Programaci

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Programación II

• Facultad de Ciencias de la Computación
• MC Beatriz Beltrán Martínez

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Introducción a la abstracción de datos

• MC Beatriz Beltrán Martínez
• Otoño 2019

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Introducción a la abstracción de datos

• Qué es abstracción?
• La abstracción consiste en aislar un elemento de
  su contexto o del resto de los elementos que lo
  acompañan. En programación, el término se refiere
  al énfasis en el "qué hace?" más que en el
  "cómo lo hace?"

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Abstracción

• La abstracción es una estrategia de resolución de
  problemas en la cual el programador se concentra
  en resolver una parte del problema ignorando
  completamente los detalles sobre cómo se
  resuelven el resto de las partes.
• En este proceso de abstracción se considera que
  el resto de las partes ya han sido resueltas y
  por lo tanto pueden servir de apoyo para resolver
  la parte que recibe la atención.

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Abstracción

• La abstracción es la estrategia de programación
  más importante en computación. Sin abstracción
  las personas serían incapaces de abordar los
  problemas complejos.
• La pericia de un programador no está en ser veloz
  para escribir líneas de programa, si no que en
  saber descubrir, en el proceso de diseño, cuáles
  son las partes del problema, y luego resolver
  cada una de ellas abstrayéndose de las otras.

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Abstracción

• Un ejemplo de abstracción es el hecho de que uno
  pueda conducir un automóvil sin ser un mecánico
  (lo cual probablemente no era cierto con los
  primeros vehículos). Al conducir, uno se abstrae
  de cómo funciona la combustión en el motor. Sólo
  se requiere saber cómo se maneja el volante y los
  pedales, y cuales son las reglas del tránsito.

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Abstracción

• Dos de los tipos mas importantes de abstracción
  son los siguientes
• División en partes Abstracción Tiene un
• Dividir un sistema complejo en sus partes, y
  dividir las partes en sus componentes puede
  considerar algunas de éstas de forma aislada. Con
  la característica de la palabra tiene-un.
• División en especialización Abstracción Es un
• La abstracción Es-un toma un sistema complejo,
  y lo ve como una instancia de una abstracción más
  general. Se caracteriza por las sentencias que
  tienen las palabras Es-un.

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Abstracción

• Un proceso de generalización mediante la
  reducción de información de un concepto o un
  fenómeno observable, típicamente para retener
  solo la información que es relevante a un
  propósito particular.
• Tratar de entender el problema para separar los
  detalles necesarios de los que no los son.
• Tratamos de obtener nuestra propia vista
  abstracta, o modelo, del problema.
• Este proceso de modelado es llamado abstracción.

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Tipo de datos

• Conjunto de valores que sirve de dominio de
  ciertas operaciones.
• Dominio(int) Z
• Dominio(float)R

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Tipos de datos abstractos

• Este concepto aparece a mediados de la década de
  los 70's
• Tipo abstracto de dato (TDA)
• conjunto de valores que lo caracteriza.
• operaciones que sobre él se pueden aplicar.
• propiedades que determinan inequívocamente su
  comportamiento.

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Tipos de datos abstractos

• P/E Tipo int del Lenguaje C
• Valores (rango) -32..., 32..
• Operaciones suma, resta, producto, cociente,
  módulo.
• Propiedades abba, a00, etc.

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Tipo abstracto de datos

• Por qué abstracto?
• Proviene de abstracción, y responde al hecho de
  que los valores de un tipo pueden ser manipulados
  mediante sus operaciones si se saben las
  propiedades que éstas cumplen, sin que sea
  necesario ningún conocimiento acerca de su
  implementación en la máquina.

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Tipos de datos abstractos

• Los Tipos de Datos Abstractos son una solución
  parcial a los modelos.
• El TDA define la interface a la abstracción de
  datos sin especificar detalles de la
  implementación.

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Modelo

• Un modelo es una abstracción u objeto conceptual
  usado en la creación de una fórmula predecible o
  una solución.
• Un modelo define una vista abstracta del
  problema, se enfoca solamente en aspectos
  relacionados y trata de definir propiedades
• Los datos que son afectados
• Las operaciones que son identificadas
• El tipo de dato abstracto (TDA) es un tipo de
  Modelo.

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Propiedades de los TDA

• Con abstracción, creamos una entidad
  bien-definida, la cual puede ser adecuadamente
  manejada.
• Estas entidades definen la estructura de datos de
  un conjunto de ítems o elementos.
• Por ejemplo, cada empleado administrado tiene un
  nombre, fecha de nacimiento, número de seguridad
  social
• La estructura de datos solamente puede ser
  accedida con operaciones bien definidas.
• Este conjunto de operaciones se llama interface
  y es exportada por la entidad.
• Una entidad con las propiedades justamente
  descritas se llama tipo de dato abstracto (TDA).

