Computação e Programação 2015 /

5 Programa da disciplina Trabalhar com Dados Estruturados Cadeias de caracteres (strings) Conversão entre tipos de dados Abstracção de dados e tipos de dados estruturados Leitura e escrita de ficheiros de texto Algoritmos de manipulação de dados estruturados Vectores e matrizes (arrays) Estruturas (structs) Células (cell arrays) Ordenação Pesquisa Computação e Programação 2015 / Programa da disciplina Tópicos Complementares Recursão Funções Definição e tipos de recursão Métodos recursivos vs. métodos iterativos com número variável de argumentos de entrada e de saída anónimas como argumentos para outras funções Regressões, polinómios e números complexos em MATLAB Introdução à linguagem C Compilação de programas Os Conceitos Básicos de Programação e os Dados Estruturados em C Introdução às interfaces gráficas (GUI) em MATLAB Computação e Programação 2015 /

6 Objectivos concretos Conceitos Básicos de Programação Conhecer os recursos necessários a uma tarefa de computação, as limitações de um computador e os tipos de dados básicos utilizados nessas tarefas Ser capaz de traduzir problemas de programção em sequências de tarefas simples, controladas pelas estruturas de selecção e de repetição Ser capaz de utilizar o conceito de abstracção procedimental para solucionar problemas mais complexos Conhecer os passos básicos da metodologia de desenvolvimento de programas, e ser capaz de produzir documentação adequada Computação e Programação 2015 / Objectivos concretos Trabalhar com Dados Estruturados Conhecer as funções básicas de manipulação de cadeias de caracteres Saber tirar partido das conversões de tipo explícitas e estar consciente das conversões de tipo implícitas que ocorrem nalgumas operações Saber tirar partido do conceito de abstracção de dados para criar programas com capacidade de processar grandes quantidades de informação Saber criar programas que interagem com ficheiros de texto (ASCII) para leitura ou armazenamento de dados Conhecer os algoritmos básicos de ordenação e pesquisa de dados Computação e Programação 2015 /

7 Objectivos concretos Tópicos Complementares Conhecera diferença entre métodos recursivos e métodos iterativos, e saber quais as vantagens e desvantagens do uso da recursão Aprofundar a aplicação da abstracção procedimental tirando partido de algumas ferramentas avançadas associadas às funções no MATLAB Saber transportar os conceitos de programação adquiridos para outras linguagens de programação de paradigma imperativo (por exemplo a linguagem C) Conhecer os principais objectivos das interfaces gráficas e as ferramentas do MATLAB para a sua criação Computação e Programação 2015 / Bibliografia Bibliografia recomendada: MATLAB: A Practical Introduction to Programming and Problem Solving, 1 st, 2 nd or 3 rd Edition, Stormy Attaway, Elsevier The C Programming Language,Second Edition, Brian Kernighan and Dennis Ritchie, Prentice Hall Outros meios: Apresentações das ATs Fichas de trabalho das APs (disponibilizadas na página da disciplina) Computação e Programação 2015 /

8 Avaliação de conhecimentos Projecto(Proj) Entregue em duas etapas (Parte 1 e Parte 2) Prova escrita(pe) (grupos de 2 alunos) Exame em qualquer da épocas (conta o melhor) Componente de avaliação contínua (AC) Atingir os objectivos em 3 actividades propostas, a realizar nas Aulas de Problemas das semanas: de outubro 9 13 de novembro 7 11 de dezembro Computação e Programação 2015 / Requisitos da avaliação Notas mínimas Proj = (35% Parte % Parte 2) 9.5 valores PE 9.5 valores NF 9.5 valores Nota Final NF = 50%Proj +50%PA PA = (PE + AC) 20 valores ACЄ[0, 1] val. consoante forem atingidos os objectivos das 3 actividades ( ) Computação e Programação 2015 /

9 Confirmação de nota Os alunos com NF > 17 valores, bem como os alunos cuja nota NF > PA + 2 valores, poderão ter que realizar uma prova oral para confirmação da classificação. O corpo docente reserva-se o direito de convocar para uma prova oral de confirmação da classificação qualquer grupo com nota de projecto Proj > 9,4 valores. Apenas os elementos do grupo presentes na prova terão direito à nota confirmada. Em caso de dúvida sobre a avaliação de qualquer aluno (pressupondo que foi realizada) o corpo docente reserva-se o direitodeoconvocarparaumaprovaoral. Outros pormenores devem ser consultados na página da disciplina. Computação e Programação 2015 / Datas importantes Inscrições para o projecto: a Publicação do Enunciado do Projecto: ª Entrega do Projecto (Parte 1): ª Entrega do Projecto (Parte 2): Provas de avaliação escrita: Época Normal: Época de Recurso: Computação e Programação 2015 /

10 Horário de Dúvidas NOTA IMPORTANTE: Pede-se aos alunos um aviso por ao docente com 24 horas de antecedência. DV Computação e Programação 2015 / Software essencial MATLAB MATLAB Student (aprox. 35) ( Utilização dos PCs do LEMAC LTI Em alternativa: GNU Octave ( ou FreeMat 4.2 ( Computação e Programação 2015 /

