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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. FACULTAD DE INGENIERIA DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA COMPUTACIÓN PARA INGENIEROS NOTA IMPORTANTE: Para complementar este tema es necesario bajar e imprimir el artículo Herramientas de Programación que se encuentra en el apartado Artículos

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  1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERIA DIVISIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA COMPUTACIÓN PARA INGENIEROS NOTA IMPORTANTE: Para complementar este tema es necesario bajar e imprimir el artículo Herramientas de Programación que se encuentra en el apartado Artículos PROF. ING. JAIME ALFONSO REYES CORTÉS

  2. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Computabilidad: Término matemático para nombrar a los estudios sobre teoría de la computación. Consiste en encontrar la representación adecuada para la descripción de un problema o un fenómeno. • Conocimiento transmisible: se da si se cierra el ciclo Descripción Representación

  3. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Modelo: Especificación, generalmente en términos de un lenguaje matemático, de los pasos necesarios para reproducir, aquí y ahora, un subconjunto determinado de la realidad descrito previamente • Pregunta: • ¿Todo aquello que es descriptible es representable? • ¿Habrá una representación que simule completamente lo descrito? • Cuanto más adecuada sea la descripción del proceso, tanto mejor será el resultado que emula lo real

  4. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Supongamos que se crea una máquina para producir descripciones en términos de cadenas de símbolos. • Dada una descripción cualquiera, la analiza durante un tiempo finito y después emite su dictámen (si o no) con respecto al problema • Pregunta : ¿existirá una máquina así? Procedimiento De decisión Descripción SI HAY SOLUCIÓN NO

  5. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Máquina de Turing: Es un modelo matemático para especificar formalmente los pasos primitivos necesarios para representar una descripción en términos totalmente explícitos y claros, sin hacer la menor referencia a conceptos u operaciones ambiguos o sobreentendidos. • Elementos: • Una cinta de longitud infinita, dividida en celdas (cada celda puede contener un símbolo • Un diccionario de símbolos predefinido (De aquí se toman los símbolos para las celdas) • Un control finito, que posee un cojunto de estados y que tiene la capacidad de examinar algún símbolo de alguna celda y tomar una decisión (La decisión depende del símbolo observado y del estado en el que se encuentre en ese momento)

  6. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Funcionamiento: Mediante un conjunto de funciones matemáticas simples se indica el comportamiento completo del proceso que está siendo representado, mostrando detalladamente los estados por los que atraviesa para lograrlo. Se parte de un estado inicial y se recorre un conjunto de estados intermedios hasta llegar al estado final, que marca entonces el final de la computación S10 S0 S7 S14 S4 S2 … CONTROL FINITO

  7. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Teoría de la computabilidad Encontrar formas de representar descripciones de procesos, de manera tal que siempre se pueda decir que la solución de un problema existe o no • Un problema se dice que es Computable si existe una máquina de decisión para él • Pregunta: ¿Todos los procesos son computables? • Un problema se dice que es NoComputable si la máquina de decisión para él llega a un estado en donde no es capaz de decir que si o que no

  8. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Definición o análisis del problema: Descripción específica y comprensible del problema a resolver • Diseño del algoritmo: Planteamiento de los pasos a seguir para resolver el problema • Transformación del algoritmo en un programa independientemente del lenguaje de programación. • Ejecución y validación del programa • Mejoras y correcciones al programa

  9. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Algoritmo: Conjunto ordenado y finito de pasos u operaciones que permite hallar la solución de un problema. Es un método formal y sistemático de representar la descripción de un proceso. • CARACTERÍSTICAS: • Definido: debe indicar el orden de la realización de cada paso y no debe tener ambigüedad • Preciso: Si se sigue dos veces o más se obtendrá e el mismo resultado cada vez • Finito: Debe terminar en algún momento. Tiene un número determinado de pasos

  10. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Correcto: Sin errores • Debe tener al menos una salida • Su solución debe ser concreta • Debe ser sencillo y legible • Eficiente y efectivo • Se ha de desarrollar en el menor tiempo posible • Un algoritmo debe describir tres partes: • Entrada(s) : elementos o condiciones iniciales necesarios para resolver el problema. • Proceso : elaboración del procedimiento. • Salida(s): Resultados que se desean obtener

  11. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Pseudocódigo: Representación descriptiva de las operaciones de un algoritmo. Representa una secuencia lógica de actividades, que llevarán en conjunto a la solución de un problema. Los elementos que debe llevar un algoritmo son • Cabecera del algoritmo: Existen pasos o procedimientos que se realizan para comenzar un programa. Siempre que se haga debe ponerse un encabezado de programa, en donde debe expresarse el identificador o nombre correspondiente con la palabra reservada que señale el lenguaje, generalmente ésta suele ser program que en algoritmiasignifica algoritmo • Declaración de Variables: En este punto se describen todas las variables que son usadas en el algoritmo, haciendo una lista de sus nombres y especificando a qué tipo corresponde cada uno.

