METODOLOGIA DE LA PROGRAMACION

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1 CAPITULO I METODOLOGIA DE LA PROGRAMACION 1.1. INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN Este capitulo le introduce al estudiante a seguir una metodología para la resolución de problemas con computadoras y el uso del lenguaje de programación Java. La resolución de un problema con una computadora se hace escribiendo un programa, que exige al menos los siguientes pasos: Definición o análisis del problema, diseño del algoritmo, transformación del algoritmo en un programa y ejecución y validación del programa. Uno de los objetivos fundamentales de este manual es el aprendizaje y diseño de los algoritmos. Este capitulo introduce al lector en el concepto de algoritmo y de programa, así como las herramientas que permiten dialogar al usuario con la maquina: los lenguajes de programación FASES EN LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS El proceso de resolución de un problema con una computadora conduce a la escritura de un programa y a su ejecución en la misma. Aunque el proceso de diseñar programa es esencialmente un proceso creativo, se 5

2 puede considerar una serie de fases o pasos comunes, que generalmente deben seguir todos los programadores. Las fases de resolución de un problema con computadora son: Análisis del problema Diseño del algoritmo Codificación Compilación y ejecución Verificación Depuración Mantenimiento Documentación Constituye el ciclo de vida del software y sus características más sobresalientes son: Análisis. El problema se analiza teniendo presente la especificación de los requisitos dados por el cliente de la empresa o por la persona que encarga el programa. Diseño. Una vez analizado el problema, se diseña una solución que conducirá a un algoritmo que resuelva el problema. Codificación (implementación). La solución se escribe en la sintaxis del lenguaje de alto nivel y se obtiene un programa fuente que se compila a continuación. Ejecución, verificación y depuración. El programa se ejecuta, se comprueba rigurosamente y se eliminan todos los errores (denominados Bugs, en inglés) que puedan aparecer. Mantenimiento. El programa se actualiza y modifica, cada vez que sea necesario, de modo que se cumplan todas las necesidades de cambio de sus usuarios. Documentación. Escritura de las diferentes fases del ciclo de vida del software, esencialmente el análisis, diseño y codificación, unidos a manuales de usuario y de referencia, así como normas para el mantenimiento. Las dos primeras fases conducen a un diseño detallado escrito en forma de algoritmo. Durante la tercera etapa (codificación) se implementa el algoritmo en un código escrito en un lenguaje de programación, reflejando las ideas desarrolladas en las fases de análisis y diseño. 6

3 Las fases de compilación y ejecución traducen y ejecutan el programa. En las fases de verificación y depuración el programador busca errores de las etapas anteriores y los elimina. Comprobara que mientras más tiempo se gaste en la fase de análisis y diseño, menos se gastará en la depuración del programa. Por último, se debe realizar la documentación del programa. Antes de conocer las tareas a realizar en cada fase, vamos a considerar el concepto y significado de la palabra algoritmo. La palabra algoritmo se deriva de la traducción al latín de la palabra Alkho-warizmi, nombre de un matemático y astrónomo árabe que escribió un tratado sobre la manipulación de números y ecuaciones en el siglo IX. Un algoritmo es un método para resolver un problema mediante una serie de pasos precisos, definidos y finitos. Características de un algoritmo Preciso (indica el orden de realización en cada paso), Definido (si se sigue dos veces, obtiene el mismo resultado cada vez), Finito (tiene fin; un número determinado de pasos). Un algoritmo debe producir un resultado en un tiempo finito. Los métodos que utilizan algoritmos se denominan métodos algorítmicos, en oposición a los métodos que implican algún juicio o interpretación que se denominan métodos heurísticos. Los métodos algorítmicos se pueden implementar en computadoras; sin embargo, los procesos heurísticos no han sido convertidos fácilmente en las computadoras. En los últimos años las técnicas de inteligencia artificial han hecho posible la implementación del proceso heurístico en computadoras. Ejemplos de algoritmos son: instrucciones para obtener el máximo común divisor de dos números, calculo del factorial de un numero, calculo de la tabal de multiplicar del 1 al 12, etc. Los algoritmos se pueden expresar por fórmulas, diagramas de flujo o N-S y pseudocódigos. 7

4 Análisis del Problema La primera fase de la resolución de un problema con computadora es el análisis del problema. Esta fase requiere una clara definición, donde se contemple exactamente lo que debe hacer el programa y el resultado o solución deseada. Dado que se busca una solución por computadora, se precisan especificaciones detalladas de entrada y salida. La Figura 1 muestra los requisitos que se deben definir en el análisis. Resolución de un problema Análisis del problema Diseño del algoritmo Resolución del problema con computadora Figura 1. Análisis del problema Para poder identificar y definir bien un problema es conveniente responder a las siguientes preguntas: Qué entradas se requieren? (tipo de datos con los cuales se trabaja y cantidad). Cuál es la salida deseada? (tipo de datos de los resultados y cantidad). Qué método produce la salida deseada? Requisitos o requerimientos adicionales y restricciones a la solución. Ejemplo: Se desea obtener una tabla con las depreciaciones acumuladas y los valores reales de cada año, de un automovil comprado en 1, soles en el año 1985, durante los seis años siguientes suponiendo un valor de recuperación o rescate de Realizar 8

5 el análisis del problema, conociendo la fórmula de la depreciación anula constante D para cada año de vida útil. D = Costo valor de recuperación Vida útil D = = 1, = Entrada Proceso Costo original Vida útil Valor de recuperación Depreciación acumulada cálculo de la depreciación acumulada cada año Cálculo del valor del automovil en cada año Depreciación anual Salida Depreciación acumulada en cada año Valor del automovil en cada año Diseño del Algoritmo En la etapa de análisis del proceso de programación se determina qué hace el programa. En la etapa de diseño se determina cómo hace el programa la tarea solicitada. Los métodos más eficaces para el proceso de diseño se basan en el conocido divide y vencerás. Es decir, la resolución de un problema complejo se realiza dividiendo el problema en subproblemas y a continuación dividiendo estos subproblemas en otros de nivel más bajo, hasta que pueda ser implementada una solución en la computadora. Este método se conoce técnicamente como diseño descendente (topdown) o modular. El proceso de romper el problema en cada etapa y expresar cada paso en forma más detallada se denomina refinamiento sucesivo. Cada subprograma es resuelto mediante un módulo (subprograma) que tiene un sólo punto de entrada y un sólo punto de salida. 9

