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LE, EI, Profesor Ramón Castro Liceaga UNIVERSIDAD LATINA (UNILA) III. DISEÑO DE ALGORITMOS PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS.

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1 LE, EI, Profesor Ramón Castro Liceaga UNIVERSIDAD LATINA (UNILA) III. DISEÑO DE ALGORITMOS PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS.

2 LOS DATOS A PROCESAR PUEDEN SER: SIMPLES Ocupan solo una casilla de memoria. (enteros, caracteres, decimales). Ejem COMPLEJOS O ESTRUCTURADOS.- Hacen referencia a un grupo de casillas de memoria y son construidos a partir de los datos simples. -Arreglos o vectores, matriz, árboles, registros, archivos, Bases de Datos, etc.

3 Tipos simples. Las En C/C++ existen básicamente cuatro tipos de datos, aunque como se verá después, podremos definir nuestros propios tipos de datos a partir de estos cuatro. TIPOTamaño char1 byte int2 bytes float4 bytes double8 bytes

4 QUE SON LOS ARREGLOS O VECTORES ? Es un conjunto o lista de datos estructurados Es una colección finita, homogenea y ordenada de elementos Finita.- Indica el número máximo Homogenea.- Son del mismo tipo (entero, reales, caracteres) Ordenada.- Llevan un orden consecutivo a través de un índice Ejem.- A= Datos (0)(1)(2)(3)(4)Indices

5 Los índices hacen referencia a los componentes (datos) en forma individual. Ejem.- A= Datos (0)(1)(2)(3)(4)Indices En forma individual.-A[2]=12 Cuanto vale A[1], A[4] …?

6 DECLARACIÓN DE UN ARREGLO EN C/C++ La sintaxis de declaración de arreglos es: tipo nombre_arreglo [numero_de_elementos]; Ejem: int A[5]; //Define un arreglo de 5 numeros int CoordenadasDePantalla[5]; // Un arreglo de 5 enteros char IDCompania[20]; //Un arreglo de 20 caracteres float Calificación[3]; //Arreglo de 3 números decimales

7 Que podemos programar con Arreglos ?. Las operaciones básicas con Arreglos son: Lectura de un arreglo Despliegue de datos de un arreglo Llenado de un arreglo Ordenacion de un arreglo Búsqueda de datos en un arreglo

8 LLENADO/LECTURA DE UN ARREGLO Pseudocodigo: Dame los 10 datos ? PARA i desde 0 hasta 10 incrementa LEE A[i]. Codigo en C o C++ printf ("Dame los 10 datos"); for (i=0; i<10; i++) { scanf ("%d", &valor [i]); }

9 DESPLIEGUE DE UN ARREGLO Y OPERACIONES CON SUS COMPONENTES Pseudocodigo: PARA i desde 0 hasta 10 incrementa Inicio DESPLIEGA Valor, Indice + 1, valor SUMA los valores del arreglo termina Codigo en C o C++ for (i=0; i<10; i++) { printf ("Valor %d = %d\n", i+1, valor [i]); suma += valor [i]; }

10 PRACTICA (5): A)HACER UN PROGRAMA (ProgArreg.cpp) EN C o C++ QUE PIDA EL PROCESO PARA N CALIFICACIONES Y LOS DATOS DESPLEGANDO AL FINAL SU PROMEDIO.

11 #include int i, valor [10], suma=0, n; float promedio; main () { printf ("Cuantas calificaciones ? "); scanf ("%d", &n); printf ("Dime los %d Datos en el mismo renglon\n", n); for (i=0; i

12 ARREGLOS MULTIDIMENCIONALES: Un vector es un array unidimensional, es decir, sólo utiliza un índice para referenciar a cada uno de los elementos. Su declaración será: tipo nombre [tamaño]; Una matriz es un array multidimensional. Se definen igual que los vectores excepto que se requiere un índice por cada dimensión. Su sintaxis es la siguiente: tipo nombre [tamaño 1][tamaño 2]...; Una matriz bidimensional se podría representar gráficamente como una tabla con filas y columnas.