  12. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Declaración de Constantes: En este punto se declararán todas las constantes de carácter estándar; es decir, que tengan nombre y un valor ya conocido o valores que ya no pueden variar en el transcurso del algoritmo • Cuerpo del algoritmo: Una vez añadidas la cabecera y la declaración de variables y constantes se procede a realizar los pasos del algoritmo • A continuación se muestra un ejemplo:

  13. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS Algoritmo Área_Círculo {Cálculo del área de un circulo pidiendo el radio al usuario} var r, A: real cte: p:real Inicio Mostrar “Dame el radio” Leer r A <- p*r^2 Mostrar “El área es:”, A Fin • Cabecera • Nombre del algoritmo • {Comentario con descripción del problema} • Declaración de variables y constantes • Cuerpo del algoritmo

  14. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Diagrama de flujo: Es la representación gráfica de las operaciones de un algoritmo. Contiene símbolos gráficos que se encuentran estandarizados. Los símbolos más comúnes son:

  15. Diagramas de flujo más comúnes

  16. Diagramas de flujo más comúnes (cont.)

  17. A Inicio • A <- p*r^2 var r, A: real cte: p:real “El área es ”, A, “u^2” “Dame el radio:” r Fin A

  18. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Instrucciones que se le dan a la Computadora • Un algoritmo se compone de muchos pasos, todos diferentes, los que son interpretados como instrucciones (lenguaje de bajo nivel), sentencias o proposiciones (lenguaje de alto nivel). Entonces, en un programa, la secuencia de instrucciones especifica las operaciones que la computadora debe realizar.

  19. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Las instrucciones básicas y comunes pueden dividirse en cuatro grupos: • Instrucciones de Entrada /Salida: Transferencia de datos einformación entre dispositivos periféricos (teclado, impresora, unidad de disco, etc.) y memoria central. • Instrucciones Aritmético-Lógicas: Tienen la función de ejecutar operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, división, potenciación), lógicas (operaciones and, or, not, etc.). • Instrucciones Selectivas: Estas permiten la elección de una tareaentre varias alternativas en función de los resultados de diferentes expresiones condicionales. • Instrucciones Repetitivas: Permiten la repetición de secuencias de instrucciones, un número determinado o indeterminado de veces.

  20. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • CONSTANTES Y VARIABLES • Las constantes son datos cuyos valores no cambian, pero existen datos cuyos valores sí varían durante la ejecución del programa, a éstos los llamamos variables. En la mayoría de los lenguajes de programación se permiten diferentes tipos de constantes: enteras, reales, caracteres y boolean o lógicas, quienes representan datos de estos tipos. • Entonces una variable se conoce como un objeto, o partida de datos cuyo valor puede cambiar durante la ejecución del algoritmo o programa. • A las variables y a las constantes se les conoce o identifica por los atributos siguientes: nombre o identificador que lo asigna y tipo que describe el uso de la variable.

  21. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Identificadores: • Deben empezar con letra, excepto ñ o Ñ, o guión bajo y estar seguidos de cero o más letras, números o guiones bajos • No se permiten símbolos como • $ ¡ ! ¿ ? ° | & - % # @ , . ‘“ / \ o espacios en blanco y tabuladores • Palabras reservadas: Existe un conjunto palabras que se utilizan tanto en pseudocódigo como en los lenguajes de programación no pueden ser utilizadas como nombres de identificadores ni de funciones.

  22. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • OPERACION DE ASIGNACION • Se le otorgan valores a una variable. Esta operación de asignación se conoce como instrucción o sentencia de asignación, si es que está en un lenguaje de programación • La operación de asignación es representada por un símbolo u operador: • La acción de asignar puede ser destructiva ya que puede perderse el valor que tuviera la variable antes, siendo reemplazado por el nuevo valor. Las acciones de asignación se clasifican según sea el tipo de expresiones en: Asignación aritméticas, Asignación lógica y Asignación de caracteres

  23. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • EXPRESIONES • Son la combinación de constantes, variables, símbolos de operación, paréntesis y nombres de funciones especiales, idea que puede ser utilizada en notaciones de matemática tradicional. Los valores de las variables nos permitirán determinar el valor de las expresiones, debido a que éstos están implicados en la ejecución de las operaciones indicadas. Estas constan de operandos y operadores. • Según el tipo de objetos que manipulan, pueden clasificarse en: • Aritméticas -> resultado tipo numérico. • relacionales -> resultado tipo lógico. • lógicas -> resultado tipo lógico. • caracter -> resultado tipo caracter.

