Algoritmo Prog UCV

Universidad Central de VenezuelaFacultad de Ciencias Escuela de Computación Lecturas en Ciencias de la Computación ISSN 1316-6239 Algoritmos y Programación Prof. Ana Vanesa Leguizamo León ND 2007-01 CENEAC Caracas, Enero, 2007. Universidad Central de Venezuela Facultad de Ciencias Escuela de Computación Algoritmos y Programación Notas de Docencia Ana Vanessa Leguízamo León [email protected] Caracas, Enero 2007 2 CONTENIDO INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................ 1 TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN......................................................................... 2 CONCEPTOS BÁSICOS.................................................................................................................................. 2 Hardware: ............................................................................................................................................. 2 Software:................................................................................................................................................ 3 El lenguaje ensamblador ....................................................................................................................... 4 Lenguaje de programación:................................................................................................................... 4 Algoritmo............................................................................................................................................... 6 Programa............................................................................................................................................... 7 CONSTRUCCIÓN DE PROGRAMAS ................................................................................................................ 7 Estructuración por acciones.................................................................................................................. 8 Estructuración por objetos .................................................................................................................... 8 CALIDAD DE UN PROGRAMA: ...................................................................................................................... 8 TEMA 2: ACCIONES ELEMENTALES ................................................................................................ 10 NOTACIÓN ALGORÍTMICA:........................................................................................................................ 10 Valores no estructurados o elementales: ............................................................................................. 10 Valores estructurados:......................................................................................................................... 10 Constantes: .......................................................................................................................................... 10 Variables: ............................................................................................................................................ 10 Expresiones: ........................................................................................................................................ 10 Tipo de Dato:....................................................................................................................................... 11 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS DE LOS TIPOS DE DATOS .......................................................................... 11 CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE DATOS................................................................................................... 11 TIPOS DE DATOS NO ESTRUCTURADOS ...................................................................................................... 12 Tipo Entero:......................................................................................................................................... 12 Tipo Real: ............................................................................................................................................ 12 Tipo Caracter: ..................................................................................................................................... 13 Tipo Lógico: ........................................................................................................................................ 13 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 14 PRIORIDAD DE OPERADORES ..................................................................................................................... 14 TEMA 3: ACCIONES ELEMENTALES ................................................................................................ 16 DECLARACIÓN DE VARIABLES.................................................................................................................. 16 ACCIONES ELEMENTALES ......................................................................................................................... 16 Asignación:.......................................................................................................................................... 16 Secuenciamiento:................................................................................................................................. 17 Entrada Simple .................................................................................................................................... 18 Salida Simple ....................................................................................................................................... 18 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 18 TEMA 4: INTRODUCCIÓN AL ENFOQUE ORIENTADO A OBJETOS......................................... 22 PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS .................................................................................................. 22 Objeto: ................................................................................................................................................. 22 Identidad de un objeto ......................................................................................................................... 22 Estado de un objeto: ............................................................................................................................ 22 Comportamiento de un objeto.............................................................................................................. 23 CLASES ..................................................................................................................................................... 23 Atributos: ............................................................................................................................................. 24 Métodos: .............................................................................................................................................. 24 ELEMENTOS DE LA POO. .......................................................................................................................... 25 Abstracción.......................................................................................................................................... 25 Encapsulación (Ocultamiento de información) ................................................................................... 25 Modularidad ........................................................................................................................................ 25 Polimorfismo ....................................................................................................................................... 25 DEFINICIÓN DE CLASES............................................................................................................................. 26 RELACIONES ENTRE CLASES...................................................................................................................... 27 3 Herencia: ............................................................................................................................................. 27 Agregación: ......................................................................................................................................... 28 Composición:....................................................................................................................................... 28 Asociación: .......................................................................................................................................... 28 Navegabilidad...................................................................................................................................... 29 Rol........................................................................................................................................................ 30 CLASE ABSTRACTA................................................................................................................................... 31 TEMA 5: ESTRUCTURAS DE CONTROL ........................................................................................... 32 FORMAS DE COMPOSICIÓN DE ACCIONES................................................................................................... 32 SELECCIÓN MÚLTIPLE .............................................................................................................................. 32 SELECCIÓN SIMPLE................................................................................................................................... 33 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 34 ESTRUCTURAS ITERATIVAS....................................................................................................................... 36 Repetir ................................................................................................................................................. 36 Mientras............................................................................................................................................... 38 Para ..................................................................................................................................................... 39 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 40 TEMA 6: CLASES Y MÉTODOS............................................................................................................ 43 IMPLEMENTACIÓN DE UNA CLASE............................................................................................................. 43 CREACIÓN DE OBJETOS ............................................................................................................................. 44 MÉTODOS: ................................................................................................................................................ 45 Métodos: Acciones............................................................................................................................... 45 Métodos: Función................................................................................................................................ 