Algoritmos 2 - Introdução

Transcrição

1 DAINF - Departamento de Informática Algoritmos 2 - Introdução Prof. Alex Kutzke ( 19 de Agosto de 2015 Slides adaptados do material produzido pelo Prof. Rodrigo Minetto (

2 Plano de ensino Objetivos Capacitar o aluno a analisar problemas e a determinar quais estruturas de dados e algoritmos são adequados para uma ou mais soluções. Ementa Introduzir o Conceito de Tipos Abstratos de Dados e suas utilizações práticas. Introduzir os algoritmos clássicos de classificação e pesquisa para as estruturas de dados estudadas. Capacitar o aluno a analisar problemas e a determinar quais estruturas de dados e algoritmos são adequados para uma ou mais soluções

3 Conteúdo programático Plano de ensino Introdução às Estruturas de Dados Noção geral de Listas, Pilhas e Filas. Manipulação de Estruturas de Dados Inserção e Remoção em listas; Inserção e Remoção em filas; Inserção e Remoção em pilhas. Métodos de ordenação e busca Ordenação, pelo método bolha, sobre uma sequência. Noções de Árvores Introdução a Árvores Binárias de pesquisa; Pesquisa e operações de atualização em Árvores binárias. Introdução aos Grafos Introdução às estruturas de dados para Grafos. Cadeia de caracteres - Strings Operações sobre cadeia de caracteres;

4 Mas afinal, o que veremos na disciplina? Introdução ao conceito de tipos abstratos de dados (TAD): Fila; Lista; Pilha; Árvore; Grafos (talvez); Introdução aos algoritmos clássicos de classificação e pesquisa; Análise de algoritmos (complexidade); Algoritmos de ordenação.

5 Avaliação 3 Provas 1 Trabalho APS (Trabalho) Nota final = (2. 5P P P T 1 +APS) 10

6 O que é um algoritmo? Informalmente, um algoritmo é um procedimento computacional bem definido que: recebe um conjunto de valores como entrada. produz um conjunto de valores como saída.

7 Equivalentemente, um algoritmo é uma ferramenta para resolver um problema computacional. Este problema define a relação precisa que deve existir entre a entrada e a saída do algoritmo.

8 Exemplos de problemas Problema: Determinar se um número é primo. Entrada: Saída: É um número primo. Entrada: Saída: Não é um número primo.

9 Exemplos de problemas Problema: rearranjar um vetor A[0... n 1] de modo que fique ordenado crescentemente. Definição: A[0... n 1] é crescente se A[0] A[n 1]. Entrada: A = Saída: A = 0 n n

10 Exemplos de problemas Problema: Encontrar uma árvore geradora mínima de um grafo G = (V, E) com custos nas arestas. Entrada: Saída:

11 Uma instância de um problema é um conjunto de valores que serve de entrada para esse.

12 Onde se encontra aplicações para o uso e desenvolvimento de algoritmos? Projeto genoma; Web; Comércio eletrônico; Planejamento da produção de indústrias; Logística de distribuição; Games e filmes. Motivação: é preciso ter uma base MUITO BOA em algoritmos para ser um bom profissional em Computação!

13 Infelizmente, existem certos problemas para os quais não se conhece algoritmos eficientes capazes de resolvê-los. Eles são chamados problemas N P-completos. Curiosamente, não foi provado que tais algoritmos não existem! Interprete isso como um desafio para inteligência humana.

14 Problemas N P-completos tem a característica notável de que se um deles admitir um algoritmo eficiente então todos daquela classe admitem algoritmos eficientes. Por que devo me preocupar com problemas N P-sei-lá-o-quê? Problemas dessa classe surgem em inúmeras situações práticas!

15 Exemplos de problemas N P-completos: Vehicle routing problem: calcular rotas de veículos de entrega de uma distribuidora, minimizando a distância percorrida; Bin packing 3D problem: calcular o número mínimo de containers para transportar um conjunto de caixas com produtos; Facility location problem: calcular a localização e o número mínimo de antenas de celulares para garantir a cobertura de uma certa região geográfica.

16 Além disso, problemas práticos semanticamente diferentes correspondem ao mesmo problema computacional (traveling salesman problem): encontre a rota de menor distância a ser percorrida para uma equipe de técnicos que irá inspecionar um conjunto de semáforos de uma cidade; calcule o comprimento mínimo de ligações metálicas necessárias em um circuito integrado para conectar um conjunto de pontos que devem ter a mesma tensão elétrica.

17 Motivação: é importante saber indentificar quando estamos lidando com um problema N P-completo.

18 O que é importante analisar em um algoritmo? Finitude: o algoritmo pára? Corretude: o algoritmo faz o que promete? Complexidade de tempo: quantas intruções são necessárias no pior caso para resolver o problema?

19 Questões: Introdução Qual a diferença entre um algoritmo e um programa? Qual a relação entre um algoritmo e um tipo abstrato de dados (TAD)?

20 Qual a diferença entre um algoritmo e um programa? Um programa é uma formulação concreta de um algoritmo abstrato, baseado em representações de dados específicas; Os programas são feitos em alguma linguagem que pode ser entendida e seguida pelo computador: Linguagem de máquina; Linguagem de alto nível (uso de compilador).

21 Qual a relação entre um algoritmo e um tipo abstrato de dados (TAD)? Estruturas de Dados e Algoritmos estão intimamente ligados; Em geral, algoritmos trabalham sobre estruturas de dados;

22 Laboratório 1) Escreva um programa que leia n registros (número esse definido em tempo de execução pelo usuário) com os seguintes dados: Primeiro nome RG Salário armazene esses dados em vetor struct (dinâmico). 2) Crie uma função para imprimir esses dados. 3) Crie uma função para modificar o salário de uma determinada pessoa e imprima novamente para verificar a atualização.