13 ARREGLOS MULTIDIMENCIONALES: Ejem.- Una matriz de 2X3 (2 filas por 3 columnas) se inicializa en C/C++ como: int matriz[2][3] = { { 20,50,30 }, { 4,15,166 } }; Otra manera es llenar el arreglo mediante una instrucción FOR anidada

14 ESTRUCTURA DE DATOS ( ARREGLOS ) /* Matriz bidimensional. */ #include main() /* Rellenamos una matriz */ { int x,i,numeros[3][4];/* rellenamos la matriz */ printf("Dime los valores de matriz 3X4\n"); for (x=0;x<3;x++) for (i=0;i<4;i++) scanf("%d",&numeros[x][i]); /* visualizamos la matriz */ for (x=0;x<3;x++) for (i=0;i<4;i++) printf("%d",numeros[x][i]); getch(); }

15 ESTRUCTURA DE DATOS ( ARREGLOS ) int numeros[3][4]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; quedarían asignados de la siguiente manera: numeros[0][0]=1 numeros[0][1]=2 numeros[0][2]=3 numeros[0][3]=4 numeros[1][0]=5 numeros[1][1]=6 numeros[1][2]=7 numeros[1][3]=8 numeros[2][0]=9 numeros[2][1]=10 numeros[2][2]=11 numeros[2][3]=12

16 PRACTICA (9):HACER UN PROGRAMA DE UNA MATRIZ QUE SIMULE UN TABLERO DE AjEDREZ DE 8x8: /* Programa: Matriz_tablero.cpp. Simula una matriz de 8x8 */ #include main() { int suma, x,i,numeros[8][8]; printf("Dime los valores de matriz 8X8\n"); for (x=0;x<8;x++) for (i=0;i<8;i++) scanf("%d",&numeros[x][i]); for (x=0;x<8;x++){ // visualizamos la matriz printf("\n"); for (i=0;i<8;i++){ printf("%d",numeros[x][i]); } printf("\n"); getch(); } // Al finalizar hacer un programa que calcule una suma de valores en casillas

17 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga QUE SON ORDENAMIENTOS DE DATOS ? SORT / ORDENACION.- Es reagrupar un grupo de datos en una secuencia especifica de orden (mayor -> menor o menor -> mayor)

18 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga LA ORDENACION DE ELEMENTOS PUEDE SER: Ordenación Interna.- En memoria principal (arrays, listas). Ordenación Externa.- En memoria secundaria. (dispositivos de almacenamiento externo.- archivos y Bases de datos).

19 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga TIPOS DE ORDENACION Los mas usuales son: POR INTERCAMBIO (Compara e intercambia elementos.- Burbuja) POR SELECCIÓN (Selecciona el mas pequeño y lo intercambia) POR INSERSION (Inserta los elementos en una sublista ordenada) METODO SHELL (Es una insersión mejorada) ORDENACION RAPIDA (Quick Sort.- divide una lista en dos partes)

20 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga ALGORITMO DE EJEMPLO ALGORITMO DE EJEMPLO DE UN ORDENAMIENTO PROBLEMA: En una Empresa el área de Recursos Humanos requiere ordenar 3 números de empleados obteniendo la siguiente salida.

21 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga POR INTERCAMBIO (Burbuja o bubble sort )Burbuja o bubble sort El bubble sort, también conocido como ordenamiento burbuja, funciona de la siguiente manera: Se va comparando cada elemento del arreglo con el siguiente; si un elemento es mayor que el que le sigue, entonces se intercambian; esto producirá que en el arreglo quede como su último elemento, el más grande. Este proceso deberá repetirse recorriendo todo el arreglo hasta que no ocurra ningún intercambio. Los elementos que van quedando ordenados ya no se comparan. "Baja el más pesado".

22 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga EJEMPLO: Ordenamiento por Burbuja o bubble sort Consiste en comparar pares de elementos adyacentes e intercambiarlos entre sí hasta que estén todos ordenados. Sea un array de 6 números de empleados: {40,21,4,9,10,35}: Primera pasada: {21,40,4,9,10,35} <-- Se cambia el 21 por el 40. {21,4,40,9,10,35} <-- Se cambia el 40 por el 4. {21,4,9,40,10,35} <-- Se cambia el 9 por el 40. {21,4,9,10,40,35} <-- Se cambia el 40 por el 10. {21,4,9,10,35,40} <-- Se cambia el 35 por el 40. Segunda pasada: {4,21,9,10,35,40} <-- Se cambia el 21 por el 4. {4,9,21,10,35,40} <-- Se cambia el 9 por el 21. {4,9,10,21,35,40} <-- Se cambia el 21 por el 10. Ya están ordenados, pero para comprobarlo habría que acabar esta segunda comprobación y hacer una tercera.

23 Funciones.- Son bloques de código utilizados para dividir un programa en partes mas pequeñas Prototipo de función.- Es la declaración de la función en el código Variables: Gobales.- Nivel programa locales.- Nivel funcion Que son las funciones ?

