Wykład 6 Inżynieria programowania

1. Inżynieria Środowiska Wykład 6 Inżynieria programowania

2. ALGORYTMY Algorytm jest to sformalizowany ciąg logicznie powiązanych instrukcji (poleceń, rozkazów), których wykonanie pozwoli na przetworzenie informacji wejściowych (danych) w informacje wyjściowe (wyniki). Algorytm - rozwiązywanie "krok po kroku" dowolnego problemu.

3. Algorytm ma przeprowadzić system z pewnego stanu początkowego do pożądanego stanu końcowego. Badaniem algorytmów zajmuje się algorytmika.

4. Każdy algorytm komputerowy musi być wprowadzony do komputera w bardzo rygorystycznie zdefiniowanym języku - jednoznaczne instrukcje. Jeżeli dany algorytm da się wykonać na maszynie o dostępnej mocy obliczeniowej i pamięci oraz akceptowalnym czasie, to mówi się że jest to algorytm obliczalny. Algorytm – przepis niezależny od implementacji (NARZĘDZIA) Program – zastosowanie algorytmu w języku zrozumiałym przez komputer

5. Czynności służące do rozwiązania zadania: • analiza treści zadania • wykaz danych wejściowych; wiadomych i niewiadomych oraz relacji między nimi • sprawdzenie czy zadanie posiada jednoznaczne rozwiązanie • wybór metody rozwiązania zadania • opis czynności dla wybranej metody rozwiązania • sporządzenie i przedstawienie wyników rozwiązania zadania

6. Sposoby zapisu algorytmów • Opis słowny - przedstawienie kolejnych czynności (akcji) na elementach (danych). Przykład:przepis kulinarny • Schemat blokowy – operacje na danych przedstawione graficznie w postaci elementarnych bloków.

7. ZASADY BUDOWY SCHEMATU BLOKOWEGO • 1) Każda operacja jest umieszczona w bloku • 2) Schemat ma tylko jeden blok "START" i przynajmniej jeden blok "STOP" • 3) Bloki mają połączenia ukierunkowane • 4) Z bloku wychodzi jedno połączenie; • wyjątki • - "STOP" (nie wychodzą żadne połączenia) • - blok "warunkowy" ( wychodzą dwa połączenia opisane TAK i NIE) • 5) W bloku "operacyjnym" odbywa się nadanie wartości (przypisanie) znak :=

8. START STOP Reguły graficzne tworzenia schematów blokowych Start Stop Operacje wejścia i wyjścia wczytaj a,b,x pisz suma, wynik Instrukcja wykonawcza (proces) blok operacyjny Blok decyzyjny oblicz suma:=a+b TAK ? suma>0 Łącznik stronicowy NIE 1

9. Klasy problemów • algorytmy obliczeniowe ( - np. całkowanie numeryczne, obliczanie funkcji z sumy wyrazów ciągu, wyznaczanie liczb pierwszych, zamiana systemów liczbowych itp.) • algorytmy sortujące • algorytmy wyszukujące • algorytmy kompresji Metodyka • algorytm "krok po kroku" • algorytmy rekurencyjne • algorytmy genetyczne • algorytmy sztucznej inteligencji

10. Dla utworzenia algorytmu konieczne są: • • opis obiektów do przechowywania danych wejściowych, danych pośrednich i wyników • • opis czynności jakie należy wykonać z obiektami, co realizujemy przy pomocy instrukcji, które opisują: • sposób działania • kolejność ich wykonywania • ewentualne warunki jakie muszą być spełnione • • opis wyników - zawiera sposób udostępnienia wyników rozwiązanego zadania

11. Aby zatem tworzyć działające programy wymagane są: • jakaś metoda wprowadzania i przechowania danych (liczb, tekstów itp.) • jakieś instrukcje, które umożliwią obliczenia wyników • jakieś metody pokazania wyniku

12. Rodzaje sieci działań: Proste (sekwencyjne) - kolejność realizacji poszczególnych operacji jest ściśle określona i żadna z nich nie może być pominięta ani powtórzona - nie używa się bloków warunkowych. Z rozwidleniem - zawiera w sobie wybór jednej z kilku możliwych dróg realizacji danego zadania, istnieje przynajmniej jeden blok warunkowy. Z pętlą, często w trakcie realizacji zadania konieczne jest powtórzenie niektórych operacji różniących się zestawem danych. Pętla obejmuje tę część bloków, która ma być powtarzana. Złożone - będące kombinacją powyższych sieci.

