Análisis del problema
Cuando un usuario plantea a un programador un problema que resolver mediante su ordenador ordenador,, por lo general ese usuario tendrá conocimientos más o menos amplios sobre el dominio del problema, pero no es habitual que tenga conocimientos de informática informática.. Por ejemplo, un contable que necesita un programa para llevar la contabilidad de una u