24 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga // Definimos una función donde A=arreglo y N=tamaño int bubblesort(int A[],int N){ int i,j,AUX; for(i=2;i<=N;i++){ //siguiente for(j=N;j>=i;j--){ //anterior if(A[j-1]>A[j]){ //si i > d intercambio AUX=A[j-1]; //guardamos en AUX A[j-1]=A[j]; //pasamos d a i A[j]=AUX; //copiamos AUX en d } return 1; }

25 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Practica: Hacer un programa con Arreglos que ordene por el método de la burbuja Bubblesort en forma ascendente un vector de 10 números de empleados de una empresa. Pseudocódigo: 1.- Inicio 2.- Definir un vector de 10 números 3.- Llenar el vector con los números 4.- Mostrar la salida de los números capturados en desorden 5.- Ordenar el vector por el método bubblesort 6.- Mostrar la salida con los números ordenados del vector Códificación : main() { int A[10]; llenavector(A,10); // es uma función printf("ORDENAMIENTO POR BURBUJA \n"); printf("Numeros a ordenar: \n"); salida(A,10); // es uma función printf("\n\nNumeros ordenados: \n"); bubblesort(A,10); // es uma función salida(A,10); // es uma función getch(); }

26 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Función que llena el vector con los números int llenavector(int A[],int N){ int c; int x; cout<<"Ingrese 10 numeros de empleados:"<>x; // lee x numero A[c]=x; // lo graba en el vector } return 1; }

27 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Ordenar el vector por el método bubblesort int bubblesort(int A[],int N){ int i,j,AUX; for(i=2;i<=N;i++){ for(j=N;j>=i;j--){ if(A[j-1]>A[j]){ AUX=A[j-1]; //Intercambio A[j-1]=A[j]; A[j]=AUX; } return 1; }

28 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Muestra la salida de los números en el arreglo. int salida(int A[],int N){ int c; for(c=1;c<=N;c++){ printf("%d, ",A[c]); // muestra el vector } return 1; } // Nota: este mismo procedimiento fue el que se utilizó para mostrar los datos desordenados.(solo se escribe una vez)

29 EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Practica # S01: Construir el programa con Arreglos que ordene por el método de la burbuja Bubblesort en forma ascendente un vector de 10 números de empleados de una empresa. Librerias: #include using namespace std;

30 Que es la Programación Orientada a Objetos ? Es un estilo de programación en que cada programa es visto como un objeto se forma por una serie de componentes, autocontenidos que cooperan para realizar las acciones de la aplicación completa.

31 Origen Los conceptos de la programación orientada a objetos tienen origen en Simula 67, un lenguaje diseñado para hacer simulaciones, creado por Ole-Johan Dahl y Kristen Nygaard del Centro de Cómputo Noruego en Oslo.

32 Diferencias con la programación estructurada Las principales diferencias entre la programación estructurada y la orientada a objetos son: La programación orientada a objetos es más moderna, es una evolución de la programación estructurada La programación orientada a objetos se basa en lenguajes que soportan sintáctica y semánticamente la unión entre los tipos abstractos de datos y sus operaciones (a esta unión se la suele llamar clase).. La programación orientada a objetos incorpora en su entorno de ejecución mecanismos tales como el polimorfismo y el envío de mensajes entre objetos.

33 Conceptos orientados a objetos Objeto Clase Método Evento Mensaje Propiedad o atributo Componentes de un objeto Representación de un objeto

34 Características de la POO Las características mas importantes son: Abstracción Encapsulamiento Principio de ocultación Polimorfismo Herencia

35 Que es un paradigma ? Paradigma: Modo de Pensar expresado en breve (Un punto de vista personal, una metáfora, un esquema-mental, una visión del Mundo o cosmovisión) Por ejemplo: ¿Cómo pensaba la gente que era la Tierra antes de 1492?

36 Clases y Objetos Objeto es la entidad provista de un conjunto de propiedades o atributos (datos) y de comportamiento o funcionalidad (métodos). Corresponden a los objetos reales del mundo que nos rodea, o a objetos internos del sistema (del programa). Es una instancia a una clase. Las Clases son definiciones de las propiedades y comportamiento de un tipo de objeto concreto. La instanciación es la lectura de estas definiciones y la creación de un objeto a partir de ellas.

37 Método Es un algoritmo asociado a un objeto (o a una clase de objetos), cuya ejecución se desencadena tras la recepción de un "mensaje". Desde el punto de vista del comportamiento, es lo que el objeto puede hacer. Un método puede producir un cambio en las propiedades del objeto, o la generación de un "evento" con un nuevo mensaje para otro objeto del sistema.

