Análisis de algoritmos

Transcripción

1 Encuadre de la unidad de aprendizaje M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez edgardoadrianfrancom 1

2 Contenido Introducción Antecedentes Resolver un problema computable Objetivo de la unidad de aprendizaje Temario Forma de evaluación y asistencia Horarios de asesoría y pagina Web de la UA Avisos y actividades Entrega de tareas, ejercicios y practicas Herramientas computacionales Bibliografía Actitudes y valores 2

3 Introducción Una computadora es una máquina capaz de procesar información digital a gran velocidad. Una computadora esta compuesta por un conjunto de componentes electrónicos, mecánicos e interfaces para interactuar con el exterior (usuarios u otros dispositivos) y por un conjunto de programas que determinan que operaciones llevar a cabo. Los datos ordenados (información) que constituyen una entrada (input) a la computadora se procesan mediante una lógica (programa) para producir una salida (output). 3

4 Una computadora es una máquina capaz de procesar información digital a gran velocidad. Computadora (hardware) Entrada Conjunto de programas (software) Salida Una computadora esta formada por un parte física y otra lógica (hardware & software), la primera de estas esta conformada por los elementos físicos que la conforman (dispositivos electrónicos y mecánicos), la parte lógica es aquella que determina que procesos se van a realizar con la información de entrada. 4

5 La persona responsable de indicar a la computadora la lógica de procesamiento recae en el que lleva a cabo la construcción del software (programador). La razón de ser de una computadora es poder resolver problemas capaces de ser modelados y representados en datos coherentes y ordenados (información), apoyándose de su gran velocidad y capacidad de seguir una serie de pasos programados con anterioridad y dependientes de la información que se maneja. Computadora (hardware) Entrada Algoritmo (s) Conjunto de programas (software) Salida 5

6 Algoritmo, es un conjunto ordenado y finito de operaciones que permiten encontrar la solución a un problema. P.g. una receta de cocina, las instrucciones para armar una bicicleta, un mueble, etc. Los primeros algoritmos registrados datan de Babilonia, originados en las matemáticas como un método para resolver un problema usando una secuencia de cálculos más simples. Esta palabra tiene su origen en el nombre de un famoso matemático y erudito árabe del siglo IX, Al- Khorezmi. En el contexto de la computación algoritmo se usa para denominar a la secuencia de pasos a seguir para resolver un problema usando una computadora. Por esta razón, la algoritmia o ciencia de los algoritmos, es uno de los pilares de la computación. 6

7 El análisis de algoritmos es una parte importante de la Teoría de complejidad computacional, que provee estimaciones teóricas para los recursos que necesita cualquier algoritmo que resuelva un problema computacional dado. Estas estimaciones resultan ser bastante útiles en la búsqueda de algoritmos eficientes. Los temas de mayor interés son el análisis teórico de algoritmos lo que permite, calcular su complejidad en un sentido asintótico, así como el análisis de problemas comunes que requieren una cantidad de procesamiento alta de los datos para poder ser resueltos con exactitud o aproximación a la respuesta optima. 7

8 Antecedentes Programación estructurada y/o orientada a objetos Estructuras de datos Conocimiento de teoría de conjuntos y lógica Matemáticas discretas y grafos Conocimiento del sistema binario y hexadecimal Manejo de sistemas operativos y manejo de su consola o terminal. Capacidades de diseño e implementación de solución a problemas 8

9 Resolver un problema computable Para resolver un problema computable primeramente este debe de quedar claro para el programador. Posteriormente es necesario abstraerlo según el paradigma de programación a una solución clara. Para finalmente implementar la solución en un lenguaje que soporte el paradigma empleado. Análisis de algoritmos Análisis y entendimiento del problema Diseño de la solución Implementación del la solución Abstracción del problema al paradigma de programación a emplear 9

10 Objetivo de la unidad de aprendizaje Evaluar e implementar la solución a problemas algorítmicos, con base en las técnicas de análisis y estrategias de diseño. 10

11 Temario Unidad I. Técnicas de análisis Unidad II. Estrategias de diseño Unidad III. Completitud NP 11

12 1. Técnicas de análisis 1. El rol de los algoritmos en la Computación 2. Notación asintótica 1. Notación Theta 2. Notación O mayúscula 3. Notación Omega 4. Notación o minúscula 3. Ecuaciones de recurrencia 1. Método de sustitución 2. Método de iteraciones 3. Método maestro 4. Análisis probabilístico y algoritmos aleatorizados 12

