ΜΑΘ-3122/106 Προγραμματισμός Αλγόριθμοι και Προγράμματα

Οργάνωση ενός ΗΥ

Αλγόριθμοι Μια ακολουθία από βήματα/ενέργειες που είναι: Καλώς (σαφώς) ορισμένα Αποτελεσματικά (μπορούν να εκτελεστούν) Συνήθως πεπερασμένα (τερματισμός) Συνήθως δέχονται δεδομένα Παραδείγματα αλγορίθμων Υπολογισμού ημερομηνίας Πάσχα Υπολογισμός ριζών Πολ/σμός – Αντιστροφής πινάκων Αναζήτησης και Ταξινόμησης Εύρεσης συντομότερου μονοπατιού Πρόβλεψης Ανάλυσης ιατρικών εικόνων Δρομολόγησης πακέτων στο internet

Υλοποίηση Αλγόριθμοι Απαιτήσεις - Πρόβλημα – Προδιαγραφές Σχεδίαση - Ορθότητα Πολυπλοκότητα (με βάση το μέγεθος των δεδομένων Ν) (προαιρετική για το μάθημα μας) Υπολογιστικό Κόστος Κόστος σε Μνήμη Βελτιστοποίηση (προαιρετική για το μάθημα μας) Υλοποίηση

Αλγόριθμοι Απαιτήσεις - Πρόβλημα – Προδιαγραφές Υπολογίστε το άθροισμα 1+2+3+…+Ν Σχεδίαση (Υπολογίζω κανονικά το άθροισμα ξεκινώντας από το 1) Σ = 0 //άθροισμα Για κ=1 … Ν //μετρητής Σ = Σ + κ Ορθότητα Πολυπλοκότητα Υπολογιστικό Κόστος, 2*Ν -> Ο(Ν) Κόστος σε Μνήμη, 2 -> Ο(1) Βελτιστοποίηση: Σ = Ν*(Ν+1) / 2 Υπολογιστικό Κόστος, 3 -> Ο(1) Κόστος σε Μνήμη, 1 -> Ο(1)

Αλγόριθμοι Απαιτήσεις - Πρόβλημα – Προδιαγραφές Ταξινομήστε Ν φυσικούς, (μικρότεροι από το 1000) α[1], α[2], …, α[Ν] < 1000 Σχεδίαση – Ορθότητα (Βρίσκω το μικρότερο, μετά τον αμέσως επόμενο, …) Για κ=1 … Ν Για λ=κ+1 … Ν Αν α[λ] > α[κ] άλλαξε τη θέση των α[κ], α[λ] Πολυπλοκότητα Υπολογιστικό Κόστος:Τ(Ν) = Τ(Ν-1)+Ν =>Τ(Ν)= Ν*(Ν+1)/2 -> Ο(Ν2) Κόστος σε Μνήμη, 2 -> Ο(1) 1 2 N

Αλγόριθμοι Απαιτήσεις - Πρόβλημα – Προδιαγραφές Βελτιστοποίηση: Ταξινομήστε Ν φυσικούς, (μικρότεροι από το 1000) α[1], α[2], …, α[Ν] < 1000 Βελτιστοποίηση: Για κ=1 … 1000 h[k] = 0 Για κ=1 … Ν h[a[k]] = h[a[k]]+1 μ = 1 Για κ=1 …1000 Για λ=1 …h[k] a[μ] = κ μ = μ+1 Πολυπλοκότητα Υπολογιστικό Κόστος: 1000 + Ν + 1000 + 2*Ν -> Ο(Ν) Κόστος σε Μνήμη, 1003 -> Ο(1) 1000 1 1 2 N

Προγραμματισμός και Αλγόριθμοι Πρόγραμμα = Αλγόριθμος σε μια συγκεκριμένη γλώσσα υπολογιστή Γλώσσα Μηχανής: η μόνη γλώσσα που πραγματικά καταλαβαίνει ο υπολογιστής Άλλες γλώσσες υπολογιστών ≠ γλώσσα προγραμματισμού Γλώσσες Προγραμματισμού Χαμηλού επιπέδου, πιο κοντά στη γλώσσα μηχανής Μεσαίου Υψηλού, πιο κοντά στην καθομιλουμένη Η επιλογή της γλώσσας προγραμματισμού εξαρτάται από την εφαρμογή Συνήθως το πρόγραμμα γράφεται «ευκολότερα» (είναι πιο σύντομο) στις Υψηλού επιπέδου γλώσσες όμως εκτελείται με μικρότερη ταχύτητα σε σύγκριση με μια χαμηλού επιπέδου υλοποίηση. Πολλά όμως εξαρτώνται και από τον προγραμματιστή.