38 Evento Es un suceso en el sistema (tal como una interacción del usuario con la máquina, o un mensaje enviado por un objeto). El sistema maneja el evento enviando el mensaje adecuado al objeto pertinente. También se puede definir como evento, a la reacción que puede desencadenar un objeto, es decir la acción que genera.

39 Mensaje Es una comunicación dirigida a un objeto, que le ordena que ejecute uno de sus métodos con ciertos parámetros asociados al evento que lo generó.

40 Propiedad o atributo Es contenedor de un tipo de datos asociados a un objeto (o a una clase de objetos), que hace los datos visibles desde fuera del objeto y esto se define como sus características predeterminadas, y cuyo valor puede ser alterado por la ejecución de algún método.

41 Componentes de un objeto Los componentes de un objeto son: atributos, identidad, relaciones y métodos.

42 Representación de un objeto Un objeto se representa por medio de una tabla o entidad que esté compuesta por sus atributos y funciones correspondientes

43 Tipo Es un conjunto de firma de métodos con un nombre que lo identifica. Un tipo puede ser definido a través de una Clase o una Interface.

44 Que es un lenguaje de programación Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado para expresar procesos que pueden ser llevadas a cabo por máquinas como las computadoras. Está formado por un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación. Es aquel que utilizamos para poder transmitir ordenadamente nuestras ideas a una computadora.

45 Tipos de lenguajes Existen 4 tipos de LP: – Lenguaje máquina – Lenguaje ensamblador ld a, #10 – Lenguajes de alto nivel for(i=0;i<10;i++) – Lenguajes orientados a objetos class persona{ }

46 Como se clasifican Lenguajes imperativos. Utilizan instrucciones como unidad de trabajo de los programas (Cobol, Pascal, C, Ada). Lenguajes declarativos. Los programas se construyen mediante descripciones de funciones o expresiones lógicas (Lisp, Prolog). Lenguajes orientados a objetos. El diseño de los programas se basa mas en los datos y su estructura. La unidad de proceso es el objeto y en el se incluyen los datos (variables) y las operaciones que actúan sobre ellos (Java, Smalltalk, C++). Lenguajes orientados al problema. Diseñados para problemas específicos, principalmente de gestión, suelen ser generadores de aplicaciones. (Lenguajes de 4ª Generacion 4GL, Progress, ABAP, ORACLE) Lenguajes naturales. Están desarrollándose nuevos lenguajes con el principal objetivo de aproximar el diseño y construcción de programas al lenguaje de las personas.

47 Lenguaje de programación orientado a objetos Entre los lenguajes orientados a objetos destacan los siguientes: Entre los lenguajes orientados a objetos destacan los siguientes: Action Script, Ada, C++, C#, Clarion, C++Builder, D, Delphi, Harbour, Eiffel, Java, Lexico (en castellano), Objective-C, Ocaml, Oz, Perl (soporta herencia múltiple), PHP (en su versión 5), PowerBuilder, Python, Ruby, Smalltalk, Magik (SmallWorld), VB.NET Visual FoxPro, XBase++ Action Script, Ada, C++, C#, Clarion, C++Builder, D, Delphi, Harbour, Eiffel, Java, Lexico (en castellano), Objective-C, Ocaml, Oz, Perl (soporta herencia múltiple), PHP (en su versión 5), PowerBuilder, Python, Ruby, Smalltalk, Magik (SmallWorld), VB.NET Visual FoxPro, XBase++ Utilizaremos en nuestros ejemplos el lenguaje Java en su versión J2SDK. Utilizaremos en nuestros ejemplos el lenguaje Java en su versión J2SDK.

48 Lenguaje Java orientado a objetos El diseño orientado a objeto puede ser programado en cualquier lenguaje. Los desarrollos se organizan alrededor de los datos, y no de las funcionalidades. Afortunadamente han aparecido nuevos lenguajes que facilitan la programación orientada a objetos, como es el caso de Java. En adelante para explicar las funcionalidades de programación orientadas a objetos adoptaremos código de Java como ejemplo

49 LE, EI, Profesor Ramón Castro Liceaga El Paradigma de la orientación a objetos PRACTICA # J01 Instalación y prueba de un lenguaje de programación orientado a objetos: Java con Netbeans IDE

50 LE, EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Niveles de abstracción para la construcción de algoritmos La construcción de algoritmos se basa en la abstracción de las características del problema a través de un proceso de análisis, que permitirá seguir con el diseño de una solución basada en modelos, los cuales ven su representación tangible en el proceso de implementación del algoritmo.