6 Cualquier programa bien diseñado consta de un programa principal (el módulo de nivel más alto) que llama a subprogramas (módulos de nivel más bajo) que a su vez pueden llamar a otros subprogramas. Los programas estructurados de esta forma se dice que tienen un diseño modular y el método de romper el programa en módulos mas pequeños se llama programación modular. Los módulos pueden ser planeados, codificados, comprobados y depurados independientemente (incluso por diferentes programadores) y a continuación combinarlos entre sí. El proceso implica la ejecución de los siguientes pasos hasta que el programa se termina: 1. Programar un módulo. 2. Comprobar el módulo. 3. Si es necesario, depurar el modulo. 4. Combinar el módulo con los módulos anteriores Herramientas de Programación Las dos herramientas más utilizadas comúnmente para diseñar algoritmos son: diagramas de flujo y pseudocódigos. Un diagrama de flujo (flowchart) es una representación gráfica de un algoritmo. Los símbolos utilizados han sido normalizados por el Instituto Norteamericano de Normalización (ANSI), y los más frecuentemente empleados se muestran en la Figura 2. 10

7 Terminal Subprograma Entrada/ Salida Decisión Si No Proceso Conectores Si Figura 2. Símbolos más utilizados en los diagramas de flujo El pseudocódigo es una herramienta de programación en la que las instrucciones se escriben en palabras similares al inglés o español, que facilitan tanto la escritura como la lectura de programas. En esencia, el pseudocódigo se puede definir como un lenguaje de especificaciones de algoritmos. Aunque no existen reglas para escritura del pseudocódigo en español, se ha recogido una notación estándar que se utilizara en el presente manual y que ya es muy empleada en los libros de programación en español. Las palabras reservadas básicas se representan en letras negritas minúsculas. Estas palabras son traducción libre de palabras reservadas de lenguajes como C, pascal, etc. Ejemplo: Algoritmo que permite calcular el mayor valor de dos números ingresados por teclado, en el caso de ser iguales mostrara un mensaje que no existe numero mayor, los números son iguales. 11

8 Inicio: Leer n1, n2 Si n1 = n2 entonces Imprimir No existe número mayor, los números son iguales Caso contario: Si n1>n2 entonces Imprimir El número mayor es n1 Caso contrario: Imprimir El número mayor es n2 Fin de si Fin de si Fin Herramientas de Programación Codificación es la escritura en un lenguaje de programación de la representación del algoritmo. Dado que el diseño de un algoritmo es independiente del lenguaje de programación utilizado para su implementación, el código puede ser escrito con igual facilidad en un lenguaje o en otro. Para realizar la conversión del algoritmo en programa se deben de sustituir las palabras reservadas en español por sus homónimos en inglés, y las operaciones/ instrucciones indicadas en lenguaje natural expresarlas en el lenguaje de programación correspondiente Compilación y Ejecución de un Programa Una vez que el algoritmo se ha convertido en un programa fuente, es preciso introducirlo en memoria mediante el teclado y almacenarlo posteriormente en un disco. Esta operación se realiza con un programa editor. Posteriormente el programa fuente se convierte en un archivo de programa que se guarda en disco. El programa fuente debe ser traducido a lenguaje de maquina, este proceso se realiza con el compilador y el sistema operativo que se encarga prácticamente de la compilación. 12

9 S tras la compilación se presentan errores en el programa fuente, es preciso volver a editar el programa, corregir los errores y compilar de nuevo. Este proceso se repite hasta que no se producen errores, obteniéndose el programa objeto que todavía no es ejecutable directamente. Suponiendo que no existen errores en el programa fuente, se debe instruir al sistema operativo para que realice la fase de montaje o enlace (link), carga, del programa objeto con las bibliotecas del programa del compilador. El proceso de montaje produce un programa ejecutable. La Figura 3 describe el proceso completo de compilación/ejecución de un programa. 13

10 Figura 3. Fases de la compilación/ejecución de un programa: a) edición; b) compilación; c) montaje o enlace Verificación y Depuración de un Programa La verificación o compilación de un programa es el proceso de ejecución del programa con una amplia variedad de datos de entrada, llamados datos de test o prueba, que determinarán si el programa tiene errores. Para realizar la verificación se debe desarrollar una amplia gama de datos de test: valores normales de entrada, valores extremos de entrada que comprueben los limites del programa y valores de entrada que comprueben aspectos especiales del programa. La depuración es el proceso de encontrar los errores del programa y corregir o eliminar dichos errores. Cuando se ejecuta un programa, se pueden producir tres tipos de errores: 1. Errores de Compilación. Se producen normalmente por un uso incorrecto de las reglas del lenguaje de programación y suelen ser errores de sintaxis. Si existe un error de sintaxis, la computadora no puede comprender la instrucción, no se obtendrá el programa objeto y el compilador imprimirá una lista de todos los errores encontrados durante la compilación. 2. Errores de Ejecución. Estos errores se producen por instrucciones que la computadora puede comprender pero no ejecutar. Ejemplos típicos son: división por 14

11 cero y raíces cuadradas de números negativos. En estos casos se detiene la ejecución del programa y se imprime un mensaje de error. 3. Errores Lógicos. Se producen en la lógica del programa y la fuente de error suele ser el diseño del algoritmo. Estos errores son los más difíciles de detectar, ya que el programa puede funcionar y no producir errores de compilación ni de ejecución, y sólo puede advertirse el error por la obtención de resultados incorrectos. En este caso se debe volver a la fase de diseño del algoritmo, modificar el algoritmo, cambiar el programa fuente y compilar y ejecutar una vez más Documentación y Mantenimiento La documentación de un problema consta de las descripciones de los pasos a dar en el proceso de resolución de dicho problema. La importancia de la documentación debe ser destacada por su decisiva influencia en el producto final. Programas pobremente documentados son difíciles de leer, más difíciles de depurar y casi imposible de mantener y modificar. La documentación de un programa puede ser interna y externa. La documentación interna es la contenida en líneas de comentarios. La documentación externa incluye análisis, diagramas de flujo y/o pseudocódigos, manuales de usuario con instrucciones para ejecutar el programa y para interpretar los resultados. La documentación es vital cuando se desea corregir posibles errores futuros o bien cambiar el programa. Tales cambios se denominan mantenimiento del programa. Después de cada cambio la documentación debe ser actualizada para facilitar cambios posteriores PROGRAMACION MODULAR La programación modular es uno de los métodos de diseño más flexible y potente para mejorar la productividad de un programa. En programación modular el programa se divide en módulos (partes 15

