Terza Lezione

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Terza Lezione

• Introduzione alla programmazione lll

2
Schema di iterazione

• Schema di iterazione (ciclo o loop)
• Modo conciso per descrivere azioni che devono
  essere ripetute

Sub()
Sub()
S
S
C
C
vero
falso
falso
vero
End Sub
End Sub
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Schema di iterazione

• Nota
• I due schemi non sono equivalenti in un caso lo
  schema S è eseguito almeno una volta e nellaltro
  potrebbe non essere mai eseguito
• La condizione vero/falso può essere invertita si
  parla di iterazione per vero quando S è eseguito
  finché la condizione su C è vera e iterazione per
  falso nellaltro caso

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Note sullo schema di iterazione

• Quando è necessario eseguire lo stesso insieme di
  operazioni più volte si adotta un particolare
  schema di iterazione
• una sequenza di azioni di assegnazione dette
  istruzioni di inizializzazione
• Una iterazione (ripetizione) di una sequenza di
  azioni (iterazione) per un numero specificato di
  volte

5
Note sullo schema di iterazione
Inizializzazione
Inizializzazione
falso
Iterazione
Condizione di fine ciclo
vero
Iterazione
Condizione di fine ciclo
falso
vero
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Uscita dal ciclo

• La condizione di fine ciclo viene controllata
  dopo lesecuzione di ogni blocco di iterazione
• Può essere con controllo in coda al ciclo o con
  controllo in testa

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Ciclo enumerativo

• Un ciclo è detto enumerativo quando è noto a
  priori il numero di volte che deve essere
  eseguito
• Si usa la tecnica del contatore per controllarne
  lesecuzione, si usa cioè una variabile detta
  contatore del ciclo che viene inizializzata
  opportunamente prima di iniziare il ciclo e poi
  viene incrementata (o decrementata) fino a
  raggiungere un valore prefissato, permettendo
  così di eseguire una iterazione un numero
  specificato di volte

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Ciclo indefinito

• Un ciclo è detto indefinito quando non è noto a
  priori il numero di volte che deve essere
  eseguito
• Questo accade quando la condizione di fine ciclo
  dipende dal valore di una o più variabili che o
  dipendono dallinterazione con lesterno o
  vengono modificate allinterno delliterazione in
  modo complesso

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Esempio Diagramma di flusso
RADICI Diagramma di Flusso
a float
1
b float
2
c float
1
delta float
0
Inizio ingressi 1,2,1
MESSAGGIO radici coincidenti -1
Assegna ad a,b,c i valori dingresso
Stato della memoria
Metti il valori di b2-4ac in delta
deltalt0?
delta0?
falso
falso
MESSAGGIO radici distinte (-b-radice(delta))/2
a (-b-radice(delta))/2a
vero
vero
MESSAGGIO nessuna soluzione
MESSAGGIO radici coincidenti -b/2a
Fine
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Esercizi

• Ricerca di un elemento in un vettore
• Media di un vettore

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Soluzione Trova
Sub()
i0
ii1
V(i)k
i100
insuccesso
successo
end
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I programmi

• Per fare sì che un algoritmo sia effettivamente
  utilizzabile da un esecutore automatico occorre
  eliminare le ambiguità circa la codifica dei dati
  e linterazione con gli esseri umani
• In generale durante la stesura di un programma ci
  si deve preoccupare dei limiti nellintervallo di
  rappresentazione dei numeri, della durata non
  nulla delle operazioni, ecc.
• La soluzione integrata di queste problematiche e
  di quelle dellalgoritmo in sé risulta complessa
  e richiede alta competenza

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D. Il programma

• Disegnato il diagramma di flusso e quindi
  delineato in tutte le sue parti lalgoritmo non
  resta che tradurlo in un programma che il
  calcolatore sarà in grado di eseguire
• Il programma verrà scritto usando un linguaggio
  di programmazione (ad es. C, Java, Matlab, ecc.)

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Linguaggi di programmazione

• Linguaggi di Basso Livello.
• Sono linguaggi di programmazione caratterizzati
  da istruzioni molto elementari (ad es.
  lAssembler). Richiedono uno sforzo di codifica
  maggiore da parte del programmatore.
• Linguaggi di Alto Livello.
• Sono linguaggi di programmazione in cui ad ogni
  istruzione corrisponde un insieme di azioni più
  articolato. Richiedono uno sforzo di codifica
  inferiore.