13. Przykład W algorytmach sortujących potrzebny jest mechanizm zamiany wartości umieszczonych w dwóch zmiennych, jeśli są w niewłaściwej kolejności Algorytm wymaga zmiennej pomocniczej (jak do zamiany zawartości dwóch szklanek potrzebna jest trzecia szklanka) Opis słowny: 1. Wczytaj dane do obiektów 1 i 2 2. Przepisz zawartość obiektu 1 do obiektu pomocniczego 3. Przepisz zawartość obiektu 2 do obiektu 1 4. Przepisz zawartość obiektu pomocniczego do obiektu 1 5. Wyprowadź wartości obiektów 1 i 2

14. wczytaj a,b schemat blokowy zamiany wartości w dwóch zmiennych pom:=a a:=b b:=pom drukuj a, b

15. obiekt pomocniczy 3 1 B A 2

16. Przykład2 – z blokiem decyzyjnym i pętlą Ile razy trzeba podzielić na pół daną liczbę, aby uzyskać wartość mniejszą od  • Opis słowny: • Wczytaj liczbę i  • Ustal wartość licznika równą 0 • 3. Podziel liczbę przez 2 • 4. Zwiększ licznik o 1 • 5. Sprawdź czy wynik jest mniejszy od , jeśli tak, to przejdź do punktu 6, jeśli nie to wróć do punktu 3 • 6. Wyprowadź wartość licznika

17. wczytaj liczba,  licznik:=0 liczba:=liczba/2 licznik:=licznik+1 NIE liczba<  TAK drukuj licznik schemat blokowy czy algorytm jest poprawny??

18. A może tak lepiej? wczytaj liczba,  licznik:=0 liczba:=liczba/2 licznik:=licznik+1 NIE liczba<  TAK drukuj licznik

19. A może jeszcze inaczej? Który z tych trzech algorytmów jest poprawny? wczytaj liczba,  licznik:=0 licznik:=licznik+1 liczba:=liczba/2 NIE liczba<  TAK Widzimy, że potrzebna jakaś ocena poprawności drukuj licznik

20. A więc, aby tworzyć efektywne algorytmy i móc je aplikować programowo, potrzebne są następujące elementy: Spektrum obiektów programowych, możliwość ich odróżniania, klasyfikacja do typu, umieszczanie ich identyfikatorów (nazw) i wartości w pamięci Spektrum operacji (operatorów nadawania wartości, arytmetycznych, porównania) – operacje na obiektach! Mechanizm sterowania – co wykonać następnie po aktualnej operacji

21. Optymalny algorytm wyszukiwania indeksu najmniejszego elementu (czyli numeru elementu) • 1. Umieszczamy elementy w obiektach od x[1] do x[n] • 2. Zmiennej pomocniczej min przypisujemy 1 • 3. Dla zmiennej iod 2 do n-1 z krokiem co 2 wykonujemy: • Zmiennej pomocniczej min_lok przypisujemy indeks mniejszej liczby z pary x[i], x[i+1] (czyli przypiszemy i lub i+1) • jeśli element x[min_lok] jest mniejszy (w sensie użytego operatora) od elementu x[min], to zmiennej min przypisujemy wartość min_lok • 4. Jeśli n jest liczbą nieparzystą, to kończymy algorytm. Jeśli n jest liczbą parzystą to wykonujemy: • jeśli element x[n] jest mniejszy (w sensie użytego operatora) od elementu x[min], to zmiennej min przypisujemy wartość n i kończymy algorytm

22. 1 2 3 4 5 … min_lok min_lok

23. Podstawy programowania • Do 1954 roku – język maszynowy (Eniac, Mark I- USA) – niskiego poziomu - dla • Kodowanie instrukcji procesora w postaci ciągu liczb dwójkowych (elementarny rozkaz i dane) • -pracochłonność (same liczby, długie algorytmy działań takich jak dodawanie i mnożenie) – np. rzymskie • -trudność śledzenia błędów

24. lata 50-te - zastąpienie kodów liczbowych operacji nazwami mnemotechnicznymi np. mnożenie MPY (multiply) język symboliczny - assembler ASSEMBLER – także program tłumaczący na kod maszynowy (wewnętrzny) DISSASSEMBLER – tłumaczenie odwrotne Cechy Assemblera • -wąski zbiór rozkazów, prymitywna architektura ówczesnych komputerów, • brak rejestrów (pamięci pomocniczych), • brak operacji zmiennoprzecinkowych

25. 1954 –języki tzw. wysokiego poziomu (kod maszynowy i assembler to niski poziom – bliższy procesorowi) Zapis operacji w sposób łatwiejszy, zrozumiały i dobrze kontrolowany przez programistę Po stworzeniu kodu programu w języku następuje proces translacji (tłumaczenia, kompilacji) na język wewnętrzny komputera.