46 PARÁMETROS............................................................................................................................................ 46 Parámetros actuales:........................................................................................................................... 46 Parámetros formales: .......................................................................................................................... 46 TIPOS DE PASE DE PARÁMETROS ............................................................................................................... 47 LLAMADA (O USO) DE UN MÉTODO ........................................................................................................... 47 AMBIENTE DE REFERENCIACIÓN............................................................................................................... 48 Objetos No locales a una acción: ........................................................................................................ 48 Objetos locales a una acción:.............................................................................................................. 48 TEMA 7: TIPOS DE DATOS ESTRUCTURADOS............................................................................... 50 ESTRUCTURA DE DATOS............................................................................................................................ 50 ARREGLOS ................................................................................................................................................ 50 Acceso a los elementos de un arreglo.................................................................................................. 51 Operación Constructora:..................................................................................................................... 51 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 52 ARREGLOS MULTIDIMENSIONALES........................................................................................................... 53 ARREGLO BIDIMENSIONAL........................................................................................................................ 54 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 55 ALGORITMOS DE ORDENAMIENTO............................................................................................................ 56 Selección Directa................................................................................................................................. 56 Inserción Directa................................................................................................................................. 57 Burbujas............................................................................................................................................... 59 ALGORITMOS DE BÚSQUEDA .................................................................................................................... 59 Búsqueda Lineal .................................................................................................................................. 60 Búsqueda Lineal (Arreglo Ordenado) ................................................................................................. 60 Búsqueda Binaria ................................................................................................................................ 60 ARCHIVOS................................................................................................................................................. 61 Operaciones Básicas sobre Archivos................................................................................................... 62 Operaciones de Entrada y Salida ........................................................................................................ 63 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 64 REGISTROS................................................................................................................................................ 64 Acceso a los elementos de un Registro ................................................................................................ 65 Ejercicios Resueltos: ........................................................................................................................... 66 REFERENCIAS ..........................................................................................................................................69 1 INTRODUCCIÓN Las presentes Notas de Docencia han sido realizadas con el fin de unificar los conceptos básicos de programación impartidos a los alumnos de Algoritmos y Programación, así como la notación utilizada para escribir los algoritmos que se produzcan. Esta información es producto de los aportes de varios profesores que han dictado la materia, y han sido recopilados y adaptados para producir una guía completa, con conceptos teóricos y ejercicios resueltos que sirva de referencia a los estudiantes. Este contenido está adaptado a la última revisión hecha al pensum de la Licenciatura en Septiembre de 2004, así incluye siete capítulos que se corresponden con los temas establecidos para el programa de la asignatura Algoritmos y Programación, a saber: Introducción a la Programación, Tipos de Datos Elementales, Acciones Elementales, Introducción al Enfoque Orientado a Objetos, Estructuras de Control, Clases y Métodos y Tipos de Datos Estructurados. 2 TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN Organización del Computador. Conceptos de algoritmo, dato, información, lenguaje natural, lenguaje pseudo-formal, lenguaje de programación, programa. Principio de abstracción. Refinamiento progresivo y estrategia divide y vencerás CONCEPTOS BÁSICOS Computador: es un dispositivo electrónico utilizado para procesar los datos en forma automática y obtener resultados. Los datos se pueden introducir en el computador como entrada y se procesan para producir la información de salida. Un Ambiente de Computación está formado por: Hardware: se refiere a todas los componentes físicos que lo conforman. La palabra Hardware proviene del inglés: hard que significa duro y ware que significa producto, artículo o mercancía. Todos los computadores con un único procesador son construidos de acuerdo al modelo propuesto en 1944 por el matemático Estadounidense de origen húngaro John Von Neumann. El modelo de Von Neumann consta de lo siguiente: El computador está compuesto por: Procesador Memoria Principal Bus Perifericos: monitor, teclado, etc. Memoria secundaria: discos, floppy, CD. Computador (Proceso) Datos Resultados (Información) 3 Memoria Principal: donde se almacenan la información “tratante” o instrucciones, y la información “tratada” o datos. Esta información está representada en una codificación binaria de 0 y 1. La Unidad Central de Proceso (CPU o Procesador) encargada de extraer las instrucciones y datos de la memoria principal, para realizar los tratamientos correspondientes. Está conformada por la unidad de Control y la Unidad Lógico Aritmética. Bus o unidades de intercambio, ligados a los periféricos para intercambiar información con el mundo exterior Memoria secundaria, permiten conservar la información aún luego de apagar el computador Periféricos que sirven de comunicación con el hombre (monitor, teclado, impresora, scanner, etc) o el intercambio de información sobre una red (tarjeta de red) Software: son los programas que permiten utilizar los recursos del computador. La palabra software viene del inglés soft, que significa suave y ware producto. El sistema operativo es un conjunto de programas que asegura la gestión de recursos físicos y lógicos empleados por los usuarios. Tiene como tarea la administración y conservación de la información y genera el ambiente necesario para la ejecución de un programa. Actualmente se ofrecen una cantidad extra de servicios tales como tratamiento de texto, navegadores, multimedia, que ofrecen un ambiente de trabajo confortable y de fácil utilización. ¿Cómo se trata o procesa la información en un ambiente de computación? El tratamiento de la información es la ejecución por el computador de una serie finita de comandos preparados, que generalmente tienen como objetivo calcular y devolver resultados en función de datos introducidos al comienzo o en el curso de ejecución. 4 Programas: Conjunto finito y secuencial de comandos preparados, que tienen como objetivo ser ejecutados por un computador para realizar cálculos y reportar resultados, generalmente en función de datos suministrados al comienzo o durante la ejecución. Los comandos que forman un programa son descritos mediante un lenguaje especial. ¿Cómo es ese lenguaje? ¿Cómo lo entiende el computador? El único lenguaje que comprende el computador es su lenguaje de máquina. Cada modelo de computador posee su propio lenguaje llamado Lenguaje de Máquina, que no es más que un conjunto de comandos elementales representados en código binario que pueden ser ejecutados por el computador. Ejemplo 00001110101011110000111101010101 instrucción de 32 bits Donde: 1 bit: unidad mínima de información, representada por 1 ó 0 Byte= 8 bits 1 Kilobyte= 1024 Bytes 1Megabyte= 1024 Kilobytes 1 Gigabyte= 1024 Megabytes. El lenguaje ensamblador es una codificación alfanumérica del lenguaje de máquina. Es más legible, pero continua siendo particular a una familia de computadoras y difícil de usar. Ejemplo Load R1, 5 Lenguaje de programación: conjunto de enunciados que hacen posible al ser humano expresarse siguiendo las reglas de una gramática dada y que están destinados a representar los objetos y los comandos que pueden constituir un programa. Ejemplo: if (b>0) r1=5 else r1=10 La definición de un lenguaje de programación cubre tres aspectos: Léxico: Define los símbolos que sirven para la redacción de un programa y las reglas para la formación de palabras en el lenguaje. Ejemplo 255 es una cifra entera. Sintaxis: conjunto de reglas que permiten organizar las palabras en frases. Por ejemplo: 255/5 formada por dos cifras enteras y un operador de división sigue las reglas sintácticas que definen una expresión 5 Semántica: define las reglas que dan sentido a una frase. Una frase puede ser sintácticamente correcta pero incorrecta semánticamente: 255 / 5 ¿Cómo se ejecuta un programa escrito en un lenguaje de programación en un computador, si sólo entiende lenguaje de máquina? Existen dos soluciones a este problema: La primera en traducir el programa escrito en un Lenguaje de Programación (LP) a otro programa semánticamente equivalente escrito en Lenguaje de Máquina (LM). Esta traducción se realiza a través de un software especial llamado compilador. En general el compilador produce código para un sólo tipo de máquina. La segunda opción consiste en simular el funcionamiento del lenguaje de programación sobre el computador real, interpretando las instrucciones del programa fuente. El software que realiza esta interpretación se llama Intérprete. La interpretación directa de instrucciones escritas en un LP de “alto nivel” es generalmente muy difícil, y por ellos e realiza en dos fases. En la primera fase, se realiza una traducción del programa fuente a un lenguaje intermediario, lo cual es un proceso equivalente a la compilación. Luego, se realiza la interpretación sobre este lenguaje intermedio. Esta es la técnica que usa el lenguaje de programación Java. Un programa fuente en Java es traducido a un programa objeto en un lenguaje intermedio, llamado Java pseudo-código (o byte-code). Este programa objeto es entonces ejecutado sobre la máquina virtual Java (JVM) quien lo interpreta. Como se ve, la compilación y la interpretación no son incompatibles. El interés de la interpretación es asegurar la portabilidad de los programas: esto significa que un programa elaborado en un computador puede ser ejecutado sobre otros, sin modificaciones. Pero tiene el inconveniente que el tiempo de ejecución de programas interpretados es notablemente mayor que el de los programas compilados. Un Diagrama de flujo es un diagrama que ilustra el flujo de datos, información y trabajo por medio de símbolos especializados que, cuando se conectan por líneas de flujo, reflejan la lógica de un sistema o programa. 