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Esempio

• Il linguaggio L1 mette a disposizione i comandi
• Aggiungi_una_unità_al_dato_A
• Leggi_dato_A
• Leggi_dato_B
• Esegui_per ltnumero di voltegt
• Il linguaggio L2 mette a disposizione i comandi
• Leggi_dato_A
• Leggi_dato_B
• Somma ltaddendo, addendo2gt

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Esempio (segue)

• Vogliamo scrivere un programma per la somma di
  due numeri memorizzati rispettivamente nei
  registri A e B.
• L2 è un linguaggio di livello più alto rispetto a
  L1, perché offre al programmatore la possibilità
  di usare istruzioni che sono meno vicine al
  modo i cui lavora il processore.

In L1 Leggi_dato_A Leggi_dato_B Esegui_per B volte Aggiungi_una_unità_al_dato_A In L2 Leggi_dato_A Leggi_dato_B Somma (A,B)
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Il linguaggio macchina

• Il processore è in grado è in grado di
  riconoscere (e quindi di eseguire) solo programmi
  scritti in un proprio linguaggio di basso
  livello.
• Ogni modello di processore (es Intel, Pentium,
  Motorola, PowerPC) ha un proprio linguaggio
  macchina diverso da quello degli altri
  processori.
• Un programma scritto in un linguaggio diverso dal
  linguaggio macchina deve essere quindi tradotto
  nel linguaggio che il processore sa individuare

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Linguaggi di programmazione

• Invece di codificare algoritmi in linguaggi
  macchina si utilizzano linguaggi ad alto livello.
• Le istruzioni dei linguaggi ad alto livello sono
  facilmente comprensibili ai programmatori.
• Compilatore (programma che) traduce
  automaticamente un programma ad alto livello in
  linguaggio macchina.

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Linguaggi di alto livello

• Per facilitare la stesura dei programmi sono
  stati definiti linguaggi di programmazione di
  alto livello che
• permettono di descrivere le soluzioni dei
  problemi ad un livello di astrazione di poco
  inferiore a quanto visto fino ad ora per gli
  algoritmi
• permettono di descrivere le operazioni di
  ingresso/uscita
• sono traducibili automaticamente in linguaggio
  macchina

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Diversità dei linguaggi

• Sono stati sviluppati diversi linguaggi
• Fortran, Lisp, Cobol, Basic, Pascal, C, C,
  Java, Prolog
• I linguaggi si caratterizzano per
• sintassi linsieme delle regole che specificano
  come comporre istruzioni ben formate
• semantica linsieme delle regole che specificano
  come associare ad una istruzione una azione da
  compiere
• La diversità fra i vari linguaggi può consistere
  nella sintassi (le stesse azioni vengono
  descritte con termini diversi) o nella semantica

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Larte della programmazione

• La soluzione di un problema tramite un programma
  è un procedimento che non si esaurisce solo nello
  scrivere linee di codice in un dato linguaggio di
  programmazione, ma comprende una fase di progetto
  che precede e una di verifica che segue la
  scrittura del codice

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Larte della programmazione

• Definizione del problema
• Algoritmo per la soluzione del problema
• Codifica
• Debugging
• Validazione
• Documentazione
• Manutenzione

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Definizione del problema

• Definizione degli ingressi e delle uscite
• quali variabili
• quale dominio per ogni variabile
• Risoluzione delle ambiguità
• Scomposizione in problemi più semplici

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Algoritmo

• Soluzione in pseudocodice
• Soluzione in diagramma a blocchi strutturato

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Codifica

• Traduzione dellalgoritmo in istruzioni del
  linguaggio di programmazione

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Debugging

• Correzione degli errori sintattici e semantici
• Errori sintattici
• espressioni non valide o non ben formate nel
  linguaggio di programmazione
• Errori semantici
• Comportamento non aderente alle aspettative/alla
  intenzionalità del programmatore

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Validazione

• Test su tutte le condizioni operative del
  programma
• Caso degli input estremi (vettori di dimensioni 0
  o 1, variabili nulle, file vuoti, ecc.)