26. Problemy: -zrozumiałość -jednoznaczność -skuteczność tłumaczenia Języki wysokiego poziomu po etapie początkowym stały się maszynowo niezależne z powodu wielu wersji translatorów (programów kompilujących) Kompilator (ang. compiler) to program służący do tłumaczenia kodu napisanego w jednym języku (języku źródłowym) na równoważny kod w innym języku (języku wynikowym). Najczęściej jest to tłumaczenie z języka wysokiego poziomu (łatwiejszego dla programisty) ma język wewnętrzny procesora. Proces ten nazywany jest kompilacją.

27. Języki wysokiego poziomu COBOL – dla przedsiębiorstw, język prawie naturalny (ang) MULTIPLY – mnożenie, ADD – dodawanie, czy dobrze?? Do dziś specjaliści potrzebni (w USA 500 $/godz za zmiany daty w 2000) W kolejnych latach - obfitość języków programowania BASIC, LOGO– prostota, interpretacja w odróżnieniu od kompilacji, tłumaczenie „na bieżąco” każdej instrukcji a nie programu w całości PASCAL, C, C+, C++- języki strukturalne z elementami tzw. programowania obiektowego OOP (ObjectOrientedProgramming) – języki zorientowane obiektowo (PROLOG, Visual Basic, Delphi, Java, C#)

28. OBIEKTY - dane dana (nazwa danej, wartość danej) deklaracje, definicje - opisy obiektów instrukcje - czynności na obiektach Program - algorytm zapisany w języku programowania

29. Podprogram - wyodrębniona część programu (ze względu na czytelność lub wielokrotne użycie) posiadająca wyodrębnioną nazwę i sposób wymiany informacji z pozostałymi jego częściami

30. Deklaracja podprogramu - opis podprogramu Instrukcja wywołania podprogramu – wykonanie, zastosowanie podprogramu wewnątrz programu głównego lub innego podprogramu Kod źródłowy - tekst programu w języku programowania (plik tekstowy pas) Kompilacja - tłumaczenie (w całości) kodu źródłowego na wykonywaną postać binarną, ładowalną (plik exe) – odrębny proces Interpretacja – tłumaczenie kolejnych instrukcji w trakcie procesu wykonywania

31. Komunikaty o błędach wyniki EDYCJA postać źródłowa programu Kompilacja postać ładowalna Wykonanie parametry dane PROGRAMISTA Przetwarzanie programuużytkowego

32. Przykładowy język Javascript JavaScript jest to interpretowany, zorientowany obiektowo, skryptowy język programowania. JavaScript jest oddzielnym językiem (nie jest uproszczoną wersją Javy). Może być osadzany w innych programach, na przykład w przeglądarce internetowej, aby, mając dostęp do obiektów otoczenia (np. modelu obiektowego przeglądarki internetowej - DOM), można sprawować nad tym otoczeniem kontrolę. Javascript jest łatwy w nauce i pozwala na pewne „zdynamizowanie” stron internetowych. Przeglądarki mogą pytać o zezwolenie na wykonanie skryptu.

33. Wstawienie skryptu do dokumentu HTML Skrypty JavaScript są zagnieżdżane w dokumentach HTML. Skrypt JavaScript umieszczane są między znacznikami <SCRIPT> i </SCRIPT>. <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> treść skryptu </SCRIPT>

34. <HTML><HEAD></HEAD> <BODY> <P> To jest tekst 1</P> <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> treść skryptu 1 </SCRIPT> <P> To jest tekst 2</P> <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> treść skryptu 2 </SCRIPT> </BODY></HTML> Może istnieć wiele skryptów naprzemiennie z pozostałym kodem HTML

35. Aby tworzyć działające skrypty JavaScript wymagane są: • jakaś metoda wprowadzania i przechowania danych (liczb, tekstów) • jakieś instrukcje, które umożliwią obliczenia wyników • jakieś metody pokazania wyniku

36. Wykorzystanie skryptu Javascript w dokumencie HTML <HTML><HEAD></HEAD> <BODY> <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> // obiekt document i jego metoda write - wypisanie tekstu document.write ("To jest zwykły tekst"); // wysyłamy też znacznik HTML document.write ("<BR />"); //nadajemy wartość zmiennej x=5; // ... i wyświetlamy jej wartość document.write("Wartość zmiennej <I>x</I> : "+x); document.write ("<BR>To jest liczba PI:"+Math.PI); </SCRIPT> <P> a to już akapit poza skryptem</P> </BODY></HTML> właściwość obiektu