6 Algoritmo: Un algoritmo es una secuencia finita de pasos para la solución de un problema. El algoritmo describe, de forma no ambigua, la secuencia de acciones a efectuar para especificar una funcionalidad a tratar de manera automática. Está escrito en una notación formal, independiente del lenguaje utilizado para programar. Los algoritmos están compuestos por objetos y acciones sobre esos objetos. Objeto: Elementos que conforman un algoritmo. En particular se distinguen los objetos de datos, los cuales poseen atributos o valores y no son más que un elemento de información dentro de un contexto particular, que tiene un nombre y un valor asociado. Un objeto tiene tres características fundamentales: − Identificación única. 7 − Estado. − Comportamiento (operaciones, funciones y métodos). Estado: Es el conjunto de valores de los diferentes objetos en un momento determinado. En un algoritmo se diferencian dos estados particulares de un objeto, que son el estado INICIAL y el estado FINAL. Acción: Suceso o evento que dura un tiempo finito y produce un resultado o efecto “bien definido y previsto”. Toda acción produce cambios de estado (valor) sobre los objetos y está perfectamente determinada por sus estados inicial y final. La concepción de un algoritmo requiere de un gran esfuerzo intelectual. Para un mismo problema, existen muchos algoritmos que conducen a la solución. La elección del mejor algoritmo casi siempre está guiada por criterios de eficacia y eficiencia, pero no son las únicas características deseables en los programas. Programa: es un algoritmo expresado en un lenguaje de programación. CONSTRUCCIÓN DE PROGRAMAS La programación es la disciplina de la computación que trata el desarrollo de programas. Es una tarea compleja, que requiere métodos rigurosos, para alcanzar el objetivo de todo programa que es obtener resultados válidos y confiables. En general, la actividad de programación se realiza por etapas, contemplando al menos las siguientes: (explicar cada una) Análisis del Problema Diseño de la Solución Desarrollo del Programa Prueba del programa 8 De manera general podemos decir que un programa efectúa acciones sobre objetos. De allí que existan dos enfoques para estructurar los programas: Estructuración por acciones (años 70): El problema a resolver es descompuesto (dividido) en subproblemas aún más simples, sucesivamente hasta obtener problemas con soluciones elementales programables directamente. Esta descomposición se realiza utilizando una capacidad intelectual denominada abstracción. Abstracción: Mecanismo intelectual que permite durante el análisis del problema la separación de los aspectos relevantes de los irrelevantes en el contexto estudiado. Ejemplo: si el problema consiste en determinar cual es la persona más alta del salón, lo relevante es la estatura de cada persona, no el peso, el color de los ojos o del cabello. Estructuración por objetos (años 80): la estructura del programa está basada en los objetos que maneja y las relaciones entre ellos. El problema a resolver es visto como un modelo del mundo real constituido por objetos. Los objetos son componentes que contienen atributos (datos) y métodos (acciones) que describen el comportamiento del objeto. CALIDAD DE UN PROGRAMA: Para garantizar que un programa es de calidad, se toman en cuenta varios aspectos que estos deben cumplir. A continuación se presentan los más comunes: − Eficacia: el programa debe resolver el problema para el cual fue desarrollado − Eficiencia: esto se mide en función del uso de los recursos del computador. Un programa es más eficiente mientras utilice menos recursos (memoria, tiempo de uso del CPU - tiempo de respuesta -, etc.). − Legibilidad: Un programa debe estar escrito de forma tal que pueda ser entendido por otros programadores cuando haya necesidad de realizar modificaciones. Para esto es conveniente intradocumentar los programas: agregar comentarios en lenguaje natural, que ayuden a entender su lógica. − Adaptabilidad: Un programa es adaptable, si a un bajo costo, puede ser modificado para resolver otros problemas. − Reusabilidad: un programa es reutilizable si sus componentes pueden ser extraídos para ser utilizados para resolver diversos problemas. 9 − Portabilidad: un programa es portable si puede ser ejecutado sobre diversas plataformas, con cambios mínimos. 10 TEMA 2: ACCIONES ELEMENTALES Declaraciones de variables, constantes y tipos. Instrucción de Asignación. Valor izquierdo y derecho de una variable. Acciones predefinidas. Operación de Lectura. Operación de Escritura. NOTACIÓN ALGORÍTMICA: A fin de garantizar la correcta interpretación del lector de los algoritmos que escribimos, debemos especificar una notación, la cual debe ser: − Fácil de entender. − Debe reflejar el análisis que produjo la solución al problema, de manera directa. − Debe ser poderosa, es decir, que con pocos elementos se puedan expresar muchas cosas. Los algoritmos manejan valores y datos para procesarlos y obtener resultados. Los conjuntos de valores que puede tomar la información pueden dividirse en dos categorías: Valores no estructurados o elementales: son aquellos valores que no pueden dividirse en componentes. Ejemplo: la CI, la edad, un real, un entero. Valores estructurados: son aquellos valores que están formados por componentes y por tanto, pueden descomponerse en términos de los valores que lo constituyen. Ejemplo: una persona, un carro. Los valores que constituyen cada conjunto se pueden expresar de tres maneras: Constantes: denotan un valor particular dentro de un conjunto. Ejemplo: (3, 5, -10, 0) dentro del conjunto de los enteros. (verdadero, falso) lógicos. (3.5, 3.14, -10.0) reales, (‘a’, ‘b’, ‘c’) caracteres. Variables: denotan un valor genérico dentro del conjunto. Ej A, Int, salir Expresiones: denotan valores a partir de operaciones entre nombres y/o constantes. Ej: x+1, x^2, x>5 Y y<3, A div I, A mod I 11 Sobre cada uno de dichos conjuntos de valores están definidas una serie de operaciones primitivas que permiten manipular sus valores. De aquí se origina el concepto de tipo de dato. Tipo de Dato: es un conjunto de valores junto a una serie de operaciones que pueden ser aplicadas sobre dichos valores. Por ejemplo, objetos de tipo Entero pueden tomar valores del conjunto de los enteros (Z), y las operaciones sobre dichos valores son: Aritméticos: +,-, -(unario), *, div, mod, ^ Relacionales: >,<, =, ≥, ≤, ≠ CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS DE LOS TIPOS DE DATOS Características: Un tipo de dato determina la clase de valores que puede asumir una variable o una expresión. En ocasiones una variable determina el tipo de una expresión. Cada variable pertenece a un solo tipo de dato Cada operador actúa sobre operandos de algún tipo, y da como resultado un valor de algún tipo Ventajas: La verificación de tipos es realizada por el traductor Permite agrupar un conjunto de valores que guardan una estrecha relación. Permite ver las operaciones sobre los valores de manera indivisible Ocultamiento de la representación interna: se ve sólo la especificación y no la implementación. CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE DATOS El criterio para clasificar los tipos de datos está dado por el número de componentes (determina si es estructurado o no) y según el tipo de sus componentes (si es no 8 5 3 1 DIV MOD 12 estructurado equivale al tipo, y si es estructurado determina si es homogéneo o heterogéneo). Podemos referirnos a objetos de tipo no estructurado cuando el conjunto de valores que pueden tomar son no estructurados, y objetos de tipo estructurado cuando el conjunto de valores que pueden tomar son estructurados. TIPOS DE DATOS NO ESTRUCTURADOS Los tipos de datos no estructurados que están disponibles en la mayoría de los lenguajes de programación son el tipo entero, caracter, real y lógico. Muchos lenguajes permiten la definición de tipos subrango o subintervalos y enumerados. A continuación explicaremos brevemente cada uno de estos tipos. Tipo Entero: Conjunto de valores: subconjunto de los enteros Conjunto de operaciones Aritméticos: +,-, -(unario), *, div, mod, ^ Relacionales: >,<, =, ≥, ≤, ≠ Tipo Real: Conjunto de valores: subconjunto de los reales Conjunto de operaciones: Aritméticos: +,-, -(unario), *, /, ^ Relacionales: >,<, =, ≥, ≤, ≠ Tipo Número de Componentes Elemental Estructurado Entero, caracter, lógico, real Enumerado Subrango Homogéneos: archivos arreglos Heterogéneos: registros 1 n Tipo de Componentes = ≠ 13 Tipo Caracter: Conjunto de valores: Tabla ASCII tiene 128 caracteres, Tabla ASCII extendida tiene 256 caracteres. Conjunto de operaciones: Relacionales: >,<, =, ≥, ≤, ≠ Acerca del código ASCII: La organización Internacional de Normas (ISO) define el código estadounidense ASCII (Código Standard Americano para el Intercambio de Información), que constituye el código más aceptado. Este código consta de 128 caracteres, de los cuales 99 son imprimibles y los 33 restantes son de control. En muchas máquinas se usan 8 bits para representar los caracteres, y suele usarse la tabla ASCII extendida, que consta de 256 caracteres (los mismos 128 del código ASCII y otros 128 caracteres). En el conjunto de caracteres se tienen las 26 letras mayúsculas latinas, las 26 minúsculas, los 10 números arábigos y otros caracteres como los signos de puntuación y el espacio. Entre los caracteres hay un orden, que viene dado por el valor binario que tiene asociado. Este orden depende del sistema de codificación que se use. Sin embargo, en general los subconjuntos de letras y números son ordenados y contiguos, cumpliéndose: ‘a’<’b’< … <’z’ ‘A’<’B’< … <’Z’ ‘0’<’1’< … <’9’ Esto hace que los operadores relacionales puedan aplicarse sobre los caracteres. Así mismo, muchos lenguajes de alto nivel proveen herramientas para realizar operaciones aritméticas sobre caracteres. En Pascal Succ(‘a’)=’b’; Chr(ORD(‘a’)+1)=’b’. En C y en Java, sencillamente ‘a’+1=’b’. Las letras A…Z están ubicadas del 65 al 90, de la a … z del 97 al 122. Los números de 0 … 9 del 49 al 57, el espacio en el 32. Tipo Lógico: Conjunto de valores: {verdadero y falso} 14 Conjunto de operaciones: Lógicas: no, o, y Relacionales: =, ≠ Resumiendo: Tipo de dato Constantes Variables Expresiones Entero 3, 0, -1 I, J, K, ini I+J*K, 5+8*3 Real 3.141, 0.1, -1.1 Pi, X, Z X^(1/2) , Pi*R^2 Lógico verdadero/falso L1, L2, L3 no L1 y L2 o no L3 Caracter ‘A’, ‘h’, ‘ ‘ C1, C2 ‘A’>’B’, C1≠C2 Ejercicios Resueltos: Traducir a lenguaje algorítmico 1) ¬p∨q no p o q; 2) ax 2 +bx+c a * (x^2) + b * x + c; 3) a+2b 