Οικογένειες Γλωσσών Προγραμματισμού Δύσκολη η ταξινόμηση Ένα «παράδειγμα» γλωσσών παρέχει την άποψη που έχει ο προγραμματιστής για το πρόγραμμα. Μερικές σημαντικές κλάσεις: Διαδικαστικές (Procedural) : C, Pascal, Fortran Παραδοσιακός τρόπος προγραμματισμού Σειρά εντολών - ρουτίνες Συναρτησιακές (Functional) : Lisp, Mathematica Σειρά εντολών Οι συναρτήσεις – συμβολισμοί είναι αντίστοιχοι με τα μαθηματικά Δηλωτικές (Declarative) : Prolog, XML Αποτελούνται από σειρά ορισμούς και δηλώσεις Λογικός Προγραμματισμός (Logic Programming) Προγραμματισμός με βάση Περιορισμούς (Constraint Programming) Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός Παράλληλος Προγραμματισμός Διαδικτυακός Προγραμματισμός

Προγράμματα σε C Εντολές και Δεδομένα Εντολές Δεδομένα Μια σειρά από εντολές προς τον επεξεργαστή Αποθηκεύονται στη μνήμη του υπολογιστή Δεδομένα Διαβάζουμε από τη μνήμη του υπολογιστή Αποθηκεύονται (γράφονται) στη μνήμη του υπολογιστή Οι εντολές πρέπει να έχουν μια λογική αλληλουχία Και να ακολουθούν κάποια βήματα Αλγόριθμοι …

Οργάνωση ενός ΗΥ Disk RAM Main Secondary

Πρώτο Παράδειγμα /* Filename: 00-my_first_program.c Author: X. Zabulis Date: 14/03/07 Function: Prints the following string of characters: ‘Hello world!’ */ #include <stdio.h> int main() { printf(“Hello world!\n”); return 0; }

Γενική Δομή Λίστα από συναρτήσεις Συνάρτηση Τύπος-επιστρεφόμενης-τιμής όνομα(λίστα-παραμέτρων) { δηλώσεις μεταβλητών λίστα εντολών } /*Επιστρέφει το μέγιστο μεταξύ των x, y*/ int max(int x,int y) int z = x; /*δηλώσεις μεταβλητών*/ if (y > x) /*λίστα εντολών*/ z = y; return z;

Δημιουργία Προγράμματος Αλγόριθμος (π.χ. Bubble Sort) | Γλώσσα Προγραμματισμού (BubbleSort.c) |-----------------------------------------------------compiler Ενδιάμεσος Κώδικας (object code) (BubbleSort.o) | -----------------------------------------------------linker Εκτελέσιμο (Executable) (BubbleSort.exe) >gcc –Wall -g BubbleSort.c >./a.out

Δημιουργία Προγράμματος Αλγόριθμος | Γλώσσα Προγραμματισμού |--------------------------------------------Συντακτικά Λάθη Ενδιάμεσος Κώδικας (object code) | -------------------------------------------- Λάθη Συμβόλων Εκτελέσιμο (Executable) ------------- Λογικά Λάθη Run Time Errors

Ακολουθία «τρεξίματος»: Φόρτωμα του κώδικα στη μνήμη Δέσμευση μνήμης για (καθολικές) μεταβλητές Εκτέλεση της συνάρτησης main ! Κι οι τοπικές μεταβλητές; Δέσμευση μνήμης ανάλογα με την ροή του προγράμματος: κάθε συνάρτηση δεσμεύει όση μνήμη χρειάζεται την ώρα που τρέχει Not enough memory: runtime error

Διερμηνευμένες Γλώσσες (Interpreted) Αλγόριθμος | Γλώσσα Προγραμματισμού (κώδικας) (π.χ. QuickSort.c) Διερμηνέας (Interpreter) (CInterpreter.exe) Εκτελέσιμο

Ακολουθία «τρεξίματος» Καθολικές (global) έναντι τοπικών μεταβλητών (local) double sum; //καθολικές int bigsum; void f(int x, int sum) { sum = 1; x = 1+sum; bigsum = 1; } main() int x = 0; //τοπική f(1,0); bigsum=0;