Tema 2. Software. Informática (1º Ingeniería Civil)

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1 Tema 2. Software Informática (1º Ingeniería Civil) Curso 2011/2012 Javier Carmona Murillo Índice Introducción. Programas e instrucciones. Tipos y estructuras de datos. Algoritmos. Proceso de creación de un programa. Desarrollo de aplicaciones en un lenguaje de programación concreto: Java.

2 Introducción El software lo constituyen el conjunto de programas que permiten realizar alguna tarea en el ordenador. Sin el software, el ordenador no haría nada. Al cargar un programa, el ordenador recibe instrucciones sobre la tarea específica a realizar. Características del Software: 1. Es intangible. 2. No se deteriora o destruye por el paso del tiempo ni por el uso. 3. El software no se fabrica, se desarrolla. 4. De cada programa que se desarrolla pueden existir múltiples copias, pero todas idénticas. Si alguna tiene un fallo, este aparecerá en todas las copias. Introducción Existen dos tipos de Software: Software de Sistemas Software de Aplicación El software de Aplicación son los programas y aplicaciones que realizan tareas para los usuarios con un propósito específico: Procesadores de texto. Aplicaciones de gestión. El software de Sistemas está compuesto por aquellos programas y aplicaciones que no tienen un propósito específico para el usuario, Su función está destinada a facilitar la interacción con el ordenador a usuarios y programas y evita la complejidad de manejar directamente los componentes Hardware. Juegos, navegadores, Sistemas Operativos HW Traductores Editores Sw de Aplicación

3 Programas e instrucciones Instrucción: Conjunto de símbolos que representa una orden de operación o tratamiento para el ordenador. Las operaciones suelen realizarse con datos. Programa: Conjunto ordenado de instrucciones que se dan al computador indicándole las operaciones o tareas que se desea que realice. Las instrucciones se forman con elementos o símbolos tomados de un determinado repertorio y se construyen siguiendo unas reglas precisas. Todo lo relativo a los símbolos y reglas para construir o redactar con ellos un programa se denomina lenguaje de programación. Realiza un programa (sin seguir reglas estrictas) que sume la edad de tus compañeros de fila Programas e instrucciones Lenguaje natural! asignar el valor 9 a la variable b Lenguaje de alto nivel! int variable = 9; Lenguaje ensamblador! mov ah, 9 Código máquina!

4 Tipos y estructuras de datos Los computadores son máquinas para el tratamiento automático de la información. Esta información no se almacena ni se representa al azar, sino que debe organizarse o estructurarse en forma adecuada para obtener unrendimiento razonable en su memorización, tratamiento y recuperación. En esta sección veremos el concepto de dato y tipo desde un punto de vista lógico y describiremos los tipos de datos elementales más comunes en informática. Tipos y estructuras de datos Dato: Cualquier objeto manipulable por el computador. Ej.: Carácter leído de teclado, información almacenada en un disco, número que se encuentra en memoria, Cuando utilizamos un computador para resolver un problema debemos hacer una abstracción de éste y de las magnitudes que influyen en él. Estas magnitudes deben ser representadas por datos. Constantes: Datos que no modifican su valor durante la ejecución de un programa. Variables: Dato que modifica su valor durante la ejecución de un programa. Hablaremos de tipos de datos a aquellos conjuntos de valores que tienen características comunes.

5 Tipos y estructuras de datos Qué datos comparten las mismas características? -25 0,4 s a verdadero p falso 75 n -578, Tipos y estructuras de datos Datos de tipo entero (Integer) Es una representación de los números enteros. Datos de tipo real (Float, double, real, ) Es una representación del conjunto de los números reales.