51 LE, EI, Profesor Ramón Castro Liceaga Estructuras básicas en un algoritmo. 1. Ciclos 2. Contadores 3. Acumuladores 4. Condicionales 5. Interruptores

52 Ciclos Se caracterizan por iterar o repetir instrucciones en función de una condición que debe cumplirse en un momento bien definido. Existen dos tipos de ciclos: while y do-while. while se caracteriza por realizar la verificación de la condición antes de ejecutar las instrucciones asociadas al ciclo. do-while evalúa la condición después de ejecutar las instrucciones una vez. En este tipo de ciclos el número de repeticiones que se realizarán es variable y depende del contexto de ejecución del algoritmo. mientras hacer Instruccion1 Instruccion2... Instrucción n fin mientras

53 Contadores Se caracteriza por iterar o repetir instrucciones en función de una condición que debe cumplirse en un momento conocido y está representado por la instrucción para (for). Esta estructura se evalúa el valor de una variable a la que se asigna un valor conocido al inicio de las iteraciones; este valor sufre incrementos o decrementos en cada iteración y suspende la ejecución de las instrucciones asociadas una vez que se alcanza el valor esperado. Para = hasta ] hacer Instruccion1 Instruccion2... Instrucción n Fin para

54 Acumuladores Son variables que tienen por objeto almacenar valores incrementales o decrementales a lo largo de la ejecución del algoritmo. Este tipo de variables utiliza la asignación recursiva de valores para no perder su valor anterior. Son útiles para calcular totales en diferentes valores o cantidades La asignación recursiva de valor a este tipo de variables se ejemplifica a continuación: = + total = total + cantidad; o tambien suma += valor [i];

55 Condicionales (if.. else) Se utiliza para ejecutar selectivamente secciones de código de acuerdo con una condición definida. Sólo tiene dos posibilidades: si la condición se cumple, se ejecuta una sección de código; si no, se ejecuta otra sección, aunque esta parte puede omitirse. si entonces Instruccion1 Instrucción n [si no Instrucción 3 Instrucción n] Fin si

56 Interruptores Son variables globales del programa que se utilizan en combinación con las estructuras cíclicas y selectivas para habilitar o deshabilitar secciones de código. Un ejemplo de este tipo de variables son las banderas que, dependiendo del valor que almacenen, condicionan el comportamiento del programa. Ejemplo: Si flag = 1 entonces escribe el encabezado del reporte.

57 Técnicas de diseño de algoritmos Algunas técnicas de diseño de algoritmos son: Refinamiento progresivo Procesamiento regresivo Divide y vencerás Estrategia Greedy Programación dinámica Inducción

58 Técnicas de diseño de algoritmos -Refinamiento progresivo Es una técnica de análisis y diseño de algoritmos que se basa en la división del problema principal en problemas más simples. Este tipo de procedimiento se conoce como Top-Down y también es aplicable a la optimización del desempeño y a la simplificación de un algoritmo. -Procesamiento regresivo Parte de la existencia de múltiples problemas y se enfoca en la asociación e identificación de características comunes entre ellos para diseñar un modelo que represente la solución para todos los casos de acuerdo con la parametrización de las entradas. Esta técnica también es conocida como Bottom-Up y puede aplicarse en la optimización y simplificación de algoritmos. -Divide y vencerás Dividir un problema en subproblemas del mismo tipo y aproximadamente todos ellos del mismo tamaño, resolver los subproblemas recursivamente y, finalmente, combinar la solución de los subproblemas para dar una solución al problema original. La recursión finaliza cuando el problema es pequeño y la solución es fácil de construir directamente.

59 Técnicas de diseño de algoritmos -Estrategia Greedy Un algoritmo Greedy elige, en cada paso, una solución local optima. Las estrategias greedy encuentra una solución maxima al problema. (ejem. Rutas de entrega) -Programación dinámica Es un método para reducir el tiempo de ejecución de un algoritmo mediante la utilización de subproblemas superpuestos y subestructuras óptimas. Una subestructura óptima significa que soluciones óptimas de subproblemas pueden ser usadas para encontrar las soluciones óptimas del problema en su conjunto. Se pueden resolver problemas con subestructuras óptimas siguiendo estos tres pasos: Dividir el problema en subproblemas más pequeños. Resolver estos problemas de manera óptima usando este proceso de tres pasos recursivamente. Usar estas soluciones óptimas para construir una solución óptima al problema original. -Inducción A través de la inducción matemática se puede definir un mecanismo para encontrar todos los posibles elementos de un conjunto recursivo partiendo de un subconjunto conocido, o bien, para probar la validez de la definición de una función recursiva a partir de un caso base.


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