ALGORITMOS E PROGRAMAÇÃO I

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1 ALGORITMOS E PROGRAMAÇÃO I 1

2 OBS: Apostila Adaptada ao Interpretador de Linguagem Algorítmica ILA 101, da Universidade do Vale do Rio dos Sinos UNISINOS, utilizada nesse curso para demonstrar a praticidade das estruturas algorítmicas abordadas na disciplina 1 CONCEITOS PRELIMINARES 11 NOÇÕES DE LÓGICA "LÓGICA: coerência de raciocínio, de idéia; seqüência coerente, regular e necessária de acontecimentos, de coisas" (AURÉLIO) "LÓGICA: trata da correção do pensamento; ensina a colocar ordem no pensamento" (FORBELLONE, 1993) Segundo FORBELLONE (1993), o pensamento e suas representações (palavra escrita, palavra falada) sempre vem acompanhado da lógica ou da ilógica Assim, a lógica não é somente importante na teoria como também o é na prática, visto que quando alguém deseja expressar seus pensamentos e se fazer entender através da escrita ou através da fala, necessariamente precisa colocar ordem no pensamento, ou seja, usar a lógica EXEMPLO 1: a gaveta está fechada a bala está na gaveta preciso primeiro abrir a gaveta, para depois pegar a bala EXEMPLO 2: João é mais velho que Pedro Pedro é mais velho que José Logo, João é mais velho que José "A LÓGICA envolve as declarações, pressupostos e operações que definem o que um determinado programa fará A definição da lógica dos programas é, quase sempre, o primeiro passo na resolução de um problema" (XIMENES, 1993) CONCEITO DE ALGORITMO A construção de programas de computadores, em alguns casos, pode ser uma tarefa difícil, não porque o programador seja incompetente, mas devido à complexidade dos problemas Portanto, é importante separar a tarefa de construção de programas em duas fases (FIGURA 1): a fase de resolução do problema e a fase de implementação PROBLEMA ALGORITMO PROGRAMA análise implementação passo difícil FIGURA 1: fases da tarefa de construção de um programa 2

3 No sentido mais geral, um algoritmo é qualquer conjunto finito de instruções que possa ser seguido para a realização de uma tarefa específica ou resolução de um determinado problema (XIMENES, 1993) EXEMPLO 4: Uma receita de culinária: massa folheada Amassar bem todos os ingredientes Deixar repousar por 30 min REPETIR (3 vezes) Abrir a massa Passar margarina Dobrar 3 vezes Deixar repousar por 15 min Abrir a massa Rechear Levar ao forno quente numa forma untada ENQUANTO (não estiver assado) Manter no forno quente EXEMPLO 5: A atividade de um assistente administrativo Fornecer formulário Verificar o preenchimento do formulário SE (preenchimento estiver correto) ENTÃO Arquivar formulário Fornecer protocolo SENÃO Fornecer novo formulário Instruir quanto à forma de preenchimento Na informática, um algoritmo é definido como uma seqüência ordenada e finita de passos, independente da linguagem de programação a ser utilizada para codificá-lo, que leva à solução de um dado problema (XIMENES, 1993) EXEMPLO 6: O cálculo da área de um retângulo Saber o valor da base Saber o valor da altura Multiplicar a base pela altura O valor obtido é o resultado esperado Os algoritmos são utilizados na programação da mesma forma que as receitas de culinária podem ser usadas no preparo das refeições, tanto como solução específica quanto como ponto de partida para experiências A construção de um algoritmo consiste em entender claramente o enunciado do problema 3