12 independientes), cada uno de las cuales ejecuta una única actividad o tarea y se codifican independientemente de otros módulos. Cada uno de estos módulos se analiza, codifica y pone a punto por separado. Cada programa contiene un módulo denominado programa principal que controla todo lo que sucede; se transfiere el control a submódulos (subprogramas), de modo que ellos puedan ejecutar sus funciones; sin embargo, cada submódulo devuelve el control al módulo principal cuando se haya completado su tarea. Si la tarea asignada a cada submódulo es demasiado compleja, éste deberá romperse en otros módulos más pequeños. El proceso sucesivo de subdivisión de módulos continúa hasta que cada módulo tenga solamente una tarea especifica que ejecutar. Esta tarea puede ser entrada, salida, manipulación de datos, control de otros módulos o alguna combinación de éstos. Un módulo puede transferir temporalmente el control a otro módulo; sin embargo, cada módulo debe eventualmente devolver el control al módulo del cual se recibe originalmente el control. Los módulos son independientes en el sentido en que ningún módulo puede tener acceso directo a cualquier otro módulo excepto el módulo al que llama y sus propios submódulos. Sin embargo, los resultados producidos por un módulo pueden ser utilizados por cualquier otro módulo cuando se transfiera a ellos el control. Raíz Modulo 1 Modulo 2 Modulo 11 Modulo 12 Modulo 21 Modulo 22 Figura 4. Programación Modular Dado que los módulos son independientes, diferentes programadores pueden trabajar simultáneamente en diferentes partes del mismo programa. Esto reducirá el tiempo del diseño del algoritmo y posterior 16

13 codificación del programa. Además, un módulo se puede modificar radicalmente sin afectar a otros módulos, incluso sin alterar su función principal. La descomposición de un programa en módulos independientes más simples se conoce también como el método de divide y vencerás. Se diseña cada módulo con independencia de los demás, y siguiendo un método ascendente o descendente se llegará hasta la descomposición final del problema en módulos en forma jerárquica PROGRAMACION ESTRUCTURADA Los términos programación modular, programación descendente y programación estructurada se introdujeron en la mitad de la década de los sesenta y a menudo se utilizan como sinónimos aunque no significa lo mismo. La programación estructurada significa escribir un programa de acuerdo a las siguientes reglas: El programa tiene un diseño modular Los módulos son diseñados de modo descendente Cada módulo se codifica utilizando las tres estructuras de control básicas: secuencia, selección y repetición. El término programación estructurada se refiere a un conjunto de técnicas que han ido evolucionando desde los primeros trabajos de Edgar Dijkstra. Estas técnicas aumentan considerablemente la productividad del programa reduciendo en elevado grado el tiempo requerido para escribir, verificar, depurar y mantener los programas. La programación estructurada utiliza un número limitado de estructuras de control que minimizan la complejidad de los programas y, por consiguiente, reducen los errores; hace los programas más fáciles de escribir, verificar, leer y mantener. Los programas deben estar dotados de una estructura. La programación estructurada es el conjunto es el conjunto de técnicas que incorporan: Recursos abstractos, Diseño descendente (top-down), Estructuras básicas Recursos Abstractos La programación estructurada se auxilia de los recursos abstractos en lugar de los recursos concretos de que dispone un determinado lenguaje de programación. 17

14 Descomponer un programa en términos de recursos abstractos según Dijkstra, consiste en descomponer una determinada acción compleja en términos de un número de acciones más simples capaces de ejecutarlas o que constituyan instrucciones de computadoras disponibles Diseño Descendente (top-down) El diseño descendente (top-down) es el proceso mediante el cual un problema se descompone en una serie de niveles o pasos sucesivos de refinamiento. La metodología descendente consiste en efectuar una relación entre las sucesivas etapas de estructuración de modo que se relacionasen unas con otras mediante entradas y salidas de información. Es decir, se descompone el problema en etapas o estructuras jerárquicas, de forma que se puede considerar cada estructura desde dos puntos de vista: qué hace? Y cómo lo hace? Si se considera un nivel n de refinamiento, las estructuras se consideran de la siguiente manera: Nivel n: desde el exterior qué hace? Nivel n+1: Vista desde el interior cómo lo hace? 18

15 Figura 5. Diseño Descendente Estructuras de Control Las estructuras de control de un lenguaje de programación son métodos de especificar el orden en que las instrucciones de un algoritmo se ejecutarán. El orden de ejecución de las sentencias o instrucciones determina el flujo de control. Estas estructuras de control son, por consiguiente, fundamentales en los lenguajes de programación y en los diseños de algoritmos, especialmente los pseudocódigos. Las tres estructuras de control básicos son: Secuencia, Selección, Repetición. La programación estructurada hace los programas más fáciles de escribir, verificar, leer y mantener; utiliza un número limitado de estructuras de control que minimizan la complejidad de los problemas Teorema de la Programación Estructurada: Estructuras Básicas En mayo de 1996, Bohm y Jacopini demostraron que un programa propio puede ser escrito utilizando solamente tres tipos e estructuras de control. 19