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Documentazione

• Inserimento di commenti esplicativi nelle varie
  parti del programma per facilitarne la
  comprensione dopo molto tempo dalla sua stesura
  per terze persone

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Manutenzione

• Modifica del programma per soddisfare il
  cambiamento delle specifiche con cui deve operare

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Commenti

• Limportanza dei commenti e della documentazione
• i programmi possono essere utilizzati più volte
  nel corso di tempi lunghi (mesi, anni)
• fare cambiamenti (aggiunta di caratteristiche)
• risolvere errori
• documentare il programma serve per rendere chiaro
  ed evidente lo scopo delle varie parti del codice

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Scrittura del programma nozione di variabile

• Come si indirizzano le celle di memoria?
• Invece di usare gli indirizzi fisici si usano dei
  nomi simbolici (es. x, y, nome, ) che vengono
  mappati n indirizzi fisici attraverso la fase di
  compilazione
• Le variabili vanno dichiarate allinizio del
  programma (celle diverse, nomi diversi)
• Valore di una variabile contenuto corrente
  della cella di memoria associata alla variabile

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Scrittura del programma nozione di costante

• Per esprimere direttamente valori prefissati
  (cioè che non devono essere modificati dal
  programma) si utilizzano le costanti
• Una costante è una rappresentazione simbolica di
  un numero, stringa, ecc. (es. 1, ciao, 3.14,
  ecc.)
• Il set di costanti disponibile dipende dal
  linguaggio di programmazione

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Scrittura del programma espressioni

• Le espressioni servono per rappresentare calcoli
  a livello simbolico
• Unespressione può coinvolgere nomi di variabili,
  costanti, operatori aritmetico-logici, ecc.
• Es.
• 34
• xy-1 (dove x è una variabile)
• xgt0 and ygt1

34
Programma VBA

• La sintassi di un programma consiste di due
  blocchi
• Dichiarazione di variabili e costanti
• Const pi As Single 3,14, nome As String
  Beatrice
• Dim x As Integer, y As String, z As Variant
• Sono liste di dichiarazioni introdotte
  rispettivamente dalla keyword const e dim
• Sequenza di istruzioni racchiusa tra le parole
  chiave Sub (nome()) End Sub e separate dal
  punto e virgola

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Esecuzione di un programma

• Qual è il significato (semantica) di un
  programma?
• Trasformazione da Input iniziale a Output finale
• Un programma deve essere eseguito per poter
  calcolare la trasformazione Input?Output
• Lesecuzione modifica lo stato del programma. Si
  parla di stato iniziale, corrente e finale
• Lesecuzione dipende dalla semantica dei singoli
  costrutti

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Lettura e scrittura

• Le operazioni di lettura e scrittura servono per
  ottenere valori in input (es. tastiera) o fornire
  valori in output (es. video)
• Assumiamo che input e output siano sequenze di
  valori
• write(Variabile) aggiunge il valore corrente di
  Variabile alloutput
• read(Variabile) toglie il primo valore della
  lista input e lo assegna a Variabile

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Assegnamento

• Si utilizza per assegnare il valore corrente di
  unespressione ad una variabile
• Variabile Espressione
• Se nello stato corrente Espressione si valuta in
  val allora Variabile varrà val dopo lesecuzione
  dellassegnamento
• Es. xx1
• Lespressione x1 va valutata nello stato
  corrente. Il risultato dellespressione è
  assegnato nuovamente a x.

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Istruzione condizionale

• Sintassi
• If Condizione Then Lista Istruzioni1
• Else Lista Istruzioni2
• End If
• Condizione Espressione booleana

Se la condizione si valuta vero si esegue il ramo
then, altrimenti si esegue il ramo else
Condizione
vero
falso
Lista Istruzioni1
Lista Istruzioni2
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Esempi
Leggi da tastiera e scrivi su video Sub Es1() Dim s As String read(s) write(s) End Sub Leggi due numeri, sommali e stampa il risultato Sub Es2() Dim x As Integer, y As Integer, somma As integer read(x) read(y) sommaxy write(somma) End Sub Trova il massimo tra 2 numeri Sub Es3() Dim x As Integer, y As Integer read(x) read(y) If xgty Then write(x) Else write(y) End If End Sub

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Istruzione ciclica

• Sintassi
• Do While Condizione
• Lista Istruzioni
• Loop
• Lista Istruzioni viene eseguita fintantoché
  Condizione si valuta in vero.
• Quando Condizione si valuta in falso si passa
  allistruzione seguente del programma.