37. Kilka zasad pisania skryptów Komentarze Komentarz o kilku wierszach, /* treść komentarza */ Jednowierszowy komentarz // tekst • Wykorzystywane są w celu: • opisy wyjaśniające • dezaktywowanie instrukcji (testy, błędy)

38. Identyfikatory Są to nazwy elementów (zmiennych, obiektów, funkcji) Zmienne służą do przechowania wartości określonego typu Jednym z podstawowych sposobów nadania wartości zmiennej jest instrukcja przypisania (nadania wartości) Ciąg liter, cyfr, znaków podkreślenia (nie wolno spacji!) Musi się zaczynać od litery Ważne duże i małe litery ! (w odróżnieniu od innych języków) Przykłady identyfikatorów dla zmiennych: x alfaAlfamojaZmienna B11 c_33 to dwie różne zmienne styl "wielbłądzi"

39. Operatory Arytmetyczne: + - * / %(reszta z dzielenia) Przypisania: = += x+=5 odpowiada x=x+5, –= x–=5 odpowiada x=x–5, *= x*=5 odpowiada x=x*5, /= x/=5 odpowiada x=x/5, ++ inkrementacja – zwiększenie o 1 x++ odpowiada x=x+1 -- dekrementacja – zmniejszenie o 1 x-- odpowiada x=x-1 %= x%=5 odpowiada x=x%5 (reszta z dzielenia) + konkatenacja (łączenie tekstów) "Mateusz " + 'Kowalski' para " lub para '

40. Przykładowo: <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> x = 7;//początkowo x ma wartość 7 x++; //zwiększamy o 1 x += 4; //dodajemy 4 x %= 10; //reszta z dzielenia z przez 10, a więc ….. 2 //tu trzeba by wypisać wartość x na ekranie, zaraz się nauczymy </SCRIPT>

41. Operatory porównania == !=(nierówne) <= < > >= Przykładowo: x==5 x>=3 a+b> 3*y jest to pytanie: czy jest spełnione? odpowiedź: tak lub nie (TRUE/FALSE)

42. Operatory logiczne • koniunkcja (i) && • alternatywa (lub) || • negacja ! true && false daje false !false daje true

43. Instrukcje – wykonanie akcji! Instrukcje języka oddzielamy średnikami (jeśli zapisujemy w tym samym wierszu). Czasem blok kilku instrukcji otaczamy klamrami { } zazwyczaj we wnętrzu instrukcji warunkowych i iteracyjnych (np. if, for, while) – o nich za chwilę <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> instrukcja1; { instrukcja2; instrukcja3; instrukcja4; } </SCRIPT> traktowany w całości jako blok instrukcji

44. Typy instrukcji • przypisania (nadania wartości); • warunkowe • pętle • wykonania funkcji (metody obiektu)

45. Instrukcja przypisania zmienna = wyrażenie; Po lewej stronie znaku = tylko nazwa zmiennej!!! Po prawej stronie znaku = piszemy wyrażenie (bardzo podobne jak w Excelu), zawierające liczby, operatory, nawiasy okrągłe, funkcje – metody obiektów, oraz zmienne o ZNANYCH WARTOŚCIACH Wyrażenie jest obliczane i jego wartość przechowana w zmiennej • Przykłady: • x=5; • alfa= 3*x; • b15=(3-x)+2/alfa;

46. Instrukcja wypisania na ekranie document.write(element); document to wbudowany obiekt w Javascript, a write (pisz) to jedna z jego funkcji (tzw. metoda) identyfikator obiektu i identyfikator jego metody oddzielamy kropką Przykład <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> document.write("To jest zwykły tekst<BR />"); x=5; //przypisujemy wartość zmiennej // wyświetlamy jej wartość document.write("Wartość zmiennej <I>x</I> : "+x+"<BR/>"); napis="Mateusz " + 'Kowalski'; document.write(napis); </SCRIPT> Jak widzimy można wysyłać znaczniki (do pozycjonowania, formatowania itp.)

47. Obiekt Math(uwaga! – z dużą literą M) • Wbudowany obiekt Mathzawiera wartości matematyczne, jako właściwości (ang. property) i metody (ang. method). • Są tutaj przechowywane pewne stałe matematyczne: • Math.property • lub gotowe funkcje • Math.method • gdzie property lub method jest jednym z podanych niżej elementów.

48. property (właściwości)

49. method(metody)

50. Przykłady: <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> document.write(Math.sin(4*Math.PI/180)+"<BR />"); </SCRIPT> lub wykorzystując zmienną: <SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"> wynik=Math.sin(3*Math.PI/180); document.write(wynik); </SCRIPT>