16 Secuenciales, Selectivas, Repetitivas. Un programa se define como propio si cumple las siguientes características: Posee un solo punto de entrada y uno de salida o fin para control del programa. Existen caminos desde la entrada hasta la salida que se pueden seguir y que pasan por todas las partes del programa. Todas las instrucciones son ejecutables y no existen lazos o bucles infinitos (sin fin). La programación estructurada significa que: El programa completo tiene un diseño modular. Los módulos se diseñan con metodología descendente (puede hacerse también ascendente). Cada módulo se codifica utilizando las tres estructuras de control básicas: secuenciales, selectivas y repetitivas Estructuración y modularidad son conceptos complementarios 1.5. CONCEPTO Y CARACTERISTICAS DE ALGORITMOS El objetivo fundamental de este manual es enseñar a resolver problemas mediante una computadora. El programador de computadora es antes que nada una persona que resuelve problemas, por lo que para llegar a ser un programador eficaz se necesita aprender a resolver problemas de un modo riguroso y sistemático. Problema Diseño del Algoritmo Programa de Computadora Figura 6. Resolución de un Programa 20

17 Los pasos para la resolución de un problema son: 1. Diseño del algoritmo, que describe la secuencia ordenada de pasos sin ambigüedades que conducen a la solución de un problema dado(análisis del problema y desarrollo del algoritmo) 2. Expresar el algoritmo como un programa en un lenguaje de programación adecuado(fase de codificación) 3. Ejecución y validación del programa por la computadora. Para llegar a la realización de un programa es necesario el diseño previo de un algoritmo, de modo que sin algoritmo no puede existir un programa. Los algoritmos son independientes tanto del lenguaje de programación en que se expresan como de la computadora que los ejecuta. En cada problema el algoritmo se puede expresar en un lenguaje diferente de programación y ejecutarse en una computadora distinta; sin embargo, el algoritmo será siempre el mismo. En la ciencia de la computación y en la programación, los algoritmos son más importantes que los lenguajes de programación o las computadoras. Un lenguaje de programación es tan sólo un medio para expresar un algoritmo y una computadora es sólo un procesador para ejecutarlo. Por tanto el lenguaje de programación como la computadora son los medios para obtener un fin: conseguir que el algoritmo se ejecute y se efectúe el proceso correspondiente. El diseño de la mayoría de los algoritmos requiere creatividad y conocimientos profundos de la técnica de la programación. En esencia, la solución de un problema se puede expresar mediante un algoritmo Características de los Algoritmos Las características fundamentales que debe cumplir todo algoritmo son: Un algoritmo debe ser preciso e indicar el orden de realización de cada paso. Un algoritmo debe estar definido. Si se sigue un algoritmo dos veces, se debe obtener el mismo resultado cada vez. 21

18 Un algoritmo debe ser finito. Si se sigue un algoritmo, se debe terminar en algún momento; o sea, debe tener un número finito de pasos. Precisión Definitud o determinismo Finitud Dada una cantidad de datos de entrada de un algoritmo, se dice que la cantidad de un recurso usada por dicho algoritmo para su ejecución determina la complejidad del algoritmo respecto a tal recurso. Cuando se implementa un algoritmo en un computador digital, los recursos con los que se cuenta son tiempo de proceso y memoria. Por lo tanto, a un algoritmo implementado en un computador digital se le pueden calcular sus complejidades temporal y espacial La definición de un algoritmo debe describir tres partes: Entrada, proceso, y Salida Diseño del Algoritmo Una computadora no tiene capacidad para solucionar problemas más que cuando se le proporciona los sucesivos pasos a realizar. Estos pasos sucesivos que indican las instrucciones a ejecutar por la máquina constituyen, como ya conocemos, el algoritmo. La información que se proporciona al algoritmo constituye la entrada y la información producida por el algoritmo constituye su salida. Los problemas complejos se pueden resolver más eficazmente con la computadora cuando se rompen en subproblemas que sean más fáciles de solucionar que el original. Así el problema de encontrar la superficie y la longitud de un círculo se puede dividir en tres problemas más simples o subproblemas (Figura 7) 22

19 Superficie y longitud de circunferencia Entrada de datos Cálculo de superficie (S) Cálculo de longitud (L) Salida de Resultados Entrada Radio (R) S = PI * R 2 L = 2 * PI * R Salida (R) Salida (S) Salida (L) Figura 7. Refinamiento de un Algoritmo Tras los pasos anteriores (diseño descendente y refinamiento por pasos) es preciso representar el algoritmo mediante una determinada herramienta de programación: diagrama de flujo, pseudocódigo o diagrama N S. Así pues, el diseño del algoritmo se descompone en las fases recogidas en la Figura 8: 23

20 Diseño de un algoritmo Diseño descendente (1) Refinamiento Por casos (2) Herramientas de programación (3) -diagrama de flujo -pseudocódigo -diagrama N-S Figura 8. Fases del Diseño de un Algoritmo 1.6. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS ALGORITMOS Para representar un algoritmo se debe utilizar algún método que permita independizar dicho algoritmo del lenguaje de programación elegido. Ello permitirá que un algoritmo pueda ser codificado indistintamente en cualquier lenguaje. Para conseguir este objetivo se precisa que el algoritmo sea representado gráfica o numéricamente, de modo que las sucesivas acciones no dependan de la sintaxis de ningún lenguaje de programación, sino que la descripción pueda servir fácilmente para su transformación en un programa, es decir, su codificación. Los métodos usuales para representar un algoritmo son: 1. Lenguaje de especificación de algoritmos: pseudocódigo 2. Diagrama de flujo ó Diagrama N-S (Nassi Schneiderman) Cuando se plantean problemas basados en algoritmos, se debe tener encuenta que: Los problemas se clasifican por la existencia de una solución en solubles, no solubles e indecidible. Un problema se dice SOLUBLE si se sabe de antemano que existe una solución para él. Un problema se dice INSOLUBLE si se sabe que no existe una solución para él. 24