3 (a + 2 * b) / 3; PRIORIDAD DE OPERADORES Cuando mezclamos en una expresión operadores relacionales, booleanos y aritméticos, tendremos la siguiente prioridad: ( ) - (unario), no, ^ *, /, mod, div p q ¬p ¬q p∧q p∨q V V F F V V V F F V F V F V V F F V F F V V F F Para recordar… 15 +, - <, ≤ , >, ≥ =, ≠ y o 16 TEMA 3: ACCIONES ELEMENTALES Declaraciones de variables, constantes y tipos. Instrucción de Asignación. Valor izquierdo y derecho de una variable. Acciones predefinidas. Operación de Lectura. Operación de Escritura. DECLARACIÓN DE VARIABLES Las variables se declaran de la siguiente forma: <nombre del tipo> <lista de 1 o más variables>; Cada variable es la concatenación de uno o más caracteres alfanuméricos, comenzando siempre por un caracter alfabético. Ejemplos: Acción Principal Entero i, j, k; Real x, y; Lógico b1; Caracter y1; facción ACCIONES ELEMENTALES Las acciones elementales son: la asignación, la entrada simple y la salida simple. Con estas acciones se pueden crear acciones más complejas mediante las formas de composición de acciones. Asignación: Asociación de un valor a una variable. Permite modificar el estado de los objetos del algoritmo. La notación algorítmica que usaremos para la asignación es: <nombre de variable> <constante, variable o expresión>; Por ejemplo, si I y J son variables de tipo entero, las siguientes asignaciones son validas: I ← 1; # asignación de una constante a una variable I ← J; # asignación de una variable a otra I ← I+1; # asignación del resultado de evaluar una expresión a # una variable I ← J mod 2; # asignación del resultado de evaluar una expresión a # una variable 17 Otro ejemplo Caracter C1; Entero I; Lógico Enc; C1 ← ‘a’; # en este momento C1=‘a’ Enc ← (1>0); # Luego de la asignación, el valor de Enc es # verdadero I ← 5+16 div 3 # luego de la asignación, el valor de I es 10 Secuenciamiento: Consiste en presentar las acciones en un orden. Las acciones se efectúan en el mismo orden en que son escritas. El símbolo punto y coma ( ; ) se utiliza para separar una instrucción de otra. Ejemplo: Acción Principal Entero I; I ← 1; #en este momento I tiene el valor de 1 I ← I+1; # en este momento I tiene el valor de 2 I ← I^5; # en este momento I tiene el valor de 32 I ← I mod 2; # I = 0 facción Otro ejemplo Acción Principal Caracter C1; Entero I; Lógico Enc; C1 ← ‘a’; # en este momento C1=‘a’ Enc ← (1>0); # Luego de la asignación, el valor de Enc es # verdadero I ← 5+16 div 3 # luego de la asignación, el valor de I es 10 facción 18 Entrada Simple Almacena un valor extraído desde un dispositivo externo (del cual hacemos abstracción, aunque generalmente es el teclado) en una variable. El efecto de esta acción es el cambio de valor de la variable en cuestión. La sintaxis algorítmica que adoptaremos para esta acción es: Leer (<nombre de variable>); Ejemplos: Entero I; Leer (I); Real X; Leer (X); Caracter c; Leer (c); Cabe destacar que luego de leer un valor de un dispositivo externo, el valor de la variable cambia de igual forma que en una asignación. Salida Simple Transmite un valor (constante, variable o evaluación de una expresión) a un dispositivo externo (del cual hacemos abstracción, aunque generalmente es el monitor) para ser mostrado al usuario. Generalmente es utilizado para mostrar los resultados obtenidos. La sintaxis algorítmica que utilizaremos para esta acción es: Escribir(<Nombre de variable, constante o expresión>); Ejemplos Escribir (1); # se ha escrito el número 1 Entero I; I ← 1; Escribir (I+1); #se ha escrito el número 2 Ejercicios Resueltos: Haga un algoritmo que dados dos números enteros devuelva el resultado de la suma de ellos. 19 Acción Principal Entero A, B, Res; Leer(A); Leer(B); Res ← A + B; Escribir(Res); faccion Dado un número entero N obtener el primer dígito (asociado a las unidades) Acción Principal Entero N, Res; #se han declarado dos variables, con valor # indefinido Leer(N); # N contiene el numero introducido por el # usuario Res ← n mod 10; # Res tiene el resultado, el primer dígito de N Escribir(Res); # Se escribió el resultado. faccion Dado un numero entero N obtener el dígito asociado a las decenas Acción Principal Entero N, Res; # se han declarado dos variables, con valor # indefinido Leer(N); # N contiene el numero introducido por el # usuario Res ← N div 10; # Res contiene el numero N sin el primer dígito Res ← Res mod 10; # Res tiene el segundo dígito de N Escribir(Res); # Se escribió el resultado. faccion En este algoritmo podemos suprimir la variable Res, ya que la escritura soporta la evaluación de expresiones, finalmente el algoritmo puede ser escrito como: Acción Principal Entero N; # se declaro la variable N Leer(N); # N contiene el numero introducido # por el usuario Escribir(N div 10 mod 10); # Se escribió el resultado. faccion Dado un número entero N obtener el dígito I-esimo En este caso el usuario debe introducir además del número, la posición del dígito a extraer. Haciendo analogía con los ejercicios anteriores, debemos extraer los I-1 20 primeros dígitos del numero N, como I es entero, debemos asumir, por ahora, que es mayor que 0 Acción Principal Entero N, I, Res; Leer (N); Leer (I); Res ← N div 10^(I-1); Res ← Res mod 10; Escribir (Res); faccion Dado un círculo centrado en el origen, determine si un punto pertenece al mismo. Análisis: para empezar hay que saber cuales don los elementos que intervienen en este problema. Por un lado, tenemos el círculo. Un circulo centrado en el origen está definido como todos los puntos (x,y) tal que: x 2 +y 2 ≤ r 2 Donde r es el radio del circulo y x e y las coordenadas de un punto en el plano R2. Los valores que necesitamos conocer entonces son el radio y el punto (x,y) que queremos verificar. El resultado es simplemente evaluar si el punto está dentro o no del círculo con la inecuación. Acción Principal Real r, x, y; Lógico Res Leer( r ); Leer (x); Leer (y); Res ← (x*x + y^2 ≤ r*r) Escribir (Res); faccion Nótese que podemos eliminar la variable Res si escribimos Escribir(x*x + y^2 ≤ r*r) Dado un número entero de 3 dígitos, verificar si es palindrome. Acción Principal Entero N, D1, D3; Lógico L; Leer(N); 21 D3 ← N div 100; // D1 tiene el valor del primer dígito del // número D1 ← N mod 10; // D3 tiene el valor del tercer dígito L ← D1 = D3; // si D1=D3 L tiene verdadero, sino tiene falso Escribir(L); faccion 22 TEMA 4: INTRODUCCIÓN AL ENFOQUE ORIENTADO A OBJETOS Objetos y Clases. Atributos de clase y de objetos. Mensajes. Encapsulamiento. Descomposición basada en objetos. Relaciones entre clases y objetos PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS Es una ampliación natural del concepto de Tipo de Datos, que incorpora los aspectos descriptivos y funcionales de la información en bloques autónomos de programación (clases). La mayor parte del software comercial y en uso está basado en los conceptos de orientación a objetos. En la POO, cada objeto puede ser considerado como un proveedor de servicios utilizados por otros objetos que son sus clientes. Cada objeto puede ser a la vez proveedor y cliente. De allí que un programa pueda ser visto como un conjunto de relaciones entre proveedores y clientes. Objeto: Es una entidad fundamental que tiene una identidad, un estado y un comportamiento. Identidad de un objeto Cada objeto tiene una identidad única, aun si su estado en un momento dado, es idéntico al de otros objetos Profesor: “J. Pérez” Enseña: Matemáticas Profesor: “J. Pérez” Enseña: Matemáticas Estado de un objeto: El estado de un objeto es una de las posibles condiciones en que un objeto puede existir El estado de un objeto normalmente cambia con el tiempo El estado de un objeto es usualmente implementado por un conjunto de propiedades llamadas atributos 23 Ejemplo. Nombre: Vanessa CI: 123456 Contratación: 01/01/01 Puesto: profesora Comportamiento de un objeto El comportamiento determina como un objeto actúa y reacciona El comportamiento define la manera en la que un objeto responde a las peticiones de otros objetos El comportamiento visible de un objeto se modela con un conjunto de mensajes a los que el puede responder Los mensajes se implementan como las operaciones del objeto CLASES Cuando se han identificado muchos objetos en un dominio, decimos que una clase es una abstracción que describe un grupo de objetos que tienen: propiedades en común (atributos) comportamiento en común (operaciones) relaciones comunes con otros objetos (asociaciones) Una clase es una abstracción porque: Enfatiza características relevantes al sistema Suprime otras características La Relación entre Clases y Objetos Una clase es una definición abstracta de un objeto Escuela de Computación Profesores Asigna curso Confirmación 24 Define la estructura y comportamiento de cada objeto en la clase Sirve como una plantilla para crear objetos Un objeto es una instancia concreta de una clase Los objetos pueden agruparse en clases Clase Asignatura Estructura Nombre Código Créditos Secciones Comportamiento Añadir un Estudiante Eliminar un Estudiante Ver si el cupo está lleno Los servicios ofrecidos por los objetos son de dos tipos: Los datos, que llamamos atributos Las acciones, que llamamos métodos. Atributos: Son elementos de datos utilizados para definir una ocurrencia de un objeto. Un atributo es una característica de un objeto. Mediante los atributos se define la información de un objeto, la cual es manipulada solamente por los métodos definidos sobre dicho objeto. Métodos: Son las operaciones que se aplican sobre los objetos. La implementación de los métodos no es visible fuera del objeto. Ejemplo: Algoritmos y programación es un objeto de la clase Asignatura y está caracterizada por cuatro atributos que son: su Nombre: Algoritmos y programación, 25 Código: 6201, Créditos: 6, Secciones: 4, y los métodos que permiten Añadir un estudiante, eliminar un estudiante y verificar si hay cupo. ELEMENTOS DE LA POO. Abstracción Es el principio de ignorar aquellos aspectos de un fenómeno observado que no son relevantes, con el objetivo de concentrarse en aquellos que si lo son. Una abstracción denota las características esenciales de un objeto (datos y operaciones). Encapsulación (Ocultamiento de información) Plantea la integración en una entidad simple de un conjunto de datos y operaciones sobre estos datos. La idea central de la encapsulación es esconder los detalles y mostrar lo relevante. La encapsulación permite el ocultamiento de la información separando el aspecto correspondiente a la especificación de la implementación; de esta forma, distingue el "qué hacer" del "cómo hacer". La especificación es visible al usuario y la implementación oculta al él. En la práctica, se esconde la especificación del objeto, así como la implementación de los métodos. Modularidad Es la propiedad que permite tener independencia entre las diferentes partes de un sistema. En POO las clases son módulos perfectamente definidos y estructurados, al definir un objeto se crea una instancia de la clase que contiene sus datos y métodos para realizar operaciones sobre él. Polimorfismo Es la propiedad que permite que un nombre pueda denotar instancias de distintas clases. Existen 2 tipos de polimorfismo: El polimorfismo por inclusión se basa en el hecho de que un objeto puede pertenecer a más de una clase y por consiguiente puede ser manipulado por los métodos de las clases a las cuales pertenece. La herencia entre clases es el