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INFORMATICA UMANISTICA B
ALGORITMI, PROGRAMMI, E LINGUAGGI DI
PROGRAMMAZIONE
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DI NUOVO LA MACCHINA DI TURING
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MACCHINA DI TURING COME MODELLO DI PROGRAMMAZIONE
Partendo dalla macchina di Turing, abbiamo seguito un primo percorso attraverso l’Informatica moderna, focalizzato sull’aspetto ‘sistemistico’ dell’Informatica
La macchina di Turing non e’ pero’ soltanto, o soprattutto, un architettura di computer, ma un punto di partenza per teorie della PROGRAMMAZIONE
In questa lezione e la prossima seguiremo invece un secondo percorso focalizzato su questo aspetto
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PROGRAMMI
Un computer e’ una macchina per eseguire PROGRAMMI
Un programma e’ un ALGORITMO per risolvere un certo PROBLEMA scritto secondo le regole di un LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE
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ALGORITMO
Un PROGRAMMA e’ un ALGORITMO posto in forma comprensibile al computer
Definizione informale di ALGORITMO: una sequenza FINITA di passi DISCRETI e NON AMBIGUI che porta alla soluzione di un problema
Questa definizione si puo’ applicare al di fuori dell’Informatica: nella matematica (da cui ha origine) ma anche nella cucina
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UN QUASI-ALGORITMO: LA RICETTA PER LA BAGNA CAUDA
1. Cuocere gli spicchi di aglio, coperti con il latte, fino a quando non diventino teneri.
2. Tritare l'aglio3. Unirlo all'olio, alle acciughe tagliate molto
finemente4. Cuocere a fiamma moderata e mescolare
fino a far ridurre il contenuto in un composto omogeneo.
5. Dopo circa venti minuti aggiungere qualche fiocco di burro
6. Servire in tavola con le verdure.
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PERCHE’ QUASI-ALGORITMO?
Numero di passi e’ finito Ma molti passi sono ambigui:
‘teneri’? `fiamma moderata’?
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IL TERMINE ALGORITMO
Il nome ALGORITMO deriva dal nome del matematico persiano Muhammad ibn Mūsa 'l-Khwārizmī che attorno all’825 scrisse un trattato chiamato Kitāb al-djabr wa 'l-muqābala (Libro sulla ricomposizione e sulla riduzione) AL-KHWARIZMI ALGORISMO
ALGORITMO (ALGEBRA deriva da AL-DJABR)
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UN PROBLEMA, DUE ALGORITMI: IL MASSIMO COMUN DIVISORE
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MCD: UN ALGORITMO ELEMENTARE
A scuola si impara un algoritmo molto semplice per calcolare MCD: la SCOMPOSIZIONE IN FATTORI PRIMI
42 = 2 x 3 x 7 56 = 2 x 2 x 2 x 7
Algoritmo MCD(M, N):1. Scomponi M ed N in fattori primi2. Estrai i componenti comuni
Questo metodo si’ puo’ solo applicare per numeri piccoli (la scomposizione in fattori primi e’ molto costosa)
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MCD: L’ALGORITMO DI EUCLIDE
MCD(M,N):1. RIPETI finche’ M N
2. SE M > N, M M –N;
3. ALTRIMENTI, N N – M;
4. RITORNA al passo 1;
5. OUTPUT M
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ESEMPIO
MCD(42,56): M(42) N(56);
N (56) > M (42) N 14
M(42) N(14); M (42) > N (14); M 28
M(28) N(14) M(28) > N (14); M 14
OUTPUT: 14
MCD(M,N):1. RIPETI finche’ M N
2. SE M > N, M M –N;
3. ALTRIMENTI, N N – M;
4. RITORNA al passo 1;
5. OUTPUT M
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ALCUNE CONSIDERAZIONI:PROBLEMI ED ALGORITMI
Ci sono sempre molti algoritmi per risolvere un problema
Parte dell’arte della programmazione e’ trovare gli algoritmi piu’ efficienti
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ALGORITMI E FUNZIONI
In termini matematici, un algoritmo puo’ essere visto come una FUNZIONE che produce un certo OUTPUT dato un certo INPUT Per esempio, MCD(42,56) = 14
Due algoritmi si dicono EQUIVALENTI se producono lo stesso output dato lo stesso input. Fattori primi e Euclide sono EQUIVALENTI (ma
non egualmente efficienti!!)