21 Un problema se dice INDECIDIBLE si no se sabe si existe o no existe solución para él. A su vez, los problemas solubles se dividen en dos clases: los algorítmicos y los no algorítmicos. Un problema se dice ALGORÍTMICO si existe un algoritmo que permita darle solución. Un problema se dice NO ALGORÍTMICO si no existe un algoritmo que permita encontrar su solución Pseudocódigo El pseudocódigo es un lenguaje de especificación de algoritmos. El uso de tal lenguaje hace el paso de codificación final relativamente fácil. El pseudocódigo nació como un lenguaje similar al inglés y era un medio de representar básicamente las estructuras de control de programación estructurada. Se considera un primer borrador, dado que el pseudocódigo tiene que traducirse posteriormente a un lenguaje de programación. El pseudocódigo no puede ser ejecutado por una computadora. La ventaja del pseudocódigo es que en su uso, en la planificación de un programa, el programador se puede concentrar en la lógica y en las estructuras de control y no preocuparse de las reglas de un lenguaje específico. Es también fácil modificar el pseudocódigo si se descubren errores o anomalías en la lógica del programa, mientras que en muchas ocasiones suele ser difícil el cambio en la lógica, una vez que está codificado en un lenguaje de programación. Otra ventaja del pseudocódigo es que puede ser traducido fácilmente a lenguajes estructurados como C, C++, Java, C#, etc. El algoritmo comienza con la palabra start y finaliza con la palabra end, en inglés (en español, inicio, fin). Entre estas palabras, sólo escribe una instrucción o acción por línea. La línea precedida por // se denomina comentario. Es una información al lector del programa y no realiza ninguna instrucción ejecutable, sólo tiene efecto de documentación interna del programa. Por fortuna, aunque el pseudocódigo nació como un sustituto del lenguaje de programación y, por consiguiente, sus 25

22 palabras reservadas se conservaron o fueron muy similares a las del idioma inglés, el uso del pseudocódigo se ha extendido en la comunidad hispana con términos en español como inicio, fin, parada, leer, escribir, si entonces, si no, mientras, fin _ mientras, repetir, hasta _ qué, etc. Secuencial Inicio acción1 acción2... acción n Fin Decisión Simple si condición entonces acción1 acción2... acción n 26

23 Decisión Doble si condición entonces acción1 acción2... en caso contrario acción1 acción2 Iteración Fija para var. Entera inicial hasta final hacer acción1 acción2... acción n 27

24 Condicional al Inicio mientras condición hacer acción1 acción2... acción n Condicional al Final repita acción1 acción2... acción n Hasta que condición 28

25 Selección casos selector de valor 1 : acción1 acción2 valor 2 : acción1 acción2... valor n : acción1 acción2 29

26 Ejemplos de Algoritmos: 1. Un estudiante se encuentra en su casa (durmiendo) y debe ir a la universidad (a tomar la clase de algoritmia!), qué debe hacer el estudiante? ALGORITMO: Inicio Dormir haga 1 hasta que suene el despertador (o lo llame la mamá). Mirar la hora. Hay tiempo suficiente? Si hay, entonces Bañarse. Vestirse. Desayunar. Sino, Vestirse. Cepillarse los dientes. Despedirse de la mamá y el papá. Hay tiempo suficiente? Si, Caminar al paradero. Sino, Correr al paradero. Hasta que pase un bus para la universidad haga: Esperar el bus Ver a las demás personas que esperan un bus. Tomar el bus. Mientras no llegue a la universidad haga: Seguir en el bus. Pelear mentalmente con el conductor. Timbrar. Bajarse. Entrar a la universidad. Fin 30

27 2. Cambiar la rueda pinchada de un automóvil teniendo un gato mecánico en buen estado, una rueda de reemplazo y una llave inglesa. ALGORITMO: Inicio PASO 1. Aflojar los tornillos de la rueda pinchada con la llave inglesa. PASO 2. Ubicar el gato mecánico en su sitio. PASO 3. Levantar el gato hasta que la rueda pinchada pueda girar libremente. PASO 4. Quitar los tornillos y la rueda pinchada. PASO 5. Poner rueda de repuesto y los tornillos. PASO 6. Bajar el gato hasta que se pueda liberar. PASO 7. Sacar el gato de su sitio. PASO 8. Apretar los tornillos con la llave inglesa. Fin 3. Realizar la suma de los números 2448 y ALGORITMO: Inicio PASO 1. Colocar los números el primero encima del segundo, de tal manera que las unidades, decenas, centenas, etc., de los números que den alineadas. Trazar una línea debajo del segundo número. PASO 2. Empezar por la columna más a la derecha. PASO 3. Sumar los dígitos de dicha columna. PASO 4. Si la suma es mayor a 9 anotar un 1 encima de la siguiente columna a la izquierda y anotar debajo de la línea las unidades de la suma. Si no es mayor anotar la suma debajo de la línea. PASO 5. Si hay más columnas a la izquierda, pasar a la siguiente columna a la izquierda y volver a 3. PASO 6. El número debajo de la línea es la solución. Fin 31

28 4. Sean los puntos P=(a,b) y Q=(c,d) que definen una recta, encontrar un segmento de recta perpendicular a la anterior que pasa por el punto medio de los puntos dados. ALGORITMO: Inicio PASO 1. Trazar un círculo con centro en el punto P que pase por el punto Q. PASO 2. Trazar un círculo con centro en el punto Q que pase por el punto P. 32

29 PASO 3. Trazar un segmento de recta entre los puntos de intersección de las circunferencias trazadas. Fin. El segmento de recta trazada es el buscado. 33

30 5. Escribir un algoritmo que lea las cuatro notas de un estudiante e imprima la nota definitiva. ALGORITMO: 1. Inicio 2. leer n1, n2, n3, n4 3. suma = n1 + n2 + n3 + n4 4. parcial = suma*4/ notadef = parcial Imprimir notadef 7. fin 6. Escribir un algoritmo que calcule e imprima el area de un triangulo: ALGORITMO: Inicio leer datos: base, altura Calcular area: area = (base*altura)/2 Imprimir base, altura, area fin 7. Un vendedor recibe una comisión del 10% del total de ventas del mes. El quiere saber cuanto ganará en un mes que tuvo tres ventas: ALGORITMO: Inicio leer sueldobase, venta1, venta2, venta3 subtotal = venta1 + venta2 + venta3 comision = subtotal *0,10 total = sueldobase + comision imprimir total fin 34