mecanismo más conocido 26 de polimorfismo por inclusión en el EOO. El polimorfismo operacional permite aplicar operaciones con igual nombre a diferentes objetos que no están relacionados. En este tipo de polimorfismo, los métodos son interpretados en el contexto del objeto particular, ya que los métodos con nombres comunes son implementados de diferente manera dependiendo de cada objeto. DEFINICIÓN DE CLASES Diagrama de Clases: siguiendo la notación UML (Unified Modeling Language), cada clase identificada en el dominio del problema planteado, es representada con un rectángulo dividido en tres partes, de la siguiente forma: Donde Nombre es el nombre de la clase Atributos es la lista de atributos definidos para la clase, indicando por cada uno: <modo de acceso><Nombre del atributo>: <tipo de dato> <modo de acceso> indica la visibilidad del atributo, fuera del alcance de la clase, pudiendo ser: Privado (-): No puede accederse a el fuera del alcance de la clase Publico (+): Puede accederse sin limitaciones fuera del alcance de la clase Protegido (#): Puede ser accedido solo en las subclases o clases hijas dentro de la jerarquia de clases relacionadas por la herencia. <Nombre del atributo> denominación dada al atributo <Tipo de dato> describe el dominio de datos dentro del que se representa el atributo. Puede ser un tipo de dato elemental (entero, real, string, logico), un arreglo o una clase ya definida. Nombre Atributos Métodos 27 Métodos: es la lista de métodos definidos sobre los objetos de la clase, indicando para cada método: <modo de acceso> <Nombre>(<lista de parametros>) Para el caso de la clase Asignatura: RELACIONES ENTRE CLASES Las relaciones entre clases se pueden enumerar en: asociación, herencia, agregación, composición, instanciación y metaclase. Herencia: Es la relación entre clases donde una clase comparte la estructura y/o conducta de otras clases. Define una jerarquía "es un" entre clases. Una subclase se considera una especialización de la superclase. Por ejemplo, un mosquito "es un" insecto, y una especialización de insecto. Se representa mediante una relación de generalización/especificación, que se denota con la flecha siguiente: Ejemplo: profesor hereda de persona, entonces Los diagramas con herencia se pueden presentar así: Asignatura - Nombre: string - Código: entero - Créditos: entero - Secciones: entero + Añadir_estudiante() + Eliminar_Estudiante() + Ver_cupo() padre hijo Profesor Persona Departamento Mercadeo Contabilidad Informática . . . 28 Agregación: La agregación es una relación "es parte de". Por ejemplo, un segmento está delimitado por dos puntos a y b, que son parte del segmento. Es un tipo de relación dinámica, en donde el tiempo de vida del objeto incluido es independiente del que lo incluye. El objeto base utiliza al incluido para su funcionamiento. Esta relación se destaca por un rombo vacío del lado base, y una flecha del lado incluido. El en caso del computador, si no deseamos venderlo completo, podemos vender sus partes. Así, pese a que el computador haya sido desarmado, sus partes siguen existiendo. En una práctica de boxeo, los guantes pueden ser pensados como una parte del boxeador. Si el boxeador se retira, los guantes podrían ser utilizados por otro. Así, los guantes de boxeo perduran, a pesar de que el boxeador ya no esté en el cuadrilátero Composición: Es similar a la agregación, salvo que es un tipo de relación estática, en donde el tiempo de vida del objeto incluido esta condicionado por el tiempo de vida del que lo incluye. El Objeto base se contruye a partir del objeto incluido, es decir, es "parte/todo". Esta relación se destaca por un rombo relleno del lado “todo”, y una flecha del lado “parte”. Otro ejemplo es Universidad y Facultad. Si la universidad deja de existir, tampoco deben existir sus facultades, y si no hay facultades tampoco escuelas ni los salones, ni los pupitres. Asociación: Una asociación denota una dependencia semántica entre objetos. La asociación entre clases tiene asociada una cardinalidad para instancias de ellas: uno a uno, uno a muchos, muchos a muchos. Por ejemplo, entre estudiante y materia hay una relación muchos a muchos: un estudiante tiene asociado n materias (n≥1), y una Computador Monitor Teclado Arbol Rama 1 m 29 materia tiene asociada m estudiantes (m≥1). Una asociación se representa como una línea que une dos o más clases. La Cardinalidad es una restricción que se pone a una asociación/agregación, que limita el número de instancias de una clase que pueden tener esa asociación con una instancia de la otra clase. Puede expresarse de las siguientes formas: Con un número fijo: 1. Con un intervalo de valores: 2..5 Con un rango en el cual uno de los extremos es un asterisco. Significa que es un intervalo abierto. Por ejemplo, 2..* significa 2 o más. Con una combinación de elementos como los anteriores separados por comas: 1, 3..5, 7, 15..*. Con un asterisco: * . En este caso indica que puede tomar cualquier valor (cero o más). Para el caso de la cuenta bancaria, a esta puede ser aplicada 0 o más operaciones.. En una relación de agregación o de asociación, se puede indicar el nombre de la relación (por ejemplo, emplea, aplica, tiene, etc…), cardinalidad y/o rol. Navegabilidad En una asociación, se puede indicar la navegabilidad mediante un triángulo colocado sobre la línea, donde la base esté colocada hacia el objeto origen. Significa que es posible "navegar" desde el objeto de la clase origen hasta el objeto de la clase destino. Se trata de un concepto de diseño, que indica que un objeto de la clase origen conoce al (los) objeto(s) de la clase destino, y por tanto puede llamar a alguna de sus operaciones. Operación Cuenta Bancaria Se aplican * 1 30 Rol Para indicar el papel que juega una clase en una asociación se puede especificar un nombre de rol. Ejemplo: contratante y empleado para las clases empresa y Persona Cuando una asociación tiene propiedades propias se representa como una clase unida a la línea de la asociación por medio de una línea a trazos. Como vemos en el ejemplo, tenemos dos clases que se asocia: empresa y trabajador, pero en la asociación nace una nueva clase que tiene como atributo el salario, producto de emplear al trabajador. Asociación n-arias, se unen por un rombo. Para el caso de un equipo de Béisbol que contrata jugadores para temporadas, tendríamos lo siguiente: El nombre de la asociación es opcional y se muestra como un texto que está próximo a la línea. Se puede añadir un pequeño triángulo negro sólido que indique la dirección en la cual leer el nombre de la asociación. En Figura siguiente se puede leer la asociación como “Una Empresa emplea uno o más Persona”. Los nombres de las asociaciones normalmente se incluyen en los modelos para Empresa Persona Emplea 1 1…* Contratante Empleado Salario Empresa Persona Emplea 1 1…* Contratante Empleado Temporada Equipo Jugador Salario Contrata 1 11...* 1…* 31 aumentar la legibilidad. Para agregación, Combinación y de herencia no se suele poner el nombre. CLASE ABSTRACTA Una clase abstracta se denota con el nombre de la clase y de los métodos con letra "itálica". Esto indica que la clase definida no puede ser instanciada pues posee métodos abstractos (aún no han sido definidos, es decir, sin implementación). La única forma de utilizarla es definiendo subclases, que implementan los métodos abstractos definidos. Un ejemplo es la clase Figura. La clase Figura no tiene implementado un método Dibujar. Sin embargo las subclases Círculo, Triángulo y Elipse sí. Figura Dibujar() Triángulo Dibujar() Círculo Dibujar() Elipse Dibujar() 32 TEMA 5: ESTRUCTURAS DE CONTROL Secuenciación. Bloques. Selección simple, compuesta, anidada y múltiple. Estructuras de control iterativas: Repetir, Mientras, Para. FORMAS DE COMPOSICIÓN DE ACCIONES Son los mecanismos mediante los cuales es posible construir nuevas acciones a partir de otras. En este curso estudiaremos las siguientes: Selección múltiple Selección simple Formas de iteración: Mientras, Repetir, Para. SELECCIÓN MÚLTIPLE Es una forma de composición de acciones que se utiliza en problemas donde es necesario realizar un análisis por casos, es decir, permite tratar problemas donde las acciones a tomar dependan de la evaluación de ciertas condiciones. La notación que vamos a utilizar, es la siguiente: Seleccion E1: <acción1> E2: <acción2> . . En: <acción n> fseleccion Donde Ei debe satisfacer las siguientes condiciones: E1 o E2 o . . . o En = verdadero ∀ Ei, Ej Ei y Ej = falso Es decir, una y solo una de las posibilidades debe satisfacerse. Ejemplo de un semáforo: Si está en rojo, detenerse Si está en verde, pasar Si está en amarillo, detenerse si es posible, si no pasar con precaución 33 En una selección el criterio sería el color del semáforo, para el que el dominio de definición es el conjunto formado por los tres colores del semáforo {verde, rojo, amarillo} Selección Semaforo=verde: pasar; Semaforo = rojo: parar; Semaforo= amarillo: pasar con precaución; fselección Ejemplo: Hallar el máximo entre 2 números dados Accion Principal Entero A, B, Max; Seleccion A>B: Max ← A; A=B: Max ← A; A<B: Max ← B; fselección facción SELECCIÓN SIMPLE Surge como una simplificación de un caso particular de la selección múltiple, es decir, si la selección está formada por dos casos y no hay acción asociada a uno de esos casos, entonces usamos la selección simple. Ej: Seleccion L1: A; L2:B fseleccion Si L1 entonces A fsi Si L2 entonces B fsi En el caso del mayor de dos números, podríamos escribir el algoritmo así: Accion Principal Entero A, B, Max; Si A>B entonces Max ← A; fsi Si A=<B entonces 34 Max ← B; fsi facción O también así: Accion Principal Entero A, B, Max; Si A>B entonces Max ← A; sino Max ← B; fsi facción Ejercicios Resueltos: Como aguinaldo de fin de año, se ha decidido conceder un bono a todos los empleados y trabajadores del país, en base a su sueldo mensual. A los empleados menores de 25 años, se les dará el 25% de su sueldo, a los trabajadores entre 25 y 45 años, se les dará el 30% de su sueldo, y a los trabajadores con más de 45 años, se les dará el 40% de su sueldo. Adicionalmente, a las mujeres se les dará un bono adicional de Bs. 100.000 por cada hijo que tenga. En ningún caso el bono puede exceder de Bs. 3.000.000 Dados los datos de una persona (edad, sexo, sueldo, n°de hijos) determinar el monto del bono. Acción Principal Entero Edad, hijos; Caracter sexo; Real sueldo, bono; Leer (sueldo); Leer (Edad); Leer (sexo); Leer (hijos); Seleccion Edad < 25: bono ← sueldo * 0.25; Edad ≥ 25 y Edad ≤ 45: bono ← sueldo * 0.30; Edad > 45: bono ← sueldo * 0.40; fselección 35 Si sexo= ‘f’ entonces bono ← bono + (100.000 * hijos); fsi Si bono>3.000.000 entonces bono ← 3.000.000; fsi Escribir (bono); faccion Dados los coeficientes de dos rectas decir si son iguales, paralelas o distintas. Si son distintas decir en que punto se intersectan. La ecuación de una recta viene dada por y=m1x + b1. Si tenemos dos rectas, entonces tenemos R1: Y = m1x+b1 R2: Y = m2x+b2 R1=R2 si m1=m2 y b1=b2 R1 || R2 si m1=m2 y b1 ≠ b2 R1 ≠ R2 si m1≠m2 y b1 ≠ b2 Accion Principal Entero m1, m2, b1, b2; Leer(m1); Leer(m2); Leer(b1); Leer(b2); Selección m1=m2 y b1=b2: Escribir(“Las rectas son iguales”); m1=m2 y b1≠b2: Escribir(“las rectas son paralelas”); m1≠m2: Escribir(“las rectas son diferentes); xi ← (b1-b2) / (m2-m1); yi ← m1*xi+b1; Escribir(“se intersectan