13 2. Estrategias de diseño 1. Divide y vencerás 1. Multiplicación entera 2. Ordenamiento por mezcla 3. La Transformada rápida de Fourier 2. Programación dinámica 1. Elementos de programación dinámica 2. Multiplicación de una secuencia de matrices 3. Cálculo de la sub-secuencia común más larga 4. El problema de la mochila entera 3. Algoritmos ávidos 1. Elementos de la estrategia ávida 2. El problema de selección de actividades 3. Códigos de Huffman 4. El problema de la mochila faccionaria 4. Algoritmos de empate de cadenas 1. Algoritmo ingenuo 2. Algoritmo con Autómata Finito 3. Algoritmo de Knuth-Morris-Pratt 13

14 3. Completitud NP 1. Tiempo polinomial 1. Problemas abstractos 2. Codificaciones 3. Definición a través de un lenguaje formal 2. Verificación de tiempo polinomial 1. Ciclos hamiltonianos 2. Algoritmos de verificación 3. La clase de complejidad NP 3. Completitud NP y reductibilidad 1. Problemas de decisión y problemas de optimización 2. Reductibilidad 3. Completitud NP 4. Pruebas de completitud NP 1. Problemas NP completos 2. Problemas sobre grafos 5. Algoritmos de aproximación 1. Cotas de rendimiento de algoritmos de aproximación 2. Algoritmo de aproximación para el problema de la cubierta de vértices 3. Algoritmo de aproximación 14

15 Forma de evaluación Trabajos de clase y de tarea 30 % Ejercicios (Resolución de problemas, programas, simulaciones, mapa conceptual, cuadro sinóptico, nube de palabras, línea del tiempo, infografía, mural interactivo, etc.)* 40 % Practicas ** 30 % Exámenes (Escritos y/o prácticos)* *Individuales **En equipo Hasta 30% Extra Final Exposiciones Aportes personales: Digitalización de apuntes, ejercicios y documentos de interés. *Material de estudio y didáctico. Participación en clase Aportaciones digitales (Videos, Wikis, Blogs, Podcast, Web, Simulaciones graficas) 15

16 Asistencias Las inasistencias injustificadas a clases equivalen a no aprovechar tu educación, estamos en nivel licenciatura no existe la necesidad de justificar tus inasistencias, pero si hay una actividad o practica a evaluar en clase y no te encuentras no habrá otra fecha para recuperar la actividad. Participaciones en clase Cada participación fomenta tu aprendizaje y el de tus compañeros participa. Extraordinario (Practicas totales) Para tener posibilidad de aprobar o mejorar calificación en extraordinario, por experiencia puedo asegurar que solo lo logra quién tienen una calificación final mayor a 4.5 durante el curso. Extraordinario (Presentación de la totalidad de las practicas de manera individual, evaluación escrita y practica ) Tareas, ejercicios y practicas que hayan sido copiadas no se consideraran en su totalidad y al que haya permitido que su trabajo fuera copiada se le penalizará en su calificación. 16

17 Estructuras de datos Presentación de la unidad de aprendizaje Horarios de asesoría y página Web de la UA Horarios de Asesoría Miércoles de 13:30-15:00 hrs. Viernes de 12:00-13:30 hrs. Ubicación Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación (Edificio de laboratorios, 1er. piso, ala derecha *Al final del lado derecho arriba de la biblioteca) Pagina Web 17

18 Avisos y actividades Cualquier tipo de aviso y actividades planeadas durante el semestre serán notificadas en la página Web del curso, vía Contacto por [email protected] 18

19 Entrega de tareas, ejercicios y prácticas La entrega de las tareas, ejercicios y practicas se realizará a través de la página: 19

20 Grupo y contraseña Grupo 3CM1 3CM3 Contraseña analisis3cm1 analisis3cm3 Escribir y almacenar las claves de confirmación, para aclaraciones a con respecto a la evaluación. 20

21 Ejercicios y tareas Personales. Tareas copiadas de otros serán anuladas. La fecha de entrega se acordará al momento de su asignación. Portada con fotografía del alumno Encabezado en cada pagina con el nombre del alumno, materia, grupo, nombre del trabajo y número de página. Bibliografía en formato IEEE. 21

22 Tareas y ejercicios en formatos PDF, DOC & DOCX u otro si así se indica en su asignación. Si se incluyen códigos fuente, incluir las instrucciones de compilación y capturas de pantalla de muestra del funcionamiento. En el caso de tareas y ejercicios con varios archivos comprimirlos en un único archivo en formato ZIP, RAR, TAR, JAR o GZIP, sin contraseña. Códigos, scripts, gráficos, archivos auxiliares Documentados (Nombre del alumno, versión, sinopsis del archivo) En el caso de código el nombre de las variables deberá ser adecuado y entendible (En español) Documentación de funciones y partes importantes de los códigos según el objetivo del programa y la teoría vista en clase. 22