31 8. Una tienda ofrece un 15% de descuento por cada compra. Un cliente desea saber cuanto deberá pagar por su compra: ALGORITMO: Inicio leer monto descuento = monto * 0,15 total = monto - descuento imprimir total Fin 9. Hacer un algoritmo que lea los nombres y edades de dos personas e imprima cual de ellas tiene más edad. ALGORITMO: 1. Inicio 2. leer nombre1 y edad1 3. leer nombre2 y edad2 4. comparar edad1 con edad2: 5. Si edad1 > edad2 imprimir nombre1, es mayor 6. si edad2 > edad1 imprimir nombre2, es mayor 7. Si edad1 = edad2 imprimir 8. Fin 10. En una Granja existen N conejos, N1 blancos y N2 negros. Se venden X negros y Y blancos. Hacer un algoritmo que: a) Imprima la cantidad de conejos vendida b) Si P1 es el precio de venta de los conejos blancos y P2 es el precio de venta de los conejos negros, imprima el monto total de la venta. c) Imprima el color de los conejos que se vendieron más. 35

32 ALGORITMO: 1. Inicio 2. Leer datos: N, N1,N2,X,Y,P1,P2 3. Calcular la cantidad de conejos vendida: CNV = X + Y 4. Imprimir la cantidad de conejos vendida: Imprimir CNV 5. Calcular el monto de la venta: MV = X * P2 + Y * P1 6. Imprimir monto de la venta: Imprimir MV 7. Si X > Y entonces Imprimir Se vendieron mas conejos negros en otro caso Imprimir Se vendieron mas conejos blancos 8. Fin 11. Elaborar un algoritmo que lea el importe bruto de una factura y determine el importe neto según los siguientes criterios: Importe bruto menor de > sin descuento Importe bruto mayor de > 15% de descuento ALGORITMO: 1. Inicio 2. Leer importeb 3. Calcular descuento: Si importeb >= entonces descuento =importeb * 0.15; en otro caso descuento = 0 finsi 4. fin 36

33 Ejercicios Propuestos: Para los siguientes problemas dar un algoritmo y si es posible una ejecución del mismo. 1. Buscar en el directorio telefónico, el número de: a. José González Pérez b. Pedro Gómez Bernal. c. Escribir un algoritmo que sirva para buscar a cualquier persona. 2. Solicitar en préstamo algún libro de una biblioteca. 3. haga una caja de cartón con tapa de: a. 20 cm de largo, por 10 cm de ancho y 5 cm de alto. b. 10 cm de largo, por 30 cm de ancho y 15 cm de alto. c. Escribir un algoritmo que sirva para construir una caja de cartón con tapa de cualquier tamaño. 4. Construir un avión de papel. 5. Calcular manualmente la división de cualquier par de números naturales. El resultado también debe ser un número natural. Escribir un algoritmo para calcular el residuo de la división. 6. Un juego muy famoso entre dos niños es el de adivina mi número,el cual consiste en que cada niño trata de adivinar el número pensado por el otro niño. Dicho número generalmente está entre 1 y 100. Las reglas del juego son las siguientes: a. Cada niño posee un turno en el que trata de averiguar el número del otro. b. En su turno el primer niño pregunta si un número que dice es el pensado por el segundo. c. Si el número que ha dicho el primer niño es el que pensó el segundo, este último debe informarle al primero que ganó. d. Si el número no es el segundo niño debe decir si su número pensado es menor o mayor al que el primer niño dijo. e. Luego el segundo niño tiene su turno y de esta manera se van 37

34 intercalando hasta que alguno de los dos gane.desarrollar un algoritmo para jugar adivina mi número. 7. Una balanza se encuentra en equilibrio cuando el producto de la carga aplicada sobre el brazo derecho por la longitud de este brazo, es igual al producto de la carga aplicada sobre el brazo izquierdo por la longitud de este otro brazo. Determinar si la balanza se encuentra en equilibrio si: a. La longitud del brazo izquierdo es 3 m, la del derecho es 2 m, la carga aplicada al brazo izquierdo es 5 Kg y la carga aplicada al derecho es 7 Kg. b. La longitud del brazo izquierdo es 4 m, la del derecho es 2 m, la carga aplicada al brazo izquierdo es 4 Kg y la carga aplicada al derecho es 4 Kg. c. Desarrollar un algoritmo que sirva para cualquier conjunto de valores para las longitudes de los brazos y las cargas aplicadas. 8. Si Juan tiene el doble de la edad de Pedro y la suma de las edades de los dos es 33 años, Cuántos años tiene Juan y cuántos tiene Pedro?. 9. Se tienen dos jarras (A y B) de capacidades 3 y 7 litros respectivamente, sobre las cuales se pueden efectuar las siguientes acciones: Llenar totalmente cualquiera de las dos jarras, vaciar una de las dos jarras en la otra hasta que la jarra origen este vacía o hasta que la jarra destino este llena y vaciar el contenido de una jarra (este llena o no) en un sifón. Cómo se puede dejar en la jarra A un solo litro utilizando solamente las anteriores acciones?. 10. Tres personas deciden invertir su dinero para formar una empresa. Cada una de ellas invierte una cantidad distinta. Hacer un algoritmo que imprima el porcentaje que cada quien invierte con respecto al total de la inversión 38

35 Diagrama de Flujo Los diagramas de flujo son representaciones gráficas de algoritmos. Un diagrama de flujo consta de símbolos, que representan los pasos o etapas del algoritmo. Cada símbolo representa un tipo de actividad. Símbolos: Los diferentes símbolos usados en un diagrama de flujo son: 39

36 Símbolo Paso ó Actividad Entrada/Salida Este símbolo representa una entrada ó salida. Proceso Este símbolo representa un proceso de una entrada, tal como la suma de dos números. Decisión Este símbolo representa una condición con la cual se debe tomar una decisión. Procedimiento/Subrutina Este símbolo representa la llamada a un procedimiento o subrutina predefinido compuesto de pasos que no son parte de este diagrama. ó Un programa grande puede ser divido en subprogramas pequeños llamados procedimientos o subrutinas. Este símbolo representa la llamada a un procedimiento o subrutina desde el 40