4 para que seja possível definir a solução e o que deve ser feito (processamento) Um ALGORITMO, é um texto (do tipo receita de bolo) onde cada linha contém uma ação primitiva (ação elementar, passível de execução por um humano ou uma máquina) A função do algoritmo, que executado, é a de agir (operar) sobre os dados, transformando-os em informações (algumas vezes denominada de dados ou dados operacionais) Entrada Saída de ALGORITMO de Dados Informação FIGURA 2: função do algoritmo - O texto em si não nos interessa, mas sim, o efeito que sua execução possa gerar no decorrer do tempo, isto é, a execução de um algoritmo é um evento dinâmico, evoluindo no tempo - Esta técnica é importante, pois permite a validação da solução do problema antes do programa existir, minimizando o custo (hora máquina) - Todo algoritmo é composto por um grupo de ações primitivas (ações passíveis de execução por um humano ou por uma máquina) - As ações primitivas que utilizaremos na construção de algoritmos serão construções linguísticas da nossa linguagem natural (português) Estamos assumindo que exista um computador hipotético capaz de executá-las - Uma ação é um evento que ocorre em um período de tempo finito e com um efeito bem definido Quando colocamos uma determinada ação em um algoritmo, é porque estamos interessados no efeito que ela irá produzir quando for executado - Construir um algoritmo é descrever um padrão de comportamento, a partir de ações primitivas, possibilitando a reprodução de um evento (mesmo padrão de comportamento) a cada execução do algoritmo 20 - DESENVOLVIMENTO DE ALGORITMOS 21 MEMÓRIA E CONCEITO DE VARIÁVEIS Memória - dispositivo que permite que as instruções a serem executadas e os dados a serem manipulados sejam armazenados temporariamente Variável - Corresponde a uma área de memória, onde o seu conteúdo varia durante a execução do algoritmo Armário Gaveta Nome da Gaveta (rótulo) 4

5 Varável Nome da Variável Memória FIGURA 3: Memória e Variável 22 - TIPOS PRIMITIVOS DE DADOS - são os tipos mais comuns NUMERICO - pode armazenar qualquer valor pertencente ao conjunto dos números inteiros e/ou ao conjunto dos números reais abaixo: CARACTER - pode armazenar apenas 1 elemento pertencente a um dos conjuntos {A, B, C, Z} {0, 1, 2, 9} {?, &, =, +, $, _,,,, /} LÓGICO - pode armazenar apenas as constantes FALSO ou VERDADEIRO 23 - IDENTIFICADORES Os nomes (identificadores) escolhidos para rotular as variáveis devem obedecer às seguintes regras: a) O primeiro caracter deve ser uma letra; b) Os nomes devem ser formados por caracteres pertencentes ao seguinte conjunto: {A, B, C, X, Y, W, Z, 0, 1, 2, 9, _ } c) Os nomes escolhidos devem explicitar seu conteúdo Ex: Total_de_Aunos, Horas_Extras, Total01, etc 24 - DECLARAÇÃO DE VARIÁVEIS E SEUS OPERADORES Declarar uma variável significa reservar uma área (gaveta) na memória, dar-lhe um rótulo (nome) e especificar o seu tipo Ex: VARIAVEIS NUMERICO: Total, Soma, QtdeNotas - Operadores Aritméticos 5

6 Símbolo Função Tipos Disponíveis + Adição inteiro, real - Subtração inteiro, real * Multiplicação inteiro, real / Divisão Real inteiro, real ^ Exponenciação inteiro, real - Operadores Relacionais Símbolo Função Tipos Disponíveis > Maior todos < Menor todos = Igual todos <> Diferente todos >= Maior ou igual que todos <= Menor ou igual que todos - Operadores Lógicos Símbolo Função Tipos Disponíveis E Conjunção lógico OU Disjunção lógico NAO Negação lógico 25 - FUNÇÕES PRIMITIVAS Função RESTO SEN(x) ASEN(x) COS(x) ACOS(x) Finalidade Resto da divisão inteira Calcula o seno de um número Calcula o arco seno de um número Calcula o co-seno de um número Calcula o arco co-seno de um número 6

7 TAN(x) Calcula a tangente de um número ATAN(x) Calcula o arco tangente de um número ALEATORIO Devolve um número aleatório entre 0 e 1 INTEIRO(x) Extrai de um número qualquer somente a sua parte inteira VALOR(x) Converte o conteúdo de uma variável caracter em numérico LOG(x) Calcula etorna o logaritmo de x na base (2) RAIZ(x) Calcula a raiz qualquer de um número 26 - PRIORIDADE DE EXECUÇÃO DOS OPERADORES NAS EXPRESSÕES MISTAS Durante a execução de uma expressão que envolve vários operadores, é necessária a existência de prioridades, caso contrário poderemos obter valores que não representam o resultado esperado Prioridade O p e r a ç õ e s 1 Efetuar operações embutidas em parênteses mais internos 2 Efetuar funções 3 Potenciação 4 Efetuar multiplicação e/ou divisão 5 Efetuar adição e/ou subtração 6 Operadores lógicos 7 Operadores relacionais 27 - DECLARAÇÃO DE CONSTANTES Uma constante é um determinado valor fixo que não se modifica ao longo do tempo, durante a execução do algoritmo (programa) Exemplo: VARIAVEIS NUMERICO Numero_de_Avalicoes, Numero_de_Alunos, Numero_de_Vagas, INICIO Numero_de_Avalicoes = 4 Numero_de_Alunos = 40 Numero_de_Vagas = 45 FIM 7

