Engenharia de resolução de problemas

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1 Engenharia de resolução de problemas O processo de resolução de um problema pode ser visto como uma seqüência de passos que devem ser definidos e aprimorados, até que o modelo escolhido para sua representação forneça resultados satisfatórios. PROBLEMA análise MODELO síntese SOLUÇÃO - teoria - dados - condições - etapas - métodos Uma boa modelagem exige alto nível de abstração e conhecimentos acadêmicos (teoria) e/ou empíricos (prática) sobre o problema em questão. 25 Algoritmo (definição for dummies) Receita para resolver um problema. Como fazer arroz (versão du chef) 1. Lave uma medida de arroz. 2. Ferva duas medidas de água. 3. Adicione óleo na panela. 4. Frite os temperos. 5. Adicione o arroz. 6. Adicione a água. 7. Adicione o sal. 8. Deixe cozinhar até secar. Como fazer arroz (versão preguiça) 1. Junte numa panela uma medida de arroz, duas medidas de água, óleo, temperos e sal. 2. Deixe cozinhar até secar. 26

2 Algoritmo (outro exemplo) Preparação para a balada 1. Escove os dentes. 2. Se for homem, faça a barba. Senão, depile as pernas. 3. Tome banho. 4. Aplique desodorante. 5. Se for mulher, aplique perfume. Senão, aplique colônia. 6. Vista uma roupa adequada. Escovar os dentes 1. Pegue a escova de dentes. 2. Coloque creme dental na escova. 3. Enxague a boca. 4. Escove os dentes. 5. Escove a língua. 6. Lave a escova. 7. Enxague a boca. 8. Seque o rosto. 27 Algoritmo (definição formal) Um algoritmo é uma seqüência finita de instruções, com uma ou mais operações capazes de serem executadas por um computador em tempo finito, para a realização de uma tarefa específica. Características de um bom algoritmo: Finitude Exatidão Entradas e saídas bem determinadas Efetividade 28

3 Algoritmo: finitude o Um algoritmo sempre deve terminar após um número finito de passos. o Um algoritmo sempre deve terminar após uma quantidade finita de tempo. o Um algoritmo deve ser executado com uma quantidade finita de recursos. 29 Algoritmo: exatidão o Cada passo de um algoritmo deve ser definido com precisão. o A seqüência dos passos deve ser claramente determinada. o As instruções não podem admitir ambigüidade. O homem viu o menino com o telescópio. (quem está com o telescópio?) João e Maria moram juntos. (podem ser casados ou apenas vivem sob o mesmo teto.) 30

4 Algoritmo: entradas e saídas Entradas o Um algoritmo deve operar sobre um ou mais valores externos. Os valores correspondem aos dados necessários para iniciar a execução do algoritmo. o Em alguns casos, os dados de entrada são parte integrante do algoritmo. Saídas o Um algoritmo deve produzir alguma informação. Algum resultado deve ser produzido até a execução da última instrução do algoritmo, de acordo com a entrada fornecida. 31 Algoritmo: efetividade o Um algoritmo deve ser realizável. o Todas as instruções devem ser: Tão simples quanto possível. Suficientes para resolver o problema. Executáveis com lápis e papel. 32

5 Fluxograma Representação gráfica, estruturada e simplificada. Ilustra o fluxo (seqüência) de operações. Símbolos padronizados. Sintaxe e semântica bem definidos. Fácil de traduzir para qualquer linguagem de programação. 33 Fluxograma: semântica e sintaxe o A semântica de um fluxograma corresponde ao significado dos símbolos utilizados. Cada instrução possui um símbolo gráfico específico. A instrução deve ser escrita dentro do símbolo de forma clara. o A sintaxe de um fluxograma corresponde ao emprego correto de seus elementos. Cada símbolo admite um conjunto de expressões próprias. As expressões descrevem as operações a serem realizadas com os dados. 34

6 Fluxograma: principais símbolos usados em Computação Símbolo Nome Função terminador fluxo conector atribuição processo leitura exibição decisão sub-rotina Determina o início ou o fim do processamento. Indica o sentido da execução do algoritmo. Indica ligações com outras partes de um fluxograma. Armazenamento temporário do resultado de um processamento. Realiza o cálculo de expressões e/ ou a execução de funções. Entrada manual de dados, em tempo de execução. Apresentação dos resultados do processamento. Avaliação de uma expressão relacional ou lógica. Processamento de funções ou chamada a procedimentos. 35 Fluxograma: regras o Um fluxograma deve ser claro, simples e de fácil leitura. Não deve haver ambigüidade na interpretação de um fluxograma. o A direção de descrição do fluxo de um sistema é de cima para baixo ou da esquerda para a direita. o Apenas uma linha de fluxo deve partir de ou chegar a um terminador. Início Fim 36

7 Fluxograma: regras o O símbolo de processo admite apenas uma linha de saída de fluxo. o O símbolo de decisão admite apenas uma linha de entrada de fluxo, mas duas ou três linhas de saída são possíveis: V F <0 >0 =0 37 Fluxograma: regras o O texto dentro de cada símbolo deve ser adequado à instrução a ser executada. o Use conectores para reduzir o número de linhas do fluxograma. o Evite cruzar linhas, para não comprometer o entendimento do fluxograma. o A validação de um algoritmo descrito por um fluxograma pode ser feita através da execução de um conjunto de dados de teste. 38