en” +xi, xy); fseleccion faccion 36 ESTRUCTURAS ITERATIVAS Hasta ahora, hemos visto que una acción puede ser ejecutada sólo cero o una vez. ¿Es posible repetir más de una vez la ejecución de una acción? Si, mediante estructuras iterativas Repetir Es una estructura de control que permite ejecutar un bloque de instrucciones varias veces hasta que la expresión que controla dicha estructura sea verdadera. Debido a que la evaluación de la expresión de control se realiza al final del bloque de instrucciones, este conjunto de instrucciones se ejecuta al menos una vez. Con un diagrama de flujo, podríamos ilustrarlo así: La sintaxis algorítmica que vamos a utilizar para expresar este ciclo es: Repetir <acción 1> . . <acción n> hasta <expresión> Ejemplo. En el ejercicio del cálculo del bono, realizar el cálculo e imprimir el bono correspondiente a c/u de los empleados de la empresa. Asuma que CI=0 indica que ya se calculó el bono de todos los empleados y que la empresa tiene al menos un empleado. Instrucciones Condición F V 37 Acción Principal Entero CI, Edad, hijos; Caracter sexo; Real sueldo, bono; Leer(CI); Repetir Leer (sueldo); Leer (Edad); Selección Edad < 25: bono ← sueldo * 0.25; Edad ≥ 25 y Edad ≤ 45: bono ← sueldo * 0.30; Edad > 45: bono ← sueldo * 0.40; fselección Leer (sexo); Leer (hijos); Si sexo=’f’ entonces Bono ← bono + (100.000 * hijos); fsi Si bono>3.000.000 entonces Bono ← 3.000.000; fsi Escribir (CI, bono); Leer(CI) Hasta (CI=0) facción Dado un conjunto de 100 números enteros, determinar el menor, el mayor y el promedio de ellos. Acción Principal Entero Menor, Mayor, N, Suma, cont; Real promedio; Leer(N); Mayor ← N; Menor ← N; Suma ← N; Cont ← 1; Repetir Leer(N) Si N > Mayor entonces Mayor ← N; fsi Si N < Menor entonces Menor ← N; fsi Suma ← Suma + N; cont ← cont+1; Hasta (cont=100) Promedio ← Suma/100; Escribir (Mayor); 38 Escribir(Menor); Escribir(promedio); facción Mientras Es una estructura iterativa con control antes de ejecutar el bloque de instrucciones, es decir, el bloque de instrucciones se ejecuta mientras la evaluación de la expresión sea verdadera, lo que implica que es posible que no se ejecute dicho bloque. Con un diagrama de flujo podríamos verlo así: La sintaxis que vamos a utilizar es Mientras <condición> hacer <inst1> . . <instn> fmientras Ejemplo: El Banco APC necesita que usted desarrolle un algoritmo que permita cambiar una cantidad de dinero en billetes a su equivalente en monedas de 500, 100, 50, 20 y 10. Asuma que la cantidad de dinero es múltiplo de 10. El algoritmo debe terminar cuando la cantidad introducida sea igual a 0. Acción Principal Entero dinero, mon500, mon100, mon50, mon20, mon10, resto; Leer(dinero); Mientras (dinero ≠ 0) hacer mon500 ← dinero div 500; resto ← dinero mod 500; mon100 ← resto div 100; resto ← resto mod 100; mon50 ← resto div 50; resto ← resto mod 50; mon20 ← resto div 20; resto ← resto mod 20; Instrucciones Condición F V 39 mon10 ← resto div 10; Leer(dinero); fmientras Escribir(mon500); Escribir(mon100); Escribir(mon50); Escribir(mon20); Escribir(mon10); faccion Para Es una estructura iterativa que es controlada por una variable, la cual es modificada desde una cantidad inicial en incrementos dados hasta que alcanza un valor final. La sintaxis que vamos a utilizar es la siguiente: Para <Identificador> ← <valor1> hasta <valor2> en <inc> hacer <inst 1> <inst n> fpara En este ciclo la variable <Identificador> se inicializa en <valor1> y el ciclo continuará hasta que <Identificador> sobrepase <valor2. <inc> es el tamaño del paso en el que se incrementa la variable <Identificador> Ejemplo: Dado un número entero, hallar su factorial. Instrucciones Condición F V Var ← N1 Var←Var+N2 40 Para calcular el factorial de un número N, se debe cumplir que: N > 0 Fact(n) = n*Fact(n-1) Fact(1) = 1 Fact(n) = n*(n-1)*(n-2)* . . . * 2 * 1 Accion Principal Entero i, n, fact; Leer(n); Si (n>0) entonces Para (i=1) hasta n en 1 hacer fact ← fact * i; fpara Escribir(fact); sino Escribir(“el numero debe ser positivo); fsi faccion Usando un Mientras Accion Principal Entero i, n, fact; Leer(n); i ← 1; Si (n > 0) entonces Mientras (i ≤ n+1) hacer fact ← fact * i; i ← i+1; fmientras Escribir(fact); sino Escribir(“el numero debe ser positivo); fsi faccion Ejercicios Resueltos: La panadería Mi Pan desea que usted desarrolle un programa que dada la cantidad de personas le indique los ingredientes necesarios para hacer el pastel danés. La receta con la que ellos cuentan es para 4 personas y es la siguiente: 675 gramos de manzanas 75 gramos de mantequilla 150 gramos de azúcar 100 gramos de migas de pan 41 150 mililitros de leche. Realice un algoritmo que dado el número de personas indique la cantidad de ingredientes a utilizar Acción Principal Entero personas Real mantequilla, manzanas, azucar, pan, leche; Leer(personas) Si (personas>0) entonces Mantequilla ← (75/4)*personas; Manzanas ← (675/4)*personas; azucar ← (150/4)*personas; pan ← (100/4)*personas; leche ← (150/4)*personas; Escribir(“Mantequilla” +((75/4)*personas)+ “gramos”); Escribir(“Manzanas” +((675/4)*personas)+ “gramos”); Escribir(“azucar” +((150/4)*personas)+ “gramos”); Escribir(“pan” +((100/4)*personas)+ “gramos”); Escribir(“leche” +((150/4)*personas)+ mililitros”); Sino Escribir(“Numero invalido”); fsi faccion Dados a y b enteros, obtener el producto de ambos por sumas sucesivas. Accion Principal Entero a, b, i, prod; prod ← 0; Para (I=1) hasta b en 1 hacer prod ← prod + a; fpara faccion Se tiene un listado de alumnos que consiste en cédula y 4 notas por alumno. La condición de aprobación es un promedio mayor o igual que 10. Informar un listado en el mismo orden de entrada con el numero de cédula, el promedio y una leyenda (aprobado o desaprobado) por alumno. No se conoce la cantidad total de alumnos a procesar. El listado puede estar vacío (CI=0). Acción Principal Entero CI, nota1, nota2, nota3, nota4; Real prom; Leer(CI); 42 Mientras (CI≠0) hacer Leer(nota1); Leer(nota2); Leer(nota3); Leer(nota4); Prom ← (nota1+nota2+nota3+nota4) / 4; Si (prom<10) entonces Escribir(“El alumno” +CI+ “tiene promedio de” +prom+ “y está reprobado”); Sino Escribir(“El alumno” +CI+ “tiene promedio de” +prom+ “y está aprobado”); fsi fmientras faccion De una prueba de nivel realizada a 100 alumnos se conoce la cantidad total de preguntas realizadas y la cantidad de respuestas correctas por cada uno. Informar el nivel registrado de acuerdo a la siguiente escala: Muy Bueno si el porcentaje es mayor o igual a 90%; Bueno entre 70% y 90% ; Regular entre 50% y 70% ; Malo si el porcentaje es menor que 50%. Accion Principal Entero preguntas, respuestas, I; Real porcentaje; Leer(preguntas); Para (i=1) hasta 100 en 1 hacer Leer(CI); Leer(respuestas); Porcentaje ← respuestas/preguntas; Seleccion Porcentaje ≥ 90: Escribir(“El alumno” +CI+ “tuvo un nivel Muy Bueno”); Porcentaje 70 y Porcentaje ≤ 90: Escribir(“El alumno” +CI+ “tuvo un nivel Bueno”); Porcentaje ≥50 y Porcentaje < 70: Escribir(“El alumno” +CI+ “tuvo un nivel Regular”); Porcentaje < 50: Escribir(“El alumno” +CI+ “tuvo un nivel Malo”); fselección fpara faccion 43 TEMA 6: CLASES Y MÉTODOS Declaración de Clases. Atributos. Métodos. Control de acceso. Utilización de métodos. Pase de Parámetros: valor y referencia. Métodos Predefinidos. Métodos Constructores y Destructores. Definición de Objetos. Relaciones entre clases: dependencia, agregación, herencia. Jerarquía de Clases. Redefiniciones de métodos y polimorfismo. Los métodos en los lenguajes procedimentales: Acciones y Funciones, ambientes de referenciación: datos locales y no Locales. IMPLEMENTACIÓN DE UNA CLASE La implementación de una clase está delimitada por: Clase <Nombre_Clase> [hereda de <lista de superclases>] . . . fclase <Nombre_Clase> Para declarar los atributos y métodos de una clase, usaremos la siguiente notación: <modo de acceso><tipo de dato><Nombre del atributo>; <modo de acceso> indica la visibilidad del atributo, fuera del alcance de la clase, pudiendo ser: Privado Publico Protegido Algorítmicamente, las clases son descripciones netamente estáticas de conjuntos posibles de objetos. Su rol es definir nuevos tipos (valores + operaciones) Por el contrario, los objetos son instancias particulares de una clase.. Durante la ejecución del programa sólo los objetos existen. La declaración de una variable de una clase dada NO crea el objeto. La asociación siguiente: <Clase> <Variable>, por ejemplo Rectángulo R, no genera automáticamente un objeto Rectángulo. Sólo indica que R será una referencia a objetos de la clase rectángulo. La creación de un objeto, debe ser indicada explícitamente por el 44 programador, de forma análoga a como inicializamos las variables con un valor dado, sólo que para los objetos se hace a través de un método constructor. CREACIÓN DE OBJETOS Cada objeto o instancia de una clase debe ser creada explícitamente a través de un método especial denominado Constructor. Los atributos de un objeto toman valores iniciales dados por el constructor. Por convención el método constructor tiene el mismo nombre de la clase y no se le asocia modo de acceso (es público) y se distingue en la implementación de la clase con las palabras: Constructor () . . fconstructor; Algunos lenguajes proveen un método constructor por defecto para cada clase y/o permiten la definición de más de un método constructor. En la notación algorítmica, definimos obligatoriamente un método constructor de la clase. Si tenemos la clase Rectángulo, representada gráficamente por: Su declaración quedaría de la siguiente manera: Clase Rectángulo Privado Real Largo, Ancho; Constructor Rectángulo() Largo ← 10; Ancho ← 5; fconstructor; fclase Rectángulo Rectángulo - Altura: Entero - Base: Entero 45 Si quisiéramos calcular el área de un rectángulo, se debe definir además un acción Principal, donde se realizarán las instrucciones necesarias para ello, ej. Clase Rectángulo Privado Real Largo, Ancho; Constructor Rectángulo() Largo ← 10; Ancho ← 5; Fconstructor; Acción Principal Rectángulo R; # se declara un objeto rectángulo Entero Area; R.Rectangulo(); # se crea el objeto rectángulo Area ← R.Largo * R.Ancho; # se calcula el área del rectángulo Escribir(Area); faccion fclase Rectángulo MÉTODOS: Son las operaciones que se aplican sobre los objetos. La implementación de los métodos no es visible fuera del objeto. Los métodos definen el comportamiento de los objetos, así como las funcionalidades que ellos tienen. Tenemos dos tipos de métodos: aquellos que devuelven un solo valor, que llamaremos Funciones, y los que devuelven 0 o más valores, que llamaremos Acciones. Métodos: Acciones Es un mecanismo que permite asociarle un nombre a un conjunto de instrucciones, para luego referirnos a esas acciones mediante ese nombre. Estos métodos pueden devolver 0 o más valores. Definición de acciones: <modo de acceso>Acción <Nombre> [(lista de parámetros formales)] #objetivo de la acción <definición de variables locales> <instrucciones> facción <nombre>; 46 donde: <nombre> es el identificador de la acción <lista de parámetros formales> son los objetos en base a los cuales se definen las acciones, pero que no tienen valor hasta que se use la acción. <definición de variables locales>, es el conjunto de variables que no tienen significado fuera de esta secuencia de acciones. <acciones> secuencia de acciones a ser ejecutadas. Está delimitada por el facción. Métodos: Función Es un mecanismo que permite asociarle un nombre a un conjunto de acciones, para luego referirnos a esas acciones mediante ese nombre. A diferencia de las Acciones, una función se utiliza cuando se desea obtener solo un valor de retorno. La notación que vamos a utilizar es la siguiente: <modo de acceso>Función <nombre> [(parámetros)] → <Tipo> #objetivo de la acción <definición de variables locales> <instrucciones> ← <valor> o >identificador> ffunción <nombre>; PARÁMETROS Los parámetros representan los datos que manipulan los métodos al momento de ser invocados. Tenemos dos tipos de parámetros: Parámetros actuales: Se especifican en la llamada a la acción y son los valores sobre los cuales se desea aplicar la acción Parámetros formales: Se especifican en la definición de la acción y son alcanzables solo en el cuerpo de la acción, tal y como variables locales. 