6 Tipos y estructuras de datos Datos de tipo lógico (Boolean) Representan valores lógicos o booleanos. Pueden tomar uno de entre dos valores: Verdadero (V o 1). Falso (F o 0). Sobre estos valores actúan los operadores lógicos: Y, O, NO (AND, OR, NOT) Completar la tabla: a b a ^ b (a y b) a v b (a ó b) Falso Falso Verdadero Verdadero Falso Verdadero Falso Verdadero Tipos y estructuras de datos Datos de tipo lógico (Boolean) El resultado de una operación de relación es el valor lógico verdadero si la relación expresada es cierta, y falso en caso contrario. Resultado lógico de las siguientes expresiones: 7,4 < 3,27 A = J 34,7 < 107,3 X + Y >= 7,12

7 Tipos y estructuras de datos Datos de tipo carácter (Char) Representa elementos individuales de conjuntos finitos y ordenado de caracteres. El conjunto de caracteres representados depende del computador. Uno de los conjuntos más usuales es el ASCII. Tipos y estructuras de datos Los tipos de datos vistos hasta ahora se suelen denominar elementales, y se pueden utilizar para construir tipos de datos más elaborados. Una estructura de datos o tipo de dato estructurado es un tipo de dato construido a partir de otros tipos de datos. Un dato de tipo estructurado está compuesto por una serie de componentes y alguna relación existente entre ellos. Normalmente la relación suele ser de orden. Los datos componentes pueden ser elementales u otra estructura de datos.

8 Tipos y estructuras de datos Siempre que se utilice un dato en un programa debe determinarse su tipo, para que el computador sepa cómo tratarlo y almacenarlo. Veremos las siguientes estructuras: Vectores (Arrays, Matrices o Formaciones). Cadenas de caracteres. Registros. Listas. Árboles. Grafos. Tipos y estructuras de datos. Vectores. Estructura de datos más común. Existe en todos los lenguajes de programación. Un vector es una estructura de datos formada por una cantidad fija de datos de un mismo tipo, cada uno de los cuales tiene asociado uno o más índices que determinan de forma unívoca la posición del dato en el vector. Podemos imaginar un vector como una estructura de celdas donde se pueden almacenar valores. Vector (o matriz unidimensional) de 10 elementos.

9 Tipos y estructuras de datos. Vectores. La principal operación que se puede realizar con vectores es la selección. Consiste en especificar un elemento determinado del vector. Esta operación se efectúa dando un valor para todos y cada uno de los índices del vector. Con el elemento seleccionado se pueden realizar las operaciones propias de su tipo. Ej.: Si tenemos un vector de tipo real, una vez seleccionado, se pueden realizar las operaciones definidas para datos del tipo real. Al definir el vector, hay que especificar el número de elementos que las constituyen (vectores estáticos). Algoritmos. El tratamiento automático de la información que llevan a cabo los ordenadores, se debe realizar de un modo sistemático. La resolución de cualquier problema conlleva encontrar un método que lo resuelva expresado con la suficiente precisión para poder ser descompuesto en acciones realizables por el ordenador. En esta sección estudiaremos diferentes técnicas de representación que utilizaremos para expresar algoritmos.

10 Algoritmos. Acciones que puede realizar un ordenador: Sumar Restar Acciones sencillas Transferir datos Los problemas reales son complejos. Para solucionarlos: Encontrar un método para resolverlo. Descomponerlo en acciones sencillas (ordenador resuelva). Algoritmos. No todos los métodos de solución de un problema pueden ser utilizados por un ordenador. Deben cumplir estos requisitos: Debe estar compuesto de acciones bien definidas. Debe estar formado por una secuencia finita de operaciones. Debe acabar en un tiempo finito. Un procedimiento o método de solución de un problema que cumpla estos requisitos, se dice que es un algoritmo que resuelve ese problema. Un algoritmo es un procedimiento no ambiguo que resuelve un problema, entendiéndose por procedimiento a la secuencia de operaciones bien definidas, cada una de las cuales requiere una cantidad finita de memoria y se realiza en un tiempo finito.