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ALGORITMI PIU’ COMUNI IN INFORMATICA
Algoritmi MATEMATICI Per fare calcoli anche molto complessi (per esempio,
integrali, la scoperta di numeri primi)
Algoritmi di ORDINAMENTO 45 2 17 28 101 2 17 28 45 101
Algoritmi di RICERCA Algoritmi per il TRATTAMENTO DELLE STRINGHE COMPILATORI Algoritmi di COMPRESSIONE
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DA ALGORITMI A PROGRAMMI
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LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Un linguaggio di programmazione permette di esprimere certi tipi di istruzioni in modo che possano venire poi convertite in istruzioni macchina
Un linguaggio di programmazione e’ caratterizzato da SINTASSI (come vengono scritte le istruzioni) SEMANTICA (come devono venire interpretate)
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CONSIDERAZIONI, II: INGREDIENTI ESSENZIALI DI UN LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE
MCD(M,N):1. RIPETI finche’ M N
2. SE M > N, M M –N;
3. ALTRIMENTI, N N – M;
4. RITORNA al passo 1;
5. OUTPUT M
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INGREDIENTI ESSENZIALI DI UN LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE
Poter mettere istruzioni in SEQUENZA Poter cambiare l’ordine di esecuzione sulla
base di TEST Poter RIPETERE istruzioni Questi ingredienti vengono catturati tramite i
DIAGRAMMI DI FLUSSO
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DIAGRAMMI DI FLUSSO
Una rappresentazione grafica usata per descrivere in modo piu’ preciso i passi di un algoritmo senza usare una sintassi specifica
Un diagramma e’ composto da una serie di BLOCCHI uniti da archi
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ESEMPIO: AREA DEL RETTANGOLO
Calcolo dell’area di un rettangolo AREA:
1. Leggi da input l’altezza H
2. Leggi da input la base B
3. Calcola l’area A
4. Produci in output il risultato
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AREA DEL RETTANGOLO: DIAGRAMMA DI FLUSSO
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BLOCCHI: INIZIO E FINE PROGRAMMA
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BLOCCHI: ISTRUZIONI ELEMENTARI
COUNT 0
COUNT COUNT + 1
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BLOCCHI: INPUT / OUTPUT
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LE VARIABILI
Molti algoritmi richiedono un qualche modo per immagazzinare i risultati di certi calcoli. Per esempio, nell’algoritmo per MCD, M e N
Quasi tutti i linguaggi di programmazione permettono di usare delle VARIABILI per questo scopo. Una variabile puo’ essere pensata come un nome per una zona di memoria.
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VARIABILI NELL’ALGORITMO DI EUCLIDE
MCD(M,N):
1. RIPETI finche’ M N
2. SE M > N, M M –N;
3. ALTRIMENTI, N N – M;
4. RITORNA al passo 1;
5. OUTPUT M
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CONDIZIONALI
Un’altro degli ingredienti fondamentali di un linguaggio di programmazione e’ la possibilita’ di scegliere di eseguire istruzioni diverse a seconda dei risultati di un TEST
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CONDIZIONALI
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ESEMPIO: PARI O DISPARI
1. Leggi N
2. Dividi N per 2
3. Se Resto = 0 scrivi: N e’ pari
4. Altrimenti scrivi: N e’ dispari
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PARI E DISPARI
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RIPETIZIONI
L’ultimo componente fondamentale di un linguaggio di programmazione e’ la possibilita’ di ripetere le stesse azioni un gran numero di volte
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RIPETIZIONI
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ALGORITMO DI EUCLIDE
M N
OUTPUT:M
M > N?