8 Operadores Os seguintes símbolos são utilizados como operadores na linguagem C: Aritméticos Símbolo Operação + adição subtração * multiplicação / divisão % módulo Relacionais Símbolo Significado < menor que > maior que <= menor ou igual à >= maior ou igual à == igual!= diferente Lógicos Símbolo Operação && AND OR! NOT 39 Atribuição A atribuição é um comando utilizado para armazenamento temporário de valores. O resultado do processamento descrito no lado direito do símbolo será atribuído para a variável discriminada no lado esquerdo. A! 100 A! 100 B! 3.14*A A! 100 B! 3.14*A A! sin(b) Atenção A atribuição é um comando destrutivo, ou seja, o valor anterior será substituído pelo novo valor. 40

9 Estruturas básicas de programação No paradigma de programação estruturada, os programas são escritos considerando apenas combinações adequadas de três estruturas básicas: seqüência seleção repetição. Cada estrutura tem um único ponto de entrada e um único ponto de saída, representado pelo símbolo conector. Nessas estruturas, o símbolo de processo (retângulo) pode ser utilizado para representar qualquer ação, incluindo leitura de dados e exibição de resultados. 41 Estruturas básicas de programação: seqüência Seqüência: o fluxo de execução das instruções ocorre de modo linear, uma após a outra. Deve existir apenas um caminho possível no conjunto de instruções de um algoritmo. Seqüência 42

10 Exemplo: seqüência Ler e exibir dois valores numéricos A e B. Depois, trocar o valores entre si e exibir novamente. Sejam: A: um valor numérico. B: outro valor numérico. Devido ao caráter destrutivo do comando de atribuição, é necessário definir uma variável K que desempenha um papel de variável de armazenamento temporário, guardando o valor inicial da variável A, que será atualizada com o valor inicial da variável B. Início A, B A, B K! A A! B B! K A, B Fim início do algoritmo ler os dois valores, que serão atribuídos à A e B exibir os valores originais atribuir o valor de A à variável K (cópia) atribuir valor de B à variável A atribuir o valor de K à variável B exibir os valores após a troca fim do algoritmo 43 Exemplo: seqüência Determinar o saldo de uma aplicação financeira, com investimento inicial de R$ 100,00 e juros de 1% ao mês, ao final do 3º mês. Sejam: I: o valor do investimento inicial. J: a taxa de juros. P: o saldo ao final do primeiro mês. S: o saldo ao final do segundo mês. T: o saldo ao final do terceiro mês. Início I! 100 J! 0.01 P! I + J*I S! P + J*P T! S + J*S T início do algoritmo o valor 100 é atribuído à variável I o valor 0.01 é atribuído à variável J cálculo do saldo ao final do primeiro mês (P) cálculo do saldo ao final do segundo mês (S) cálculo do saldo ao final do terceiro mês (T) informa o saldo final T Fim fim do algoritmo 44

11 Estruturas básicas de programação: seleção Seleção: execução seletiva de um grupo de instruções baseada em alguma condição, representada por uma expressão lógica ou relacional. Criam alternativas no fluxo de execução das instruções do algoritmo. Em tempo de execução, apenas uma das alternativas será escolhida. V V F F Seleção simples Seleção composta 45 Exemplo: seleção Ler dois valores numéricos, compará-los e exibir o maior valor. Sejam: A: um valor numérico. B: outro valor numérico. Início início do algoritmo A, B ler A e B V A > B F comparar A e B A B exibir o maior valor Fim fim do algoritmo 46

12 Estruturas básicas de programação: repetição Repetição: execução seletiva de um grupo de instruções até que alguma condição seja satisfeita. O fluxo da execução pode realizar várias repetições de um mesmo conjunto de comandos, antes de prosseguir para a etapa seguinte. F V V F Iteração com teste no início Iteração com teste no fim 47 Exemplo: iteração Calcular o resto da divisão inteira entre dois números inteiros positivos. Sejam: A: o valor do dividendo. B: o valor do divisor. Q: o valor do quociente. R: o valor do resto. início do algoritmo ler A e B inicializar o valor do quociente Q Início A, B Q! 0 comparar A e B atualizar o valor do dividendo A A >= B V A! A B F R! A R atualizar o valor do resto R exibir o valor do resto R atualizar o valor do quociente Q e retornar Q! Q + 1 Fim fim do algoritmo 48

13 Fluxogramas estruturados As estruturas básicas podem ser combinadas entre si, utilizando apenas duas regras: Regra do empilhamento: o ponto de saída de uma estrutura pode ser conectado ao ponto de entrada de outra estrutura. Regra do aninhamento: Um retângulo de uma estrutura pode ser substituído por uma outra estrutura qualquer. Essas regras podem ser aplicadas quantas vezes forem necessárias, e em qualquer ordem. Os fluxogramas resultantes da aplicação dessas regras constituem o conjunto de todos os fluxogramas estruturados possíveis. 49 Próxima aula: 50