- Iterazione
Condizione
falso
vero
Lista Istruzioni
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Esempio somma di k numeri

• Problema leggere k e quindi calcolare la somma
  di k valori letti dallinput.
• Memorizziamo k, la somma e i valori letti V1, V2,
  ,Vk
• poiché si usa ogni Vi una sola volta, bastano 3
  variabili k, x ed S
• x manterrà il valore Vi corrente, S la somma
  progressiva
• Sub Es4()
• Dimr k As Integer,x As Integer,S As Integer
• read(k)
• S0
• Do While kgt0
• read(x)
• SSx kk-1
• Loop
• write(S)
• End Sub

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Esecuzione del while

• Inizialmente val(x),val(k)indefiniti, val(S)0
• Si legge il valore 3 val(k)3
• Poiché val(k)gt0, si entra nel ciclo
• Si legge il primo valore in input V1 su cui fare
  la somma e si memorizza in x
• Si calcola SSx e si decrementa k
• Quindi, dopo lesecuzione delle istruzioni dentro
  il ciclo, val(x)3, val(S)3, val(k)2
• Si prosegue con il ciclo fino a che val(k)0
• A questo punto si esce dal ciclo e si scrive il
  valore finale di S

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Esempio Calcolo MCD

• Calcolare il massimo comun divisore tra due
  numeri interi letti da input, utilizzando
  lalgoritmo di Euclide
• mcd(m,n)mn se nm
• mcd(m,n)mcd(m-n,n) se mgtn
• mcd(m,n) mcd(m,n-m) se ngtm

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Algoritmo di Euclide

• Leggo m e n
• () Fino a che m diverso da n
• se mgtn allora sottraggo n ad m
• se ngtm allora sottraggo m ad n
• torno a ()
• Quando mn stampo, ad esempio, n

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Es. Calcolo MCD

• Sub Es5()
• Dim m As Integer,n As Integer
• read(m)
• read(n)
• Do While mltgtn
• If mgtn Then
• mm-n
• Else
• nn-m
• End If
• Loop
• write(n) (Nota a questo punto nm!)
• End Sub

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Strutture dati complesse

• Oltre a variabili di tipo intero, stringa, ecc.
  può essere molto utile utilizzare dati
  strutturati (ad es. liste, insiemi, ecc.)
• Molti linguaggi di programmazione forniscono vari
  tipi di dato, quali
• array
• record
• list
• Nel linguaggio didattico LP abbiamo solo array e
  record

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Array

• Un array (vettore) rappresenta una sequenza di
  celle consecutive contenenti dati omogenei (es.
  interi)
• Una variabile V di tipo array denota la sequenza
  di celle
• Per accedere direttamente alla cella i-esima si
  utilizza il suo indice i come segue V(i)
• Sintassi dichiarazione
• Dim NomeVarArray(N) As Integer (N costante)
• Nelle espressioni, assegnamenti, ecc. si utilizza
  poi
• NomeVarArray(Exp) dove Exp è un espressione che
  si valuta in un valore da 0N-1

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Esempio Array
Leggere klt10 valori e stamparli in ordine inverso Dobbiamo leggere V1, ,Vk, memorizzarli e poi stamparli in ordine Vk, , V1. Usiamo un array A di Ngtk posizioni per memorizzare i dati in input. Dopo aver memorizzato i dati, li scriviamo scorrendo larray dallindice k allindice 1. Sub Dim A(10) As Integer Dim i As Integer, k As Integer read(k) i1 Do While ik read(A(i)) ii1 Loop ik Do While igt0 write(A(i)) ii-1 Loop End Sub
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Record

• Tipo di dato per gestire dati strutturati di tipo
  eterogeneo ogni dato viene chiamato campo del
  record
• Sintassi
• Variabile record
• Campo1 Tipo1
• CampoN TipoN
• end
• Per accedere ai campi di un record si utilizza
• Variabile.Campoi (rappresenta li-esimo campo)

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Esempio di record

• Coordinate
• var Puntorecord x,yint end
• zint
• Punto.x3
• Punto.y2
• zPunto.xPunto.y

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Compilatore e Loader

• Un compilatore è un programma che traduce un
  programma scritto in linguaggio ad alto livello
  in un programma scritto in linguaggio macchina
• Un compilatore produce quindi un programma
  eseguibile (Es. .exe in Windows)
• Il loader è il programma che carica un programma
  in linguaggio macchina in memoria centrale ( e
  quindi mappa indirizzi logici in indirizzi
  fisici)

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Come funziona la compilazione

• Un compilatore (che abbia anche la funzione di
  loader) deve
• riconoscere la sintassi del linguaggio ad alto
  livello
• associare uno spazio in memoria centrale per
  poter gestire le variabili dichiarate nel
  programma
• tradurre i costrutti di alto livello in sequenze
  di istruzioni in linguaggio macchina