11 Algoritmos. Ejemplo 1: Supóngase que se quiere explicar a alguien lo que debe hacer para determinar si un número es par. Forma 1: Si el número se puede obtener sumando doses, es par. Si para construirlo hay que sumar a uno cualquier secuencia de doses es impar. Se entiende lo que quiere decir. No es una secuencia de operaciones. Presenta ambigüedad. NO ES UN ALGORITMO Algoritmos. Forma 2: 1. Leer N 2. Si N = 2 entonces Escribe «es par» 3. Si N = 1 entonces Escribe «es impar» 4. N = N 2 5. Si N > 0 ir a 2 6. Fin Es una secuencia de operaciones. Las operaciones no son ambiguas. Para cualquier dato de entrada, finaliza en un tiempo finito. SÍ ES UN ALGORITMO

12 Algoritmos. Para resolver un mismo problema, se pueden definir infinidad de algoritmos. Interesa que el algoritmo sea «bueno». La bondad de un algoritmo se mide por dos factores: El tiempo que se necesita para ejecutarlo. No se mide el tiempo real, sino instrucciones de cada tipo necesarias para resolver el problema. En general, aumenta en relación con el tamaño del problema. Los recursos que se necesitan para implantar el algoritmo. En el caso de ejecutarse mediante un ordenador: Memoria principal para almacenar datos e instrucciones. Memoria auxiliar para almacenar datos auxiliares. El diseño de algoritmos es una tarea compleja, sólo pueden darse normas generales y herramientas para ayudar a confeccionarlos. Algoritmos. Forma 3: El problema planteado se puede resolver de forma más simple, observando que los números pares son iguales al doble de la parte entera de su mitad. 1. Leer N 2. M = 2 * int(n / 2) (*int es la función parte entera*) 3. Si M = N entonces Escribe «es par» 4. Si_no Escribe «es impar» SÍ ES UN ALGORITMO En la Forma 2 del algoritmo se necesitan (N+1)/2 iteraciones para determinar si un número N es par. El tiempo aumenta con la magnitud del número. En este ejemplo, el tiempo de resolución es constante, no depende de la magnitud del número introducido.

13 Representación de Algoritmos. Métodos para representar algoritmos: Pseudocódigo: Lenguaje de descripción de algoritmos. Organigramas o diagramas de flujo: Representación mediante gráficas o diagramas. Diagramas de Nassi-Schneiderman (diagramas N-S): Representación mediante gráficas o diagramas. Algoritmos. Pseudocódigo El objetivo es la descripción de algoritmos mediante secuencias de instrucciones, pero en ningún caso escribir un programa para que sea ejecutado por un ordenador. Ventajas: Compacto. Fácil de escribir. Fácil de transcribir a un lenguaje de programación. Leer N Mientras N > 2 Repetir N = N 2 Si N = 2 Entonces Escribe «es par» Si no Escribe «es impar» Fin

14 Algoritmos. Organigramas Son herramientas gráficas para representar algoritmos. Están compuestos por una serie de símbolos unidos por flechas. Los símbolos representan acciones, y las flechas el orden de realización de las acciones. Cada símbolo, tendrá al menos una flecha que conduzca a él y otra que parta de él. Cada símbolo usado representa una acción distinta. Hay símbolos específicos para representar las siguientes acciones: Asignación. Lectura/escritura. Llamada a subrutina. Ciclo Decisión. Comienzo y fin. Algoritmos. Ejemplo de organigrama: C No N=2 Sí No N=1 Sí Escribe «Par» N = N - 2 Escribe «Impar» F

15 Algoritmos. Símbolos usados habitualmente para confeccionar organigramas: X = X + 4 No I = K + 1 Sí Leer x ASIGNACIÓN DECISIÓN ENTRADA O SALIDA Mod (A,B) LLAMADA A PROCEDIMIENTO Repetir Para I=1 Hasta 20 ACCIONES A REPETIR CICLO C F COMIENZO FIN Acciones y estructuras de control. Elementos que pueden utilizarse en la descripción de un algoritmo o de un programa, que son suficientes para resolver cualquier problema: Acciones: Asignaciones y entradas/salidas. Estructuras de control: Decisiones y ciclos. Procecimientos. ASIGNACIONES (Acción) Una asignación consiste en la evaluación de una expresión y en el almacenamiento de su valor en una variable. Se ejecutan siempre secuencialmente. Siempre implica una transferencia (movimiento) de datos en memoria. A veces, pueden incluir operaciones aritméticas, lógicas.