37 programa principal. El procedimiento o subrutina es completamente descrito en un diagrama de flujo diferente Línea de flujo Este símbolo representa los enlaces de un símbolo con otro y ayuda a entender la secuencia de los pasos a seguir para completar una tarea. Este símbolo indica el flujo del diagrama de flujo desde arriba hacia abajo o de la izquierda a la derecha. Inicio y Fin Este símbolo representa el inicio y fin del diagrama de flujo. Conector en Página Un diagrama de flujo se puede dividir en partes cuando muchas líneas del flujo lo hacen ilegible. Este símbolo representa la conexión entre estas partes del un diagrama de flujo en una misma página. Este símbolo es etiquetado con letras en mayúsculas, por ejemplo A. 41

38 Conector Fuera de Página Este símbolo representa la conexión entre las partes de un diagrama de flujo en páginas separadas. Esto ayuda a prevenir confusión respecto a la secuencia de un diagrama de flujo cuando este abarca múltiples páginas. Este símbolo es etiquetado con números, por ejemplo 1. Visualización Este símbolo representa la salida usando la instrucción mostrar. 42

39 Ejemplos El siguiente diagrama de flujo acepta dos números, calcula el producto y muestra el resultado. 43

40 El siguiente diagrama de flujo acepta dos números, y muestra el mayor de ellos después de compararlos. 44

41 El siguiente es el diagrama de flujo dado en el manual de una televisión proporciona las recomendaciones para resolver el problema de mal funcionamiento del control remoto. Reglas de un Diagrama de Flujo 45

42 El American National Standards Institute (ANSI) recomienda un número de reglas a cumplir en el dibujo de diagramas de flujo. Algunas de estas reglas y pautas se muestran a continuación: La lógica completa de un diagrama de flujo debería representarse usando los símbolos estándares. El diagrama de flujo debería ser claro, preciso y de fácil interpretación. Los diagramas de flujo solo puede tener un punto de inicio y un punto de término. Los pasos en un diagrama de flujo deberían seguir el enfoque de arriba a abajo o de izquierda a derecha. Todas las entradas de datos necesarias deberían exponerse en un orden lógico. Los símbolos de inicio y fin deberían tener una sola línea de flujo. Los símbolos de entrada, procesamiento, salida y visualización de datos deberían tener dos líneas de flujo conectadas, una previa al símbolo y otra posterior al símbolo. El símbolo de decisión debería tener una línea de flujo conectada previo al símbolo y dos líneas de flujo conectadas posterior al símbolo para cada posible solución. Ventajas de los Diagramas de Flujo Las ventajas de los diagramas de flujo son: Los diagramas de flujo es el mejor método de comunicar lógica. Los diagramas de flujo ayudan a analizar los problemas eficazmente. Los diagramas de flujo actúan como guía durante la fase de diseño del programa. Es más fácil depurar errores de lógica usando un diagrama de flujo. Los diagramas de flujo ayudan a mantener los programas. 46

43 Desventajas de los Diagramas de Flujo Las desventajas de los Diagramas de flujo son: Un diagrama de flujo largo puede extenderse sobre múltiples páginas, lo cual reduce su legibilidad. Como los símbolos de los diagramas de flujo no pueden escribirse, el dibujo de un diagrama de flujo usando cualquier herramienta gráfica lleva mucho tiempo. Los cambios hechos en un solo paso pueden ocasionar tener que volver a dibujar el diagrama de flujo completo. Un diagrama de flujo representando un algoritmo complejo puede tener demasiadas líneas de flujo. Esto reduce su legibilidad y llevará mucho tiempo dibujarlo y entender su lógica. 47

44 CAPITULO II VARIABLES, CONSTANTES, CONTADORES, ACUMULADORES Y OPERADORES 2.1. INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN Este capitulo le introduce al estudiante a conocer el uso de las variable, constantes, contadores, acumuladores y expresiones utilizados constantemente en la formulación de los diferentes algoritmos propuestos. El estudiante entendera su uso de determinados problemas planteados en clase y por si mismo, facilitando una mejor forma de dar asolución a los algoritmos atravez de diagramas de flujo y codificación en java INTRODUCCIÓN A LAS VARIABLES La memoria interna del computador se utiliza para almacenar los datos de entrada proporcionados por el usuario, las instrucciones para tratar estos datos y el resultado del proceso o datos de salida. La memoria consta de diversas localizaciones en las cuales se almacenan los datos. Las variables pueden clasificarse en dos categorías: 48

45 Valores numéricos, como 25, 78 y Esto quiere decir que los valores numericos pueden clasificarse en enteros y reales Valores de carácter como "Hola", "X", "E001" y "1988". Los literales carácter siempre van entre comillas (" ") Para entender como un computador procesa los datos, considere el siguiente problema donde dos números son ingresados y el resultado se muestra sobre la pantalla. El diagrama de flujo usado para representar la lógica de la solución del problema es el siguiente: 49

46 Cuando las instrucciones son ejecutadas, el valor del primer número es aceptado y almacenado en la memoria. De manera similar, el valor del segundo número es también aceptado y almacenado en la memoria. El computador hace referencia a los números almacenado en memoria, calcula la suma, y almacena el resultado obtenido en una localización diferente de la memoria. El computador hace referencia al resultado almacenado en memoria, para mostrarlo en la pantalla. Por lo tanto, el computador necesita identificar las localizaciones de memoria para almacenar los valores o recuperar los valores almacenados. Las localizaciones cuando el primer número, el segundo número, y el resultado son almacenados pueden ser referenciadas como nnumero1, nnumero2 y nsuma respectivamente. Cada vez que el conjunto de instrucciones son ejecutadas; los valores de nnumero1, nnumero2, y nsuma variará, dependiendo de los valor ingresados por el usuario. Por consiguiente, nnumero1, nnumero2, y nsuma son conocidos como variables. Tipos de Datos El número de bytes que debe reservarse para las diferentes variables depende del tipo de valor que éstas almacenan. Por lo tanto, hay una necesidad de clasificar los tipos de datos que puedan ser almacén en la 50