47 TIPOS DE PASE DE PARÁMETROS Paso por Valor: el parámetro actual no es modificado si se modifica el parámetro formal dentro de la acción. Esto se debe a que el parámetro actual (constante, variable o expresión) se evalúa y el resultado se copia en el correspondiente parámetro formal, que ocupa otra posición de memoria. Paso por Referencia: el parámetro actual sufre los mismo cambios que el parámetro formal. El parámetro actual no puede ser ni una constante ni una expresión. Ambos parámetros comparten la misma posición de memoria. LLAMADA (O USO) DE UN MÉTODO objeto.<nombre>[(lista de parámetros)]; La llamada a un método es a su vez una acción elemental que permite la ejecución de la secuencia de acciones elementales asociada a su nombre. Consiste en indicar el nombre y los parámetros actuales que van a ser utilizados, los cuales corresponden posicionalmente a los parámetros formales. La cantidad de parámetros actuales debe ser igual a la cantidad de parámetros formales y del mismo tipo de dato. Ejemplo: Dado un rectángulo definido por un par de puntos: esquina superior izquierda e inferior derecha, y dado un punto p, se desea saber en cual de los rectángulos está contenido p. Un punto de coordenadas (x, y) esta contenido dentro de un rectángulo cuya esquina superior izquierda tiene coordenadas (x0, y0) y la inferior derecha (x1, y1) si: (X0 ≤ X) ∧ (X ≤ X1) ∧ (Y1 ≤ Y) ∧ (Y≤ Y0) Clase Rectángulo Privado Real X0,Y0, X1,Y1; Constructor Rectángulo(Real XI, YI, XD, YD) X0 ← XI; Xo, Yo X1, Yo X0, Y1 X1, Y1 48 Y0 ← YI; X1 ← XD; Y1 ← YD; fconstructor Privado Función Pertenece (Real X, Y) → Lógico # chequea si un punto pertenece a un rectángulo ← (X0 ≤ X) y (X ≤ X1) y (Y1 ≤ Y) y (Y≤ Y0); ffuncion Privado Función Area ()→ Real # retorna el área ocupada por un rectangulo ← (X1-X0) * (Y0-Y1); # Largo * Ancho ffunción Privado Función Perímetro ()→ Real # retorna el perímetro del rectángulo ← 2 * ((X1-X0) + (Y0-Y1)); ffunción Privado Función Diagonal ()→ Real # retorna el valor de la diagonal del rectangulo Real aux; aux ← ((X1 – X0) ^ 2) – ((Y1 – Y0) ^ 2) ; ← aux ^ (1/2) ; ffuncion fclase AMBIENTE DE REFERENCIACIÓN Está dado por el segmento de código en el cual un objeto dado puede ser referenciado o utilizado. Tenemos entonces 2 tipos de objetos en una acción: Objetos No locales a una acción: Objetos que están definidos en otro método, en la clase o en el algoritmo principal, pero que tienen alcance (pueden ser utilizados) en el método. Objetos locales a una acción: Son aquellos objetos que son definidos dentro de cada método. Ejemplo: Clase Ejemplo Entero X, Y; Acción P1() Entero X, Z; P2 (); facción P1 49 Acción P2() Real Y, W; facción P2 Acción P3() Lógico P1, Y, Z; facción P3 Acción Principal P1(); P3(); facción Principal Veámoslo gráficamente: Podemos ver entonces: Locales No Locales Principal X. Y, P1, P3 P1 X (P1), Z, P2 Y, P3, P1 P2 Y, W X(P1), Z, P2, P1, P3 P3 P1, Y, Z X(alg. Ppal), P3 Principal Entero X, Y P1 P2 P3 Entero X, Z Real Y, W Lógico P1, Y, Z 50 TEMA 7: TIPOS DE DATOS ESTRUCTURADOS Arreglos unidimensionales y multidimensionales: Declaración y Operaciones. Algoritmos de búsqueda secuencial y binaria. Algoritmos de ordenamiento por selección y por intercambio. Registros. Archivos Secuenciales: Declaración, Operaciones, Archivos de Texto. Algoritmo de mezcla de archivos. ESTRUCTURA DE DATOS Es una herramienta mediante la cual es posible almacenar datos estructurados en la memoria del computador, permitiendo manipular datos complejos de forma sencilla. Estas estructuras de datos están formadas por más de un elemento, donde estos pueden ser todos del mismo tipo de dato (ED homogénea) o de tipos de datos diferentes (ED heterogénea). ARREGLOS Un arreglo es un Tipo de Dato Estructurado (TDE) cuya implantación implica una estructura de datos conformada por una sucesión de celdas, que permite almacenar en la memoria principal del computador un conjunto finito de elementos homogéneo (del mismo tipo de dato). Para hacer referencia a cualquiera de las celdas del arreglo es necesario el nombre del arreglo y el valor de uno de los elementos perteneciente al conjunto de índices asignado, lo que permite tener acceso aleatorio. La notación que vamos a utilizar para definir arreglos es la siguiente: Arreglo <Identificador> de <Tipo> [Li...Ls] 1 2 3 . . . N -1 N Tipo Número de Componentes Elemental Estructurado Entero, caracter, lógico, real Enumerado Subrango Homogéneos: archivos arreglos Heterogéneos: registros 1 n Tipo de Componentes = ≠ 51 Donde: Li: es el limite inferior del arreglo Ls es el limite superior del arreglo Acceso a los elementos de un arreglo Para acceder a los elementos almacenados en un arreglo, contamos con 2 operaciones: Operación Constructora: Permite asociarle a un arreglo un valor estructurado correspondiente a las características del arreglo, es decir, permite indicar explícitamente cuales son todos los valores que va a almacenar el arreglo. La operación constructora es utilizada en el momento de la declaración del arreglo. La notación que vamos a utilizar para la operación constructora es la siguiente: Arreglo Vocales de caracter [ ] = {‘a’,’e’,’i’,’o’,’u’} Para este caso tendríamos declarado un arreglo de 5 posiciones, ubicadas de la siguiente manera: Operación Selectora: Permite referenciar un componente individual de un arreglo para lo cual se debe indicar el nombre del arreglo seguido de un valor particular del intervalo de definición. La forma de utilizar la operación selectora es la siguiente: <Identificador del arreglo>[<posición>] En el caso del ejemplo anterior, la operación selectora equivalente sería: 1 2 3 4 5 ‘a’ ‘e’ ‘i’ ‘o’ ‘u’ 52 Vocales[1] ← ‘a’; Vocales[2] ← ‘e’; Vocales[3] ← ‘i’; Vocales[4] ← ‘o’; Vocales[5] ← ‘u’; Ejemplo: Inicializar un arreglo Acción Inicializar (Var Arreglo A, Entero N) #Incializa el Arreglo A de N posiciones con valores dados por el #usuario. Entero i, j ; Para i ← 1 hasta N hacer Leer(j); A[i] ← j; fpara faccion Ejercicios Resueltos: Hallar el máximo valor en un arreglo de N elementos enteros Acción Máximo Entero max, i ; Arreglo A de Entero [1…N]; Leer (N); Inicializar(A); max ← A[1]; Para i ← 2 hasta N hacer Si (A[i] > max) entonces max ← A[i]; fsi fpara facción Dado un arreglo A de N elementos enteros, almacenar en un arreglo B, las sumas parciales de los elementos de A Acción Sumas_Parciales Entero ant, i ; Arreglo A de Entero [1…N]; Arreglo B de Entero [1…N]; Leer (N); Inicializar(A); ant ← 0; 53 Para i ← 1 hasta N hacer B[ ] ← ant + A[i]; ant ← B[i]; fpara facción Dados 2 arreglos A y B de longitudes N y M, el primero ordenado ascendente y el segundo ordenado descendente, crear un nuevo arreglo C de N + M elementos intercalando los elementos de A y B de modo que c quede ordenado ascendente. Acción Mezcla Entero j, i, k ; Arreglo A de Entero [1…N]; Arreglo B de Entero [1…M]; Arreglo C de Entero [1…N+M]; Leer (N); Leer (M); Inicializar(A); Inicializar(B); i ← 1; j ← M; k ← 1; Mientras (k ≤ N+M) hacer Selección i = N: Para j ← j hasta 1 en –1 hacer C[ k ] ← B [j]; k ← k +1; fpara j = 1: Para i ← i hasta N hacer C[k] ← A [i]; k ← k +1; fpara (i ≠ N) y (j ≠ 0): Si (A[i] ≤ B[j]) entonces C[k] ← A [i]; i ← i + 1; sino C[k] ← B [j]; j ← j - 1; fsi k ← k + 1; fseleccion fmientras facción ARREGLOS MULTIDIMENSIONALES Es una extensión de los arreglos unidimensionales al considerar que el tipo base es un arreglo unidimensional o multidimensional. 54 ARREGLO BIDIMENSIONAL Es un arreglo cuyas componentes son arreglos unidimensionales (comúnmente llamado Matriz) Especificación: Arreglo <Identificador> de <Tipo> [Li 1 ...Ls 1 ], [Li 2 ...Ls 2 ] Donde: Li 1 : limite inferior del arreglo Ls 1 : limite superior del arreglo Li 2 : limite inferior de los arreglos componentes Ls 2 : limite superior de los arreglos componentes La operación selectora sería: <Identificador>[<posición> 1 ][<posición> 2 ] La operación constructora para el caso de una matriz de 3 x 4 Arreglo A de entero [ ] [ ]={{1,2,3,4},{0,0,0,0},{-1, 2, 8, 100}}; Li 1 Ls 1 Li 2 Ls 2 11 12 13 14 21 22 23 24 31 32 33 34 55 Ejemplo: Acción Inic_matriz (Entero N, M; Var Arreglo M) # Inicializa una matriz de NxM Entero i, j; Para i ← 1 hasta N hacer Para j ← 1 hasta M hacer Leer(M[i,j]); fpara fpara faccion Inic_matriz Ejercicios Resueltos: Dadas 2 matrices A y B de NxM, obtener la suma de ellas en otra matriz C Acción Principal Entero i, j; Arreglo A de Entero [1…N][1…M]; Arreglo B de Entero [1…N][1…M]; Arreglo C de Entero [1…N][1…M]; Leer(N); Leer(M); Inic_matriz(N,M,A); Inic_matriz(N,M,B); Para i ← 1 hasta N hacer Para j ← 1 hasta M hacer C[i,j] ← A[i,j]+B[i,j]; fpara fpara faccion Multiplicación de 2 matrices Clase Multiplicar_Matrices Entero N,M,P; Arreglo A de Entero [1…N][1…M]; 1 2 3 4 0 0 0 0 -1 2 8 100 56 Arreglo B de Entero [1…M][1…P]; Arreglo C de Entero [1…N][1…P]; Funcion Prod( Entero i, j) -> Entero Entero k, p; Para k ← 1 hasta M hacer p ← p+ A[i,k] * B[k,j]; fpara ← p función Acción Inic_matriz (Entero N, M; Var Arreglo M) # Inicializa una matriz de NxM Entero i, j; Para i ← 1 hasta N hacer Para j ← 1 hasta M hacer Leer(M[i,j]); fpara fpara faccion Inic_matriz Accion Principal Entero I, j; Inic_matriz(N,M,A); Inic_matriz(M,P,B); Para i ← 1 hasta N hacer Para j ← 1 hasta P hacer C[i,j] ← Prod(i,j); fpara fpara faccion fclase ALGORITMOS DE ORDENAMIENTO Vamos a ver 3 algoritmos de ordenamiento, no quiere decir que sean los mejores ni los únicos. Selección Directa Consiste en lo siguiente: Buscar el elemento más pequeño de la lista. Intercambiarlo con el elemento ubicado en la primera posición de la lista. Buscar el segundo elemento más pequeño de la lista. Intercambiarlo con el elemento que ocupa la segunda posición en la lista. Repetir este proceso hasta que se haya ordenado toda la lista. 