  24. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Expresiones Aritméticas • Estas expresiones son análogas a las fórmulas matemáticas. Las variables y constantes son numéricas (real o entera) y las operaciones son las aritméticas • Operadores aritméticos • Precedencia • - (operador monario) • ^ (exponenciación), (radicación) • *, / (división real), • +, - • div o / (cociente de división entera) , mod o % (residuo de división entera)

  25. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Expresiones lógicas: Su valor es siempre verdadero o falso. • Se forman combinando constantes lógicas , variables lógicas y otras expresiones lógicas, utilizando los operadores lógicos y los operadores relacionales • Operadores relacionales • Precedencia • >, < • >=, <= • = o == (igualdad) • <> o != (desigualdad)

  26. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Operadores lógicos • Precedencia • ! o ~ o not (negado) • and o && (conjunción) • or o || (disyunción) • Nota: En C un valor falso se toma como 0 y un valor verdadero se toma como cualquier valor diferente de cero

  27. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • ENTRADA Y SALIDA DE INFORMACION • El ingreso de datos es importante para que la computadora realice los cálculos; esta operación es la entrada, luego, estos datos se convertirán en resultados y serán la salida. • A la entrada se le conoce como operación de Lectura (read). La operación de lecturase realiza a través de los dispositivos de entrada que son (teclado, unidades de disco, CD-Rom, etc.). • La operación de salida se realiza por medio de dispositivos como (monitor, impresora, etc), a esta operación se le conoce como escritura (write).

  28. INTRODUCCION A LA PROGRAMACION ESTRUCTURADA • El entendimiento de los algoritmos y luego de los programas, exige que su diseño sea fácil de comprender y su flujo lógico un camino fácil de seguir • La descomposición de programas en módulos más simples de programar se dará a través de la programación modular, y la programación estructurada permitirá la escritura de programas fáciles de leer y modificar.

  29. PROGRAMACION MODULAR • Este es uno de los métodos para el diseño más flexible y de mayor performance para la productividad de un programa. En este tipo de programación el programa es dividido en módulos, cada uno de las cuales realiza una tarea específica, codificándose independientemente de otros módulos. Cada uno de éstos son analizados, codificados y puestos a punto por separado. • Los programas contienen un módulo denominado módulo principal, el cual supervisa todo lo que sucede, transfiriendo el control a submódulos (los que son denominados subprogramas), para que puedan realizar sus funciones. Sin embargo, cada submódulo devolverá el control al módulo principal una vez completada su tarea. Si las tareas asignadas a cada submódulo son demasiado complejas, se procederá a una nueva subdivisión en otros módulos más pequeños aún.

  30. PROGRAMACION MODULAR • Este procedimiento se realiza hasta que cada uno de los módulos realicen tareas específicas. Estas pueden ser entrada, salida, manipulación de datos, control de otros módulos o alguna combinación de éstos. Puede ser que un módulo derive el control a otro mediante un proceso denominado bifurcación, pero se debe tomar en cuenta que esta derivación deberá ser devuelta a su módulo original. • Los módulos son independientes, de modo que ningún módulo puede tener acceso directo a cualquier otro módulo, excepto el módulo al que llama y sus submódulos correspondientes. Sin embargo, los resultados producidos por un módulo pueden ser utilizados por otro módulo cuando se transfiera a ellos el control.

  31. PROGRAMACION MODULAR

  32. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Cuando hablamos de Programación Estructurada, nos referimos a un conjunto de técnicas que con el transcurrir del tiempo han evolucionado. Gracias a éstas, la productividad de un programa se ve incrementada de forma considerable y se reduce el tiempo de escritura, de depuración y mantenimiento de los programas. Aquí se hace un número limitado de estructuras de control, se reduce la complejidad de los problemas y se minimiza los errores. • Gracias a la programación estructurada, es más fácil la escritura de los programas, también lo es su verificación, su lectura y mantenimiento. Esta programación es un conjunto de técnicas que incorpora: • diseño descendente (top-down) • recursos abstractos • estructuras básicas

  33. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Los recursos abstractos son utilizados como un apoyo en la programación estructurada, en vez de los recursos concretos de los que se dispone (lenguaje de programación determinado). • Para separar un programa en términos de recursos abstractos debemos descomponer acciones complejas en acciones más simples, las que son capaces de ejecutar o constituyen instrucciones de computadora disponible.