47 memoria. Este tipo de valor es denominado tipo de dato. Los tipos de datos están clasificados en: Numéricos: Las variables de tipo de dato numérico solo pueden contener números. Por ejemplo; la edad de una persona, el precio de un producto. Estas variables pueden almacenar números de coma flotante y pueden ser usadas dentro de cálculos. Carácter: Las variables de tipo de dato carácter pueden contener una combinación de letras, números, y caracteres especiales. Por ejemplo; el nombre de una persona ó la dirección postal. Estas variables no pueden ser usadas dentro de cálculos. Declaración de Variables Es necesario declarar una variable antes de ser usada dentro de un programa. Cuando se declara una variable, una posición de memoria defina se esta asignado a la variable. La declaración de una variable asigna un nombre a la variable y especifica el tipo de dato que la variable puede almacenar. Por ejemplo, se necesita desarrollar un pseudocódigo para aceptar el nombre, edad, y teléfono de un cliente. Para aceptar el nombre, se necesita declarar la variable de tipo carácter. De manera similar, es necesario declarar dos variables numéricas con los nombres: edad y telefono para aceptar la edad y teléfono del cliente. La declaración de estas variables es como sigue: char nombre int edad, telefono Aunque no hay convenciones para dar nombre a las variables, las siguientes pautas pueden resultar útiles: La primera letra del nombre de la variable podría indicar el tipo de dato de la variable. Por ejemplo, puede ser c o n para indicar una variable carácter o numérica, respectivamente. Algunos ejemplos son cnombre y nedad. 51

48 El nombre de la variable debería describir con claridad el propósito de la variable. Por ejemplo, nnota es una variable numérica para guardar la nota del alumno. El nombre de la variable no debería contener espacios o símbolos tales # $ % ^ & * ( ) [ ]., : ; / y \. Se puede utilizar el carácter de subrayado cuando sea necesario insertar un espacio en el nombre de una variable, como por ejemplo, nsalario_básico. Si el nombre de la variable está compuesto por varias palabras sin espacios entre ellas, la primera letra de cada palabra debería ir en mayúscula para facilitar la lectura CONSTANTES Así como las variables la s contantes tambien se almacenan en la memoria del computador al momento de ejecutarlas, con la diferencia que las constantes son valores predefinidos en un programa que nuncan cambian su valor y tambien pueden clasificarse en valores numericos (enteros y reales) y valores de carácter. Por ejemplo: Valores numéricos, como 34, 22 y Esto quiere decir que los valores numericos pueden clasificarse en enteros y reales Valores de carácter como "Hola", "Jose", "E001" y "2009". Los datos tipos carácter, siempre van entre comillas (" ") 2.4. CONTADORES Los contadores son otro tipo de variables muy utilizados dentro de estructuras repetitivas. Su función principal es contar una serie de valores numericos ya sea de uno en uno, dos en dos, etc. Por ejemplo: Sintaxis: c= c+1; c=c+2; c=c-3..etc. Los contadores pueden expresarse enforma de suma o resta. Las dos primeras variables deben ser iguales. El valor constante indica el numero de conteo que ba ha realizar, si es uno indicara que el conteo será de uno en uno y asi sucesivamente. 52

49 ACUMULADORES Los acumuladores son otro tipo de variables muy utilizados dentro de estructuras repetitivas. Su función principal es acumular valores numericos que se an ingresado o procesado en alguna variable, etc. Por ejemplo: Sintaxis: ac= ac + N ; t= t + M Las dos primeras variables deben ser iguales siempre en un acumulador; N y M son variables que contienen valores ya sea que se hayan ingresado o calculado internamente dentro de una estructura repetitiva OPERADORES Los operadores determinan el tipo de operación que se quiere realizar con los elementos de una expresión. En una expresión, el elemento sobre el cual actúa un operador se llama operando. Por ejemplo, en la expresión, a + b, a y b son conocidos como operandos. Los operadores pueden ser clasificados en las siguientes categorías: Operadores aritméticos Operadores Relacionales Operadores lógicos Operadores Aritméticos Los operadores aritméticos, como su nombre lo indica, son utilizados para realizar cálculos aritméticos. Algunos de los operadores aritméticos más comunes son los siguientes: Operador Descripción Ejemplo Suma (+) Suma los operandos c = a + b 53

50 Resta (-) Resta el operando derecho del operando izquierdo Multiplicación (*) Multiplica los operandos c = a - b c = a * b División (/) Modulo (%) Divide el operando izquierdo por del operando derecho Calcula el residuo de una división entera c = a / b c = a % b El siguiente pseudocódigo representa una operación usando el operador modulo: Inicio Int nnum1, nnum2, nnum3 nnum1 = 15 nnum2 = 2 nnum3 = nnum1 % nnum2 Mostrar nnum3 Fin En este pseudocódigo, a las variable nnum1 y nnum2 se le asigna 15 y 2 respectivamente. La salida del pseudocódigo será 1, el cual es el residuo de la división entera entre nnum1 y nnum2. Operadores Relacionales Se puede comparar dos operandos con el operadores relacional. Cuando dos operandos son comparados usando estos operadores, el resultado es un valor lógico, TRUE o FALSE. Son seis operadores relacionales. La siguiente tabla muestra los operadores relacionales: 54

51 Operador Descripción Ejemplo Explicación = Evalúa si los operandos son iguales a = b Retorna TRUE si los valores son iguales y FALSE en caso contrario.!= Evalúa si los operandos son diferentes > Evalúa si el operando de la izquierda es mayor que el operando de la derecha < Evalúa si el operando de la izquierda es menor que el operando de la derecha >= Evalúa si el operando de la izquierda es mayor o igual que el operando de la derecha. <= Evalúa si el operando de la izquierda es menor o igual que el operando de la derecha Operadores Lógicos a!= b a > b a < b a >= b a <= b Retorna TRUE si los valores son diferentes y FALSE en caso contrario. Retorna TRUE si a es mayor que b y FALSE en caso contrario Retorna TRUE si a es menor que b y FALSE en caso contrario Retorna TRUE si a es mayor o igual que b y FALSE en caso contrario Retorna TRUE si a es menor o igual que b y FALSE en caso contrario Los operadores lógicos son usados para combinar los resultados de expresiones que contienen operadores relacionales. A continuación tenemos una tabla que describe los operadores lógicos: Operador Descripción Ejemplo AND Lógica AND a < 5 AND b > 10 OR Lógica OR a < 5 OR b > 10 NOT Lógica NOT NOT a = 5 55