57 El algoritmo es el siguiente: Acción Seleccion_Directa (Entero N; Arreglo A) # Acción que ordena un arreglo por selección directa Entero i, j, k, min; Para i ← 1 hasta N -1 hacer Min ← A[i]; Para J ← i hasta N hacer Si A[j] < min entonces Min ← A[j]; K ← j fsi fpara Intercambiar(A[i], A[k]); fpara faccion Ejemplo: dado el arreglo 4 3 5 2 1 1 - 3 - 5 - 2 – 4 se busca el menor y se intercambia con el de la posición 1 1 - 2 - 5 - 3 – 4 se busca el menor desde la posición 2 y se intercambia con el que ocupa dicha posición 1 - 2 - 3 - 5 – 4 se busca el menor desde la posición 3 y se intercambia con el que ocupa dicha posición 1 - 2 - 3 - 4 – 5 se busca el menor desde la posición 4 y se intercambia con el que ocupa dicha posición Inserción Directa El algoritmo consiste en lo siguiente: Se toma el primer elemento Se toma el segundo y se compara con el primero: si es mayor, se coloca a la derecha, y si es menor a la izquierda Se toma el tercer elemento y se compara con los dos anteriores, desplazándolo hasta que quede en su posición final. Se continua haciendo esto, insertando cada carta en la posición que le corresponde, hasta que este ordenado. El algoritmo es: 58 Acción Insercion_directa(Entero N; Arreglo A) # Ordena un arreglo por inserción directa Entero i, j, temp; Para i ← 2 hasta N hacer temp ← A[ i ]; j ← i - 1; Mientras ((A[ j ] > temp) y (j>=1)) hacer A[ j+1] ← A[ j ]; j ← j -1; fmientras A[ j + 1 ] ← temp; fpara Ejemplo, dado el arreglo del ejemplo anterior: 4 - 3 - 5 - 2 – 1 temp toma el valor del segundo elemento, 3. La primera carta es el 4. Ahora comparamos: 3 es menor que 4. Luego desplazamos el 4 una posición a la derecha y después copiamos el 3 en su lugar. 4 - 4 - 5 - 2 – 1 3 - 4 - 5 - 2 – 1 El siguiente elemento es 5. Comparamos con 4. Es mayor que 4, así que no ocurren intercambios. Continuamos con el 2. Es menor que cinco: desplazamos el 5 una posición a la derecha: 3 - 4 - 5 - 5 – 1 Comparamos con 4: es menor, así que desplazamos el 4 una posición a la derecha: 3 - 4 - 4 - 5 – 1 Comparamos con 3. Desplazamos el 3 una posición a la derecha: 3 - 3 - 4 - 5 – 1 Finalmente copiamos el 2 en su posición final: 2 - 3 - 4 - 5 – 1 El último elemento a ordenar es el 1. Cinco es menor que 1, así que lo desplazamos una posición a la derecha: 2 - 3 - 4 - 5 – 5 Continuando con el procedimiento la lista va quedando así: 2 - 3 - 4 - 4 - 5 2 - 3 - 3 - 4 - 5 2 - 2 - 3 - 4 - 5 59 1 - 2 - 3 - 4 – 5 Burbujas Consiste en desplazarse repetidamente a través del arreglo, comparando elementos adyacentes de dos en dos. Si un elemento es mayor que el que está en la siguiente posición se intercambian. El algoritmo es el siguiente: Acción Burbujas (Entero N; Arreglo A) # Ordena un arreglo por el método de burbujas Entero i, j; Para i ← 2 hasta N hacer Para j ← N hasta I en –1 hacer Si A[ j-1] > A[ j ] entonces Intercambiar(A[j-1], A[ j ]); fsi fpara fpara Ejemplo: 4 - 3 - 5 - 2 - 1 4 - 3 - 5 - 1 – 2 4 - 3 - 5 - 1 – 2 4 - 3 - 1 - 5 – 2 4 - 1 - 3 - 5 – 2 1 - 4 - 3 - 5 – 2 1 - 4 - 3 - 5 – 2 1 - 4 - 3 - 2 – 5 1 - 4 - 2 - 3 – 5 1 - 2 - 4 - 3 – 5 1 - 2 - 4 - 3 – 5 1 - 2 - 3 - 4 – 5 ALGORITMOS DE BÚSQUEDA Vamos a ver 3 algoritmos de búsqueda, no quiere decir que sean los mejores ni los únicos. 60 Búsqueda Lineal La búsqueda consiste en recorrer secuencialmente el arreglo hasta encontrar la primera aparición del elemento buscado. Existen dos condiciones que ponen fin a la búsqueda: Se encontró el elemento buscado Se recorrió todo el arreglo. El algoritmo es el siguiente: Función Busqueda_lineal (Entero N, x; Arreglo A) → Entero # Acción que busca un elemento x en un arreglo Entero i, pos; pos ← 0; Para i ← 1 hasta N hacer Si (A[i] = x) entonces pos ← i; fsi fpara ← pos ffuncion Búsqueda Lineal (Arreglo Ordenado) En este caso, el arreglo sobre el que se va a hacer la búsqueda está ordenado El algoritmo es: Función Busqueda_lineal2 (Entero N, x; Arreglo A) → Entero # Acción que busca un elemento x en un arreglo Entero i, pos; pos ← 0; Mientras (i<N) y (A[i] < x) hacer i ← i+1; fpara Si (A[i] = x) entonces pos ← i; fsi ← pos ffuncion Búsqueda Binaria Este algoritmo requiere como condición inicial que el arreglo este ordenado. 61 El algoritmo de basa en que para buscar un elemento en un arreglo de tamaño N, se puede reducir el problema a buscar en la mitad de los elementos, dado que el arreglo esta ordenado. Así, podemos comparar el elemento ubicado en el medio del arreglo (A[med]) con el elemento a buscar, y según la comparación tenemos las siguientes acciones: A[med] = x : esto implica que se encontró el elemento A[med] > x : Si esto es cierto, el elemento buscado debe encontrarse entre las posiciones 1 y med-1. A[med] < x : Si esto es cierto, el elemento buscado debe encontrarse entre las posiciones med+1 y N. Es necesario establecer en que sub-arreglo estamos trabajando, para ello utilizaremos 2 variables, Li y Ls que nos indicaran los limites inferior y superior de tal subarreglo. El algoritmo es el siguiente: Función Busqueda_binaria (Entero N, x; Arreglo A) → Entero # Acción que busca un elemento x en un arreglo Entero Li, Ls, med, pos; pos ← 0; Si (x ≥ A[1]) y (x ≤ A[N]) entonces Li ← 1; Ls ← N; Mientras (Li ≤ Ls) y (pos ≠ 0) hacer Med ← (Li + Ls) div 2; Selección A[med] < x : Li ← med + 1; A[med] > x: Ls ← med – 1; A[med] = x: pos ← med; fseleccion fmientras fsi ← pos ffuncion ARCHIVOS Es una estructura de datos que consiste en una secuencia de elementos del mismo tipo que residen en la memoria secundaria del computador. Características principales 62 Residen en memoria secundaria Independencia respecto a los programas Permanencia de la información almacenada Gran capacidad de almacenamiento Tipos de organización Secuencial Aleatoria o directa Indexada La declaración de un archivo secuencial sería: Archivo <Identificador>; Operaciones Básicas sobre Archivos Las operaciones básicas sobre un archivo secuencial son: Escritura o lectura Cabezal M Cabezal N 1 2 3 4 63 Abrir el archivo Esta operación debe realizarse antes de cualquier otra operación sobre el archivo. Esta operación prepara el ambiente para trabajar con los archivos AbrirArchivo(<Identificador> A ,“nombre del archivo”, <Argumentos>); Donde <Argumentos> es uno o más de las siguientes palabras reservadas: Escribir: indica que el archivo se abre de solo escritura Lectura: indica que el archivo de abre de solo lectura Texto: indica que el archivo a abrir es un archivo de texto Binario: indica que el archivo a abrir es un archivo binario Añadir: indica que el archivo se abre de escritura pero todo lo que se escriba se añade al final del archivo Los argumentos de combinan con el operador lógico y. Por ejemplo: AbrirArchivo(A, “prueba.txt”, Lectura y Texto); Cerrar el archivo Una vez que se ha utilizado el archivo, es cerrado para dejarlo disponible a un nuevo uso. CerrarArchivo(<Identificador> A ); Fin de archivo Es una función que retorna verdadero cuando se alcanza el fin del archivo, y falso en caso contrario. FDA(<Identificador> A ); Operaciones de Entrada y Salida Son las que permiten escribir y leer el archivo Leer del archivo 64 LeerArchivo(<Identificador> A , <Identificador>); Escribir en el archivo EscribirArchivo(<Identificador> A , <Identificador>); Ejemplo: Imprimir todos los caracteres de un archivo. Acción Principal Archivo A; Caracter c; AbrirArchivo(A, “prueba.txt”, Lectura y Texto); Mientras No FDA(A) hacer LeerArchivo(A, c); Escribir( c ); fmientras CerrarArchivo(A); faccion Ejercicios Resueltos: Dado un archivo de texto se quiere generar otro igual al anterior pero suprimiendo las vocales. Acción Principal Archivo A; Archivo A; Caracter c; AbrirArchivo(A, “prueba.txt”, Lectura y Texto); AbrirArchivo(B, “res.txt”, Escribir y Texto); LeerArchivo(A, c); Mientras No FDA(A) hacer Si No Vocal ( c ) entonces EscribirArchivo(B, c ); fsi LeerArchivo(A, c); fmientras CerrarArchivo(A); CerrarArchivo(B); faccion REGISTROS Estructura de datos formada por una colección finita de elementos, no necesariamente homogéneos, llamados campos, y permiten almacenar una serie de datos relacionados entre sí bajo un nombre común. 65 Especificación Registro <nombre_de_registro> = <Tipo> 1 <Identificador> 1 <Tipo> 2 <Identificador> 2 ..... <Tipo> N <Identificador> N fregistro Acceso a los elementos de un Registro Para acceder a los elementos de un registro contamos con dos operaciones Operación Constructora Permite asociarle al nombre de un registro un dato estructurado que se corresponda componente a componente. Ejemplo: Registro Fecha = Entero día, mes, año; fregistro Registro Persona = Entero CI; String Nombre; Fecha Fnacimiento; fregistro Persona ← {10234223, “Somebody”, {10,10,1986} } Operación Selectora Permite referenciar una componente particular del registro. <nombre>.<campo> Así como un arreglo, el registro puede ser pasado por parámetros, así como cada campo individual. Ejemplo: Definir una estructura de datos que permita almacenar toda la información relevante del curso de algoritmos y programación: notas, profesores, preparadores, estudiantes. Registro estudiante= Entero cedula; 66 String nombre; String seccion; Entero nota; fregistro Registro AlgyProg String prof; String prep; String seccion; Arreglo est de estudiante[1…N]; fregistro Ejercicios Resueltos: Dadas dos fechas, decir cuál de ellas es más antigua. Registro Fecha = Entero día, mes, año; fregistro Acción Principal Fecha f1, f2; Leer (f1.dia); Leer (f1.mes); Leer (f1.año); Leer (f2.dia); Leer (f2.mes); Leer (f2.año); Selección f1.año > f2.año: Escribir(f1.dia, f1.mes, f1.año); f1.año < f2.año: Escribir(f2.dia, f2.mes, f2.año); f1.año = f2.año: Selección f1.mes > f2.mes: Escribir(f1.dia, f1.mes, f1.año); f1.mes < f2.mes: Escribir(f2.dia, f2.mes, f2.año); f1.mes = f2.mes: Selección f1.dia > f2.dia: Escribir(f1.dia, f1.mes, f1.año); f1.dia < f2.dia: Escribir(f2.dia, f2.mes, f2.año); f1.dia = f2.dia: Escribir(“son iguales”); fseleccion fseleccion fseleccion faccion Dado un archivo de estudiantes, imprimir aquellos cuya cédula de identidad sea mayor que 10 millones. Use la siguiente especificación: Tipo Registro Estudiante = Entero CI; String Nombre; 67 Entero ND; fregistro Acción Principal Archivo Arch_Est; Estudiante est; AbrirArchivo(Arch_Est, “estudiantes.bin”, lectura y binario); Mientras No FDA(Arch_Est) hacer LeerArchivo(Arch_Est, est); Si (est.CI > 10000000) entonces Escribir(est.CI, est.Nombre, est.ND); fsi fmientras CerrarArchivo(Arch_Est); faccion Dados dos archivos de estudiantes ordenados ascendentemente por el campo CI, generar un tercer archivo que sea la mezcla ordenada de los anteriores. Tipo Registro Estudiante = Entero CI; String Nombre; Entero ND; fregistro Accion Principal Archivo Arch1, Arch2, Arch3; Estudiante est1, est2; AbrirArchivo(Arch1, “est1.bin”, lectura y binario); AbrirArchivo(Arch2, “est2.bin”, lectura y binario); AbrirArchivo(Arch_Est, “est3.bin”, escritura y binario); SI No FDA(Arch1) entonces LeerArchivo(Arch1, est1); fsi Si No FDA(Arch2) entonces LeerArchivo(Arch2, est2); fsi Mientras (No FDA(Arch1) y No FDA(Arch1)) hacer Si (est1.CI ≥ est2.CI) entonces EscribirArchivo(Arch3, est2); LeerArchivo(Arch2, est2); Sino EscribirArchivo(Arch3, est1); LeerArchivo(Arch1, est1); fsi fmientras Mientras No FDA(Arch1) hacer LeerArchivo(Arch1, est1); EscribirArchivo(Arch3, est1); fmientras Mientras No FDA(Arch2) hacer LeerArchivo(Arch2, est2); 68 EscribirArchivo(Arch3, est2); fmientras CerrarArchivo(Arch1); CerrarArchivo(Arch1); CerrarArchivo(Arch3); faccion 69 REFERENCIAS Arnold, K., Gosling, J., Holmes, D. El lenguaje de programación Java. 3a Edición. Addison-Wesley. 2001. Booch, G. Análisis y diseño orientado a objetos. Addison Wesley. Segunda edición, 1996. Carmona, R. El enfoque Orientado a Objetos. Escuela de Computación, UCV Coto, Ernesto. Lenguaje pseudoformal para la construccion de algoritmos. Escuela de Computación. 2003. Deitel, H. y Deitel, P. Java: Cómo Programar. 5ta. Edición. Prentice-Hall, 2004. Fowler, Martin. UML Gota a Gota. Addison Wesley Longman. 1999. Jaime Sisa, Alberto. Estructuras de Datos y Algoritmos. Prentice-Hall. 2002. Meyer, B. Construcción de Software Orientado a Objetos. Prentice Hall. Segunda Edición. 1999