8 28 - COMANDO DE ATRIBUIÇÃO Comando é a descrição de uma ação a ser executada em um dado momento Para atribuirmos um valor a uma variável usaremos o seguinte comando: Total = COMANDOS DE ENTRADA E SAÍDA Não estamos interessados nas formas de entrada e saída de dados, mas sim em como construir algoritmos que transformem dados em informações Neste caso, iremos nos restringir ao uso de um único comando de entrada (leitura dos dados) e um único comando de saída (escrita das informações) Entrada de Dados LER ALGORITMO Saída de Informação ESCREVER FIGURA 4: Entrada/Saída SINTAXE DOS COMANDOS DE ENTRADA E SAÍDA LER d1 LER d2 LER dn onde d1, d2,, dn são dados lidos de um dispositivo qualquer ESCREVER (i1, i2,, in) onde i1, i2,, in são informações que serão escritas em um dispositivo qualquer EXEMPLO: Construir um algoritmo que: leia duas notas, calcule a média aritmética e escreva o resultado //algoritmo para calcular a média entre duas notas // VARIAVEIS NUMERICO QtdeNotas, Nota1, Nota2, Media INICIO 8

9 // Entrada de dados LER Nota1 LER Nota2 //Processamento Media = (Nota1 + Nota2) / QtdeNotas // Saída de informações ESCREVER A média entre as duas notas =, média) FIM Obs: Os comentários podem ser introduzidos em qualquer ponto do algoritmo, bastando que estejam após barras // - Na saída de informações ESCREVER, o que está entre aspas é um comentário e não afeta o resultado ] 30 - ESTRUTURA DE CONTROLE DE FLUXO Durante a execução de um programa as ações primitivas (instruções) nem sempre são executadas na mesma ordem em que foram escritas Isto ocorre porque muitas vezes temos interesse em fazer com que o computador execute um sequência de ações repetidas vezes, neste caso, devemos fazer com que o computador abandone o fluxo natural de execuções (de cima para baixo) e volte a executar a sequência de ações que desejamos Essas estruturas nos permitirão desenvolver programas claros, compactos e estruturados 31 - BLOCO É uma sequência de ações primitivas, que como um todo, possui uma função bem definida Exemplo: INICIO Sequência de ações primitivas FIM 32 - SEQUÊNCIA SIMPLES É um conjunto de ações primitivas que serão executadas numa sequência linear de cima para baixo, isto é, serão executadas na mesma ordem em que foram escritas Exemplo: VARIAVEIS Lista de variáveis 9

10 INICIO ação_primitiva01 ação_primitiva02 ação_primitivan FIM 33 - ESTRUTURAS ALTERNATIVAS Podemos fazer com que um bloco seja ou não executado, dependendo do resultado obtido na inspeção de uma condição, que pode ser falso ou verdadeiro ALTERNATIVA SIMPLES SE (condição_a) ENTAO ação_primitiva FIM_SE Observação: Se (condição_a) for satisfeita, então a ação primitiva será executada (condição_a) é uma expressão lógica que, quando inspecionada, pode gerar um resultado falso ou verdadeiro ALTERNATIVA COMPOSTA SE (condição_a) ENTAO ação_primitiva01; SENAO ação_primitiva02; FIM_SE Observação: Se (condição_a) for satisfeita, então apenas a ação_primitiva01, caso contrário, (SENÃO) apenas a ação_primitiva02" será executada ALTERNATIVAS ANINHADAS Podemos agrupar várias alternativas a fim de inspecionar uma ou mais condições SE (condição01) ENTAO ação_primitiva01 SENAO SE (condição02) ENTAO ação_primitiva02 SENAO SE (condição03) ENTAO 10