  34. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Diseño descendente (Top-Down) • Este es un proceso en el cual el problema se descompone en una serie de niveles o pasos sucesivos (stepwise). Esta metodología consiste en crear una relación entre las etapas de estructuración, las que son sucesivas, de tal forma que se interrelacionen mediante entradas y salidas de información. Considerando los problemas desde dos puntos de vista: ¿que hace? y ¿cómo lo hace?

  35. PROGRAMACION ESTRUCTURADA

  36. FUNDAMENTOS DE ALGORITMOS • Estructuras básicas de control • En un programa estructurado, el flujo lógico se gobierna por las estructuras de control básicas: • Secuenciales • Selectivas o de selección • Repetitivas • Teorema de la Programación Estructurada: • Un programa propio puede ser escrito utilizando sólo los tres tipos de estructuras de control antes mencionadas

  37. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • ESTRUCTURA SECUENCIAL • Es la estructura en donde una acción (instrucción) sigue a otra de manera secuencial. • Las tareas se dan de tal forma que la salida de una es la entrada de la que sigue y así en lo sucesivo hasta cumplir con todo el proceso.

  38. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • ESTRUCTURA DE DECISIÓN • Decisión: Elegir una alternativa o camino en el flujo del algoritmo cuando se cumpla o no una determinada condición. • El resultado de la condición se evalúa como falso o verdadero y se obtiene al comparar dos expresiones mediante operadores relacionales. De ser necesario realizar más de una comparación al mismo tiempo se asocian con operadores lógicos

  39. Guía de referencia rápida de lenguaje C • Estructuras de control

  40. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Estructuras de control • Decisiones (cont.) • En algunas ocasiones para realizar las comparaciones también se hace uso de una variablebooleana o bandera (flag). Una bandera es una variable que sólo puede tener dos valores: falso o verdadero

  41. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Estructuras de control • Ciclo, loop, lazo o bucle: Repetir un conjunto de instrucciones varias veces con base en que se cumpla o no una determinada condición. • A cada ejecución del conjunto de instrucciones en un ciclo se le llama iteración

  42. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Tipos de ciclos: • Mientras (while): Se lleva a cabo mientras se cumpla una condición. Primero evalúa la condición y luego ejecuta el conjunto de instrucciones. De no cumplirse la condición desde el inicio, no hace nada y sigue con el flujo normal del algoritmo • Hacer mientras (do while): Realiza un conjunto de instrucciones y continua mientras se cumpla una condición. A diferencia del anterior, este ciclo se ejecuta por lo menos una vez • Desde hasta (for): Se utiliza cuando se conoce el número de veces que se va a repetir un conjunto de instrucciones. Requiere de un valor inicial, un valor final y un contador

  43. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Contador: variable que almacena el número de veces que se ha repetido un conjunto de instrucciones en un ciclo; en otras palabras, indica el número de veces que se ha ejecutado el ciclo • En un ciclo, también hay otro tipo de que se hacer usa frecuentemente • Acumulador: aquella variable que almacena el resultado de una operación anterior y se utiliza para obtener el siguiente resultado

  44. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Decisiones anidadas • Cuando se tiene una serie de estructuras de control de la forma

  45. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • si condición1 entonces • si condición2 entonces … • si condiciónN entonces • sino • fin_si • sino • fin_si • sino • fin_si

  46. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Decisión múltiple o alternativa selectiva múltiple (según_sea, caso de/case) • Cuando una variable puede tomar varios valores, generalmente de tipo entero o caracter, se puede hacer uso de la decisión anidada para evaluar los distintos casos, sin embargo, se puede simplificar al poner una estructura del tipo

  47. PROGRAMACION ESTRUCTURADA

  48. PROGRAMACION ESTRUCTURADA • Arreglos • Un arreglo es un conjunto ordenado de variables del mismo tipo que se encuentran reunidas bajo un mismo nombre • La forma de declarar un arreglo en términos de algoritmos es • var arrNombre(7): arreglo de tipo • var arrNombre(1..7):tipo • La forma de acceder a cada elemento del arreglo es por medio de un índice, p. ej. • var arrentero(1..7):entero • arrentero(4)  18 0 1 2 3 4 5 6 10 0 7 14 4 2 -10

  49. Funciones comunes a todos los lenguajes de programación

  50. Cadenas y sus operaciones • Representación • Dependiendo del lenguaje las cadenas se pueden representar entre comillas simples o dobles • Por ejemplo: ‘cadena con comillas simples’ “cadena con comillas dobles”

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