23 Practicas Equipos de 2 a 3 integrantes. Las práctica se plantean en clases y se entregan una sesión de laboratorio acordada, la fecha de entrega del reporte vía Web se dará una vez entregada la práctica. Los programas siempre deberán de estar documentados antes de entregar la práctica. Practicas copiadas de otros equipos o grupos serán anuladas. La calificación de la sesión de laboratorio es promediada con la del reporte, si el reporte no cumple con lo establecido o es deficiente esta disminuirá. 23

24 Formato de los reportes de practica Portada (*Fotografía del equipo) Introducción Planteamiento del problema Diseño y funcionamiento de la solución (Descripción de la abstracción del problema y su solución, apoyándose de diagramas y figuras en un lenguaje claro) Implementación de la solución (Según la solución diseñada como se implemento en el lenguaje de programación) Funcionamiento (Resumen de verificación de la solución, pruebas y resultados de salida *Pantallazos *Tablas *Graficos) Errores detectados (Si existe algún error detectado, el cuál no fue posible resolver o se desconoce el motivo y solo ocurre con ciertas condiciones es necesario describirlo) Posibles mejoras (Describir posibles disminuciones de código en la implementación o otras posibles soluciones) Conclusiones (Por cada integrante del equipo) Anexo (Códigos fuente *con colores e instrucciones de compilación) Bibliografía (En formato IEEE) 24

25 Qué se envía por la página Web en una práctica? En un solo archivo (ZIP, RAR, TAR, JAR o GZIP) Archivo de observaciones* Reporte (DOC, DOCX o PDF) Códigos fuente (.C,.H, etc.) Código documentado: Titulo, descripción, fecha, versión, autor. (Funciones y Algoritmos: Qué hace?, Cómo lo hace?, Qué recibe?, Qué devuelve?, Causa de errores?). OBSERVACIONES *NO enviar ejecutables o archivos innecesarios, las instrucciones de compilación van en el anexo del reporte. (Enviar los archivos necesarios para la generación de ejecutables) 25

26 Herramientas computacionales Lenguaje C estandarizado (ANSI C) No depender de la versión del compilador No depender del sistema operativo Lenguajes interpretados (Python, Perl) Utilizar estructuras de datos ya implementadas Programación Visual (Visual C#) Aumentar la usabilidad Se usará Windows & LINUX según se requiera 26

27 Bibliografía Baase, S. Van Gelder, A. (2001). Algoritmos Computacionales (3ª Ed.).México: Editorial Pearson. ISBN-13: Brassard, G. (1997). Fundamentos de Algoritmia. España: Prentice Hall. ISBN: X. Cormen, T. Leiserson, Ch. Rivest R. (2003). Introduction to algorithms (2nd. Ed.) Estados Unidos de América: MIT press. ISBN-13: Harel, D. (2004). Algorithmics: The spirit of Computing (3rd. Ed). Estados Unidos de América: Addison Wesley. ISBN-13: Oram A. (2007). Beautiful Code: Leading Programmers Explain How They Think. Estados Unidos de América: Ed. O'Reilly. ISBN-13:

28 Actitudes y valores Mis valores éticos fundamentales Responsabilidad Habilidad para responder a nuestros actos, ideales, compromisos, conocimientos, valores éticos, a la familia, al mundo en el que vivimos y a la sociedad. Como ser responsable? Disciplina, trabajo, esfuerzo, paciencia. Respeto Reconocer que todo tiene un valor (persona, ser vivo, idea, opinión, etc.) y aunque para mi una cosa no tenga el mismo valor que para el resto, todos mis actos nunca deben de afectar a lo que los demás valoran. Como ser respetoso? Tolerancia, Empatía, Humildad. Honestidad Consiste en comportarse y expresarse con coherencia y sinceridad (decir la verdad), y de acuerdo con los valores éticos propios. Como ser honesto? Arraiga valores y principios éticos y morales, conócete a ti mismo. 28

29 Actitudes de una persona feliz Amable Amoroso (Con las personas que te rodean y con las actividades que realices) Optimista Tolerante Cortes Que necesito para lograr mis objetivos Salud Esfuerzo Dedicación Trabajo Propósito de vida Cuales deberían ser los principales objetivos de un buen profesionista Siempre anteponer mi ética antes de actuar Aprender en todo momento Ayudar en todo momento a quien lo necesite Compartir el conocimiento Tener un propósito de vida es importante, este nace del interior de la gratitud y la inconformidad. Si no eres feliz no encuentras el propósito en la vida. (Se feliz bajo cualquier circunstancia) No seas apático a esto elige mejorar cada día como persona, nunca pases por encima de los demás para alcanzar tus metas. Desempeñar mi trabajo con gusto por ello y siempre de la mejor manera posible sin condicionarlo a una ganancia económica. (Todo viene por añadidura no seas ambicioso) Ser feliz (Es una decisión no es el resultado de un evento) Gusto y pasión por lo que se desempeña y vive Qué te gustaba de niño? 29