11 ação_primitiva03 FIM_SE FIM_SE FIM_SE Se condição01" for satisfeita, então a ação_primitiva01" será executada, caso contrário, (SENAO) a condição02" será inspecionada e se for satisfeita, então a ação_primitiva02" será executada, caso contrário (SENAO) a condição03" será inspecionada e se for satisfeita, então a ação_primitiva03" será executada 34 - ALTERNATIVA DE MÚLTIPLA ESCOLHA FACA CASO Opcao CASO Opcao=v1 : ação_primitiva01 CASO Opcao=v2 : ação_primitiva02 CASO Opcao=v3 : ação_primitiva03 FIM_CASO Caso o conteúdo da variável Opcao seja igual ao valor vn então a ação_primitivan será executada, caso contrário, o próximo caso será inspecionado FACA CASO Opcao CASO Opcao=v1 : ação_primitiva01 CASO Opcao=v2 : ação_primitiva02 CASO Opcao=v3 : ação_primitiva03 OUTRO_CASO : ação_primitiva04 FIM_CASO Caso o conteúdo da variável Opcao seja igual ao valor vn então a ação_primitivan será executada, caso contrário, a ação_primitiva04" executada 34 - ESTRUTURAS DE REPETIÇÃO Muitas vezes temos necessidade de repetir uma sequência de ações primitivas (bloco) O número de repetições pode ser indeterminado, porém finito, caso contrário o algoritmo não teria sentido, pois sua execução gastaria um tempo infinito 341 Estrutura: FACA ENQUANTO Permite que um bloco ou uma ação primitiva seja repetida, enquanto uma determinada condição for satisfeita FACA ENQUANTO (condição_laço) ação_primitiva01 11

12 ação_primitiva02 ação_primitiva03 ação_primitivan; FIM_ENQUANTO 342 Estrutura: REPITA Esta estrutura permite que um bloco ou uma ação primitiva seja repetida até que uma determinada condição seja satisfeita REPITA ação_primitiva01 ação_primitiva02 ação_primitiva03 ação_primitivan; ATE(condição_laço); FIM_REPITA OBS: A diferença básica entre as estruturas FACA ENQUANTO e REPITA é que nesta última, o bloco é executado pelo menos uma vez independente da validade da condição, isto ocorre porque a inspeção da condição é feita após a execução do bloco Essa estrutura não é utilizada no ILA 343 Estrutura: PARA Nas estruturas de repetição, apresentadas até o momento, é difícil sabermos exatamente quantas vezes o bloco será executado, sabemos apenas que ele será executado enquanto uma condição for satisfeita FACA ENQUANTO, ou até que uma condição seja satisfeita REPITA Iremos apresentar uma estrutura capaz de repetir a execução do bloco um número bem definido de vezes O controle do número de repetições é feito automaticamente por uma variável chamada de variável de controle, esta variável é atualizada (incrementada) após cada execução do bloco PARA variável_de_controle = expressão1 ATE número_de_repetições PASSO expressão2 FACA ação_primitiva01 ação_primitiva02 ação_primitiva03 ação_primitivan PROXIMO OBS: Ao contrário das estruturas de repetição vistas anteriormente, esta estrutura não permite que sua variável de controle, sofra alteração no interior do bloco, pois sua atualização é automática 12

13 30 - ESTRUTURA DE DADOS (introdução) 31 - ESTRUTURAS DE DADOS HOMOGÊNEAS 311 VETORES e MATRIZES Esta estrutura permite a definição de um conjunto limitado de variáveis (todas do mesmo tipo e virtualmente com o mesmo nome) acessíveis por um índice Por este motivo, algumas vezes, esta estrutura é chamada de variáveis indexadas Exemplo 1: Supondo que um aluno tenha 04 (quatro) notas, podemos declarar as variáveis necessárias para armazená-las da seguinte forma: VARIAVEIS MATRIZ NUMERICO Notas[4] Exemplo 2: Supondo que tenhas uma turma de 40 (quarenta) alunos e suas 04 (quatro) notas, podemos declarar as variáveis necessárias para armazená-las da seguinte forma: VARIAVEIS MATRIZ NUMERICO Quadro_de_Notas[40,4] 13

14 Bibliografia: PINTO, Wilson Silva Introdução ao Desenvolvimento de Algoritmos e Estrutura de dados 2ª ed SP Érica, 1990 ILA 101 Interpretador de Linguagem Algorítmica Universidade do Vale do Rio dos Sino - UNISINOS ALGORITMOS (Curso de Ciência da Computação) Universidade do Vale do Itajaí Campus VII São José Professora: Joyce Martins 14