16 Acciones y estructuras de control. ENTRADAS/SALIDAS (Acción) Estas operaciones se utilizan para que el algoritmo intercambie información con un medio externo. Operación entrada o lectura: El algoritmo asigna a una variable un valor almacenado en una memoria auxiliar o generado por un periférico. Operación salida o escritura: El algoritmo transfiere a un dispositivo o memoria auxiliar, o a un periférico, el valor de una variable. Se ejecutan secuencialmente. Acciones y estructuras de control. DECISIONES (Estructura de control) Son acciones de control de flujo. Permiten modificar el orden en el que se realizan otras acciones. Poseen siempre un argumento, que normalmente debe ser una expresión lógica. Permiten bifurcar el flujo de acciones en dos caminos distintos. CICLOS (Estructura de control) Son estructuras de control que indican la repetición de un segmento de programa. Puede ser repetitivo, el segmento se repite un número fijo de veces. Existe una variable de control del ciclo a la que automáticamente se le asignan valores sucesivos durante la ejecución del ciclo. Se debe especificar el valor inicial y final del contador del ciclo y el incremento a aplicar en cada iteración, si es distinto a 1.

17 Acciones y estructuras de control. PROCEDIMIENTOS (Subrutina, subprograma) Es un fragmento del programa que realiza una tarea concreta y recibe un nombre por el que puede ser llamado desde otra parte del programa. Puede tener una serie de variables de comunicación, llamadas argumentos. Permiten el paso de información entre el programa y el procedimiento. El uso de procedimientos: Evita la duplicación de grupos de sentencias en diferentes partes del programa. Facilita la construcción y comprensión de los programas Ejercicios de pseudocódigo. Ejercicio 1: Imprimir los números del 100 al 0. c = 100 Mientras c <= 0 Repetir Escribir c c = c 1 FinMientras Ejercicio 2: Imprimir los números pares del 0 al 100. c =2 Mientras c <= 100 Repetir Escribir c c = c + 2 FinMientras

18 Ejercicio 3: Imprimir el porcentaje descontado en una compra, introduciendo por teclado el precio de la tarifa y el precio pagado. Escribir «Introducir la tarifa: «Leer tarifa Escribir «Introducir el precio pagado: «Leer precio dto = tarifa - precio Porcentaje_dto = dto * 100 / tarifa Escribir porcentaje_dto Ejercicio 4: Introducir por teclado dos números enteros y mostrar su suma, resta, multiplicación y división. Escribir «Introduce número 1: «Leer num1 Escribir «Introduce número 2: «Leer num2 Escribir n1 + n2 =, num1+num2 Escribir n1 - n2 =, num1-num2 Escribir n1 * n2 =, num1*num2 Escribir n1 / n2 =, num1/num2 Ejercicio 5: Sumar los 100 primeros números. c = 1 suma = 0 Mientras c<= 100 Repetir suma = suma + c c = c + 1 FinMientras Escribir «La suma de los 100 primeros números es:», suma

19 Ejercicio 6: Imprimir en pantalla todos los números naturales que hay desde la unidad hasta un número introducido por teclado. i = 1 n = 0 Escribir «Introduce un número:» Leer n Mientras i<n Repetir i = i + 1 Escribir i FinMientras Ejercicio 7: Imprimir en pantalla si un número introducido por teclado es positivo o negativo. num = 0 Escribir «Introduce un número:» Leer num Si num >=0 Entonces Escribir «Es positivo» Si No Escribir «Es negativo»