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Definición de un TDA

• TDA se caracteriza por las siguientes
  propiedades
• Exporta un tipo.
• Exporta un conjunto de operaciones. Este conjunto
  es llamado interface.
• Las Operaciones de la interface son el único
  mecanismo de acceso a la estructura de datos del
  tipo.
• Axiomas y precondiciones definen el dominio de la
  aplicación del tipo.

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Objetivo de un TDA

• El fin que persigue el concepto de TDA es separar
  el uso del tipo de dato, de su implementación.
• Para conseguir este objetivo, la definición de un
  TDA se divide en dos partes
• Especificación
• Implantación

TDA
Especificación
Implementación
Sintáctica
Semántica
Estructuras de datos
Algoritmos
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Especificación Sintáctica

• Qué hace? Especificación de las entidades y sus
  propiedades (interface).
• Definir el nombre de las entidades abstractas.
• Definir el nombre de las operaciones indicando el
  dominio (argumentos) y el co-dominio o rango (los
  valores de retorno).

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Especificación Semántica

• Cómo lo hace? Descripción de la representación
  del objeto (estructuras de los datos) y
  desarrollo de las operaciones.
• Definir el significado de cada operación usando
  los símbolos definidos en la especificación
  sintáctica.
• La especificación puede ser de dos tipos
• Informal, a través del lenguaje natural.
• Formal, rigurosa y fundamentada matemáticamente.

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Especificación Semántica

• Además
• P Pre-condición condiciones que deben
  cumplirse antes de realizar la operación.
• Q Post-condición condiciones que se cumplen
  una vez realizada la operación.
• La notación usual es P S Q, donde S es la
  función o procedimiento.

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Especificación de un TDA

• La especificación de un TDA consiste en
  establecer las propiedades que lo definen.
• Para describir un TDA es necesario describir
• Los valores que pueden tomar los datos de ese
  tipo.
• Todas las operaciones realizables sobre de ellos.
• Una especificación debe poseer 4 propiedades
• Ser precisa Solo dice lo imprescindible.
• Ser general Es adaptable a diferentes contextos.
• Ser legible Transmite a los usuarios del tipo y
  al implementador el comportamiento del tipo.
• No ambigua Evita dobles interpretaciones.

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Ejemplo TDA Bolsa

• Definición Es una colección no ordenada de
  elementos con repetición.
• Tipo Bolsa.
• Sintaxis
• CrearBolsa () ? Bolsa
• BolsaVacia ? Bolsa
• BolsaLlena ? Bolsa
• Poner (Bolsa, Objeto) ? Bolsa
• EsVacia (Bolsa) ? Boolean
• Retirar (Bolsa, Objeto) ? Objeto
• Semántica b es Bolsa, e, f son elementos
• CrearBolsa () BolsaVacia
• EsVacia (CrearBolsa()) Verdadero
• EsVacia (Poner(CrearBolsa(), e)) Falso
• Retirar (BolsaVacia, e) Error
• Retirar (Poner(CrearBolsa(), f), e) f si fe
• Poner (BolsaLlena, e) Error

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Ejemplo TDA Bolsa

• Definición Es una colección no ordenada de
  elementos con repetición.
• Tipo Bolsa.
• Operaciones
• Función Construir_Bolsa () ? bolsa
• postcondición Devuelve una bolsa vacía
• Función Poner (B bolsa e elemento) ? bolsa
• precondición La bolsa no esta llena
• postcondición Añade el elemento e a la bolsa
• Función EsVacia (B bolsa) ? boolean
• postcondición Devuelve verdadero si la bolsa
  no tiene elementos, falso en otro caso
• Función Retirar (B bolsa e elemento) ?
  elemento
• precondición La bolsa no esta vacía
• postcondición Elimina el elemento e de la
  bolsa B

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Ejemplo TDA Fracción

• Definición Una fracción es un par ordenado de
  enteros siempre y cuando la segunda componente
  sea distinta de cero.
• Tipo Fracción.
• Tipo abstracto Racional (e(1), e(2)).
• Operaciones
• Función ConstruirFraccion (a,b Entero)?
  Fracción
• precondición b ? 0
• postcondición e(1) a AND e(2) b
• Función Numerador (r Fracción) ? entero
• postcondición Numerador e(1)
• Función Denominador (r Fracción) ? entero
• postcondición Denomidador e(2)
• Función Multiplicar (r1, r2 Fracción) ?
  Fracción
• Inicio multiplicar contruirFraccion
  (Numerador(r1) Numerador(r2), Denominador(r1)
  Denominador(r2))
• Fin

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Ejemplo TDA bool

• Definición Tipo booleano
• Tipo bool
• Sintaxis
• cierto, falso ? bool
• (bool) ? bool
• V(bool, bool) ? bool
• ? (bool, bool) ? bool
• Semántica
• cierto falso
• b V cierto cierto
• b V falso b
• b ? cierto b
• b ? falso falso