M M - N N N - M
STOP
START
F
T
T
F
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REMINDER: LA MACCHINA DI TURING E L’IPOTESI DI CHURCH
Quando avevamo introdotto la macchina di Turing, si era menzionata l’ipotesi di Church: La macchina di Turing’ e’ una macchina
UNIVERSALE Nel senso che ogni programma eseguibile puo’
essere scritto sotto forma di istruzioni per la macchina di Turing
Questa ipotesi si basa sul fatto che la macchina di Turing puo’ esprimere tutti i costrutti fondamentali appena discussi
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LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Il calcolatore comprende istruzioni in LINGUAGGIO MACCHINA 0011 001 010
Una prima astrazione dal linguaggio macchina sono i cosiddetti ASSEMBLER che esprimono le istruzioni macchina in formato simbolico ADD R1 R2
Una seconda astrazione sono i linguaggi di programmazione AD ALTO LIVELLO che astraggono dalle istruzioni macchina X X + Y
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ALGORITMO DI EUCLIDE IN UN TIPICO LINGUAGGIO AD ALTO LIVELLO
function MCD(M,N) while M ≠ N if M > N then M M - N else N N - M return M
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COMPILATORE
E’ un programma che trasforma un programma espresso in linguaggio ad alto livello (PROGRAMMA SORGENTE) in linguaggio macchina (PROGRAMMA OGGETTO) In Windows: crea file .exe
Linguaggi tipicamente compilati: C, C++, Fortran, Pascal
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COMPILATORI
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UN ESEMPIO DI LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE
VISUAL BASIC e’ il linguaggio di programmazione usato per sviluppare applicazioni in ambienti Microsoft Windows
E’ un linguaggio Di alto livello Interpretato Visuale
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VISUAL BASIC:ASSEGNAZIONE AD UNA VARIABILE
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VISUAL BASIC: INPUT / OUTPUT
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VISUAL BASIC:COSTRUTTI CONDIZIONALI
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VISUAL BASIC:ITERAZIONI
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DIFFERENZE TRA LINGUAGGI AD ALTO LIVELLO
GREP in PERL:
while (<STDIN>) {
if (/Poesio/) { print $_;}
}
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DIFFERENZE TRA LINGUAGGI AD ALTO LIVELLO
….import java.util.regex.*;
public class Grep { …. // Pattern used to parse lines private static Pattern linePattern = Pattern.compile(".*\r?\n"); // The input pattern that we're looking for private static Pattern pattern; // Compile the pattern from the command line private static void compile(String pat) { try { pattern = Pattern.compile(pat); } catch (PatternSyntaxException x) { System.err.println(x.getMessage()); System.exit(1); } } // Use the linePattern to break the given CharBuffer into lines, applying // the input pattern to each line to see if we have a match
private static void grep(File f, CharBuffer cb) { Matcher lm = linePattern.matcher(cb); // Line matcher Matcher pm = null; // Pattern matcher int lines = 0; while (lm.find()) { lines++; CharSequence cs = lm.group(); // The current line if (pm == null) pm = pattern.matcher(cs); else pm.reset(cs); if (pm.find()) System.out.print(f + ":" + lines + ":" + cs); if (lm.end() == cb.limit()) break; } }
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XSL
XSL (eXtensible Stylesheet Language): un linguaggio che permette di specificare come visualizzare un documento formattato in XML
Uso tipico: convertire XML in HTML
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COSTRUTTI CONDIZIONALI IN XSL
<xsl:template match="poem">
<xsl:if test="@author='jm'"> 1. The poem's author is jm. </xsl:if>
<poem author="jm" year="1667"> <verse>Seest thou yon dreary Plain, forlorn and wild,</verse> <verse>The seat of desolation, void of light,</verse> <verse>Save what the glimmering of these livid flames</verse> <verse>Casts pale and dreadful?</verse> </poem>
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LINGUAGGI DI MARCATURA E LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Attenzione a non confondere un linguaggio di MARCATURA come XML con un linguaggio di PROGRAMMAZIONE come XSL Un linguaggio di marcatura CLASSIFICA certe
porzioni di testo Un linguaggio di programmazione specifica
ISTRUZIONI
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QUALI SONO I LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE PIU’ USATI?
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LETTURE
Tomasi: 1.2, 1.3, 1.4 Da Wikipedia: le voci
Algoritmo Diagramma a blocchi Programma Linguaggio di Programmazione