20 Ejercicio 8: De los números del 1 al 100, calcular la suma de todos los pares por un lado, y por otro la de todos los impares. Imprimir por pantalla ambas sumas. 1 i = 1 SumaPar = 0 SumaImpar = 0 Mientras i<=100 Repetir Si i = int(i/2)*2 Entonces SumaPar = SumaPar + i Si No SumaImpar = SumaImpar + i FinSi i = i + 1 FinMientras Escribir «La suma de los pares es:», SumaPar Escribir «La suma de los impares es:», SumaImpar Ejercicio 9: Suponiendo que una paella se puede cocinar exclusivamente con arroz y gambas, y que para cada cuatro personas se utiliza medio kilo de arroz y un cuarto de kilo de gambas, 1 escribir un algoritmo que pida por pantalla el número de comensales para la paella, el precio por kilo de los ingredientes y muestre las cantidades de los ingredientes necesarios y el coste de la misma. Escribir «Introducir el número de comensales: «Leer comensales Escribir «Introducir el precio del kilo de arroz: «Leer precio_arroz Escribir «Introducir el precio del kilo de gambas: «Leer precio_gambas cant_arroz = comensales * 0.5/4 cant_gambas = comensales * 0.25/4 coste_arroz = cant_arroz * precio_arroz coste_gambas = cant_gambas * precio_gambas coste_total = coste_arroz + coste_gambas Escribir «La cantidad de arroz necesaria es: «, cant_arroz Escribir «La cantidad de gambas necesaria es: «, cant_gambas Escribir «El coste del arroz es: «, coste_arroz Escribir «El coste de las gambas es: «, coste_gambas Escribir «El coste total de la paella es: «, coste_total

21 Proceso de creación de un programa. Un programa es la transcripción de un algoritmo a un lenguaje de programación. Para poder crear un programa se han de seguir los siguientes pasos: Realizar el planteamiento del problema: Resultados a obtener. Qué valores pueden tomar los datos. Relaciones entre los datos. Seleccionar las estructuras de datos que se van a usar, es decir, representación de los datos. Diseñar un algoritmo que resuelva el problema. Para diseñar algoritmos complejos se puede seguir un proceso de diseño descendente. Comprobación y optimización de algoritmos. Comprobar que es correcto y que realiza las operaciones que se desean. Proceso de creación de un programa. DISEÑO DESCENDENTE Es una técnica natural de desarrollo de algoritmos. Consiste en descomponer el problema en otros más simples. Estos problemas simples se vuelven a descomponer hasta llegar a problemas suficientemente pequeños como para ser resueltos directamente.

22 Ejercicios de creación de programas. Ejercicio 1: Dado un número introducido por teclado, decir si es par o impar. PROGRAMA: NUMERO_PAR_IMPAR INICIO Variables N, M: Números enteros Algoritmo Escribir «Introducir un número: «Leer N M = 2 * int(n / 2) Si M = N entonces Escribe «es par» Si_no Escribe «es impar» FIN Ejercicios de creación de programas. Ejercicio 2: Imprimir los números del 100 al 0. PROGRAMA: Imprimir_Números INICIO Variables c: Número entero Algoritmo c = 100 Mientras c <= 0 Repetir Escribir c c = c 1 FinMientras FIN

23 Ejercicios de creación de programas. Ejercicio 3: Imprimir los números pares del 0 al 100. PROGRAMA: IMPRIMIR_NUMEROS_PARES INICIO Variables c: Número entero Algoritmo c = 0 Mientras c <= 100 Repetir Escribir c c = c + 2 FinMientras FIN Ejercicio 4: Imprimir el porcentaje descontado en una compra, introduciendo por teclado el precio de la tarifa y el precio pagado. PROGRAMA: PORCENTAJE_DESCONTADO INICIO Variables tarifa, precio: Números enteros Algoritmo Escribir «Introducir la tarifa: «Leer tarifa Escribir «Introducir el precio pagado: «Leer precio dto = tarifa - precio Porcentaje_dto = dto * 100 / tarifa Escribir porcentaje_dto FIN