11 Alinhamento da AT 1 Apresentação da disciplina A Computação e a Programação Aplicações à Engenharia Computação e Programação 2015 / 2016 Computação nome feminino 1. ato ou efeito de computar; cálculo, contagem 2. cálculo orçamental 3. INFORMÁTICA tratamento de dados, de informação, através de um computador Infopédia(Porto Editora) (latim computatio, -onis) substantivo feminino 1. Acto ou efeito de computar. = CÁLCULO, CÔMPUTO 2. [Informática] Conjunto de conhecimentos e técnicas referentes ao uso de computadores. 3. [Informática] Processamento automático de dados através de computadores. Dicionário Priberam da Língua Portuguesa Computação e Programação 2015 /

12 Computação Genericamente pode dizer-se que é uma sequência de ações deliberadas que visam a procura de soluções para um dado problema com base nos seus dados de entrada e utilizando um algoritmo. Informação (dados) Entrada Processador Saída Informação (solução) Armazenamento Computação e Programação 2015 / Computação Até meados do século XX o processo de computação baseava-se na utilização de suportes físicos, tipo caneta e papel, recorrendo por vezes a tabelas e ferramentas manuais ou mecânicas. Entretanto com o advento dos computadores digitais, o termo computaçãotem sido associado sobretudo à criação e utilização de programas de computador. Computação e Programação 2015 /

13 Programa substantivo feminino ( ) 9. Conjunto de instruções, de dados ou de expressões registadas num suporte e necessárias para a execução de uma série de determinadas operações, pedidas a um computador. Dicionário Priberam da Língua Portuguesa Um PROGRAMA DE COMPUTADOR é uma sequência de instruções que o computador deve executar para resolver um dado problema. O termo programa é usado normalmente para referir o código fonte ou o arquivo que contém a sua forma executável. O código fonte é um texto codificado que descreve numa dada linguagem de programação o algoritmo da tarefa de computação que o programa pretende realizar. Computação e Programação 2015 / Programa Ponto de vista do utilizador Ponto de vista do programador Código fonte Computação e Programação 2015 /

14 Programação nome feminino ( ) 5. INFORMÁTICA elaboração de um programa para computador Programação é um processo que inclui as fases de: do código fonte. Projecto Escrita Teste Depuração de erros Manutenção Infopédia(Porto Editora) Computação e Programação 2015 / O que se pode aprender em CP Estruturar o raciocínio: como ir do problema ao algoritmo que o resolve Uma linguagem para codificar o algoritmo Técnicas para codificar eficazmente de forma a minimizar o trabalho de depuração de erros, a realização de testes, e facilitar a manutenção do programa Criar código reutilizável noutros problemas Entender o computador como uma ferramenta de cálculo, processamento de dados e decontrolo de dispositivos Computação e Programação 2015 /

15 Alinhamento da AT 1 Apresentação da disciplina Conceito de Computação e de Programação Aplicações à Engenharia Computação e Programação 2015 / 2016 Aplicações à Engenharia Simulação O algoritmo utiliza modelos matemáticos para simular e prever o comportamento de sistemas reais Projecto estrutural Cálculo de interacções físicas Estudo dos fluxos de entidades em linhas de produção ou de serviços Etc. Computação e Programação 2015 /

16 Aplicações à Engenharia Controlo O algoritmo determina (eventualmente com base em modelos matemáticos) as acções a exercer sobre, ou por, sistemas reais tendo em vista um dado objectivo Controlo de máquinas Controlo de processos de produção Controlo de robôs Etc. Computação e Programação 2015 / Aplicações à Engenharia Optimização O algoritmo utiliza modelos matemáticos para garantir a escolha da melhor solução para um determinado problema dado um conjunto de critérios Optimização de projecto mecânico Optimização do desempenho de linhas de produção ou de serviços Etc. Computação e Programação 2015 /

17 Aplicações à Engenharia Monitorização / Registo / Análise de dados O algoritmo faz a gestão da aquisição de dados, e apresenta, analisa e/ou salvaguarda esses dados Etc, etc, etc Computação e Programação 2015 / Exemplos de Aplicações Trabalhos na Área Cientifica de Controlo Automação e Informática Industrial: Robôs móveis Rasteirinhos Robôs Humanóides Robótica aérea Controlo de Robôs Flexíveis Reconstrução da superfície do fémur Cirurgia robótica Sistemas de cuidados de saúde Etc. Computação e Programação 2015 /

18 Robôs móveis Rasteirinho Área: Robótica móvel Objectivo: Controlo de trajectória Ambiente de programação: MATLAB, Simulink, C++ 30 ciclos/seg Computação e Programação 2015 / Robótica Aérea Área: Robótica aérea Objectivo:Controlo de voo (estabilização, trajetória) de veículos aéreos. Ambiente de programação: Simulink, C++ MATLAB, Computação e Programação 2015 /

19 Controlo de Robôs Flexíveis Área: Robótica de manipulação Objectivo: Controlo de vibrações Ambiente de programação: MATLAB, Simulink Computação e Programação 2015 / Reconstrução da superfície do fémur Área:Sistemas de apoio à cirurgia Objectivo:Criar um modelo da superfície de um órgão ou osso com base em imagens médicas Ambiente de programação: MATLAB Computação e Programação 2015 /

20 Cirurgia robótica Área: Robótica cirúrgica Objectivo: Melhorar a precisão em tarefas de cirurgia Ambiente de programação: MATLAB, Simulink Computação e Programação 2015 / Referências As aulas teóricas contêm contribuições dos profs. José Borges e Miguel Silva Computação e Programação 2015 /