24 Ejercicio 5: Introducir por teclado dos números enteros y mostrar su suma, resta, multiplicación y división. PROGRAMA: OPERACIONES_ARITMETICAS INICIO Variables num1, num2: Números enteros Algoritmo Escribir «Introduce número 1: «Leer num1 Escribir «Introduce número 2: «Leer num2 Escribir n1 + n2 =, num1+num2 Escribir n1 - n2 =, num1-num2 Escribir n1 * n2 =, num1*num2 Escribir n1 / n2 =, num1/num2 FIN Ejercicio 6: Sumar los 100 primeros números. PROGRAMA: SUMAR_100_NUMEROS INICIO Variables c, suma: Números enteros Algoritmo c = 1 suma = 0 Mientras c<= 100 Repetir suma = suma + c c = c + 1 FinMientras Escribir «La suma de los 100 primeros números es:», suma FIN

25 Ejercicio 7: Imprimir en pantalla todos los números naturales que hay desde la unidad hasta un número introducido por teclado. PROGRAMA: NUMEROS_NATURALES INICIO Variables i, n: Números enteros Algoritmo i = 1 n = 0 Escribir «Introduce un número:» Leer n Mientras i<n Repetir i = i + 1 Escribir i FinMientras FIN Ejercicio 8: Imprimir en pantalla si un número introducido por teclado es positivo o negativo. PROGRAMA: POSITIVO_NEGATIVO INICIO Variables num: Número entero Algoritmo num = 0 Escribir «Introduce un número:» Leer num Si num >=0 Entonces Escribir «Es positivo» Si No Escribir «Es negativo» FIN

26 Ejercicio 9: De los números del 1 al 100, calcular la suma de todos los pares por un lado, y por otro la de todos los impares. Imprimir por pantalla ambas sumas. 1 PROGRAMA: SUMAR_PARES_IMPARES INICIO Variables i, SumaPar, SumaImpar: Números enteros Algoritmo i = 1 SumaPar = 0 SumaImpar = 0 Mientras i<=100 Repetir Si i = int(i/2)*2 Entonces SumaPar = SumaPar + i Si No SumaImpar = SumaImpar + i FinSi i = i + 1 FinMientras Escribir «La suma de los pares es:», SumaPar Escribir «La suma de los impares es:», SumaImpar FIN Ejercicio 10: Suponiendo que una paella se puede cocinar exclusivamente con arroz y gambas, y que para cada cuatro personas se utiliza medio kilo de arroz y un cuarto de kilo de gambas, escribir un algoritmo que pida por pantalla el número de comensales para la paella, el precio por kilo de los ingredientes y 1 muestre las cantidades de los ingredientes necesarios y el coste de la misma. PROGRAMA: PAELLA INICIO Variables comensales: Número entero precio_arroz, precio_gambas, cant_arroz, cant_gambas: Números reales coste_arroz, coste_gambas : Números reales Algoritmo Escribir «Introducir el número de comensales: «Leer comensales Escribir «Introducir el precio del kilo de arroz: «Leer precio_arroz Escribir «Introducir el precio del kilo de gambas: «Leer precio_gambas cant_arroz = comensales * 0.5/4 cant_gambas = comensales * 0.25/4 coste_arroz = cant_arroz * precio_arroz coste_gambas = cant_gambas * precio_gambas coste_total = coste_arroz + coste_gambas Escribir «La cantidad de arroz necesaria es: «, cant_arroz Escribir «La cantidad de gambas necesaria es: «, cant_gambas Escribir «El coste del arroz es: «, coste_arroz Escribir «El coste de las gambas es: «, coste_gambas Escribir «El coste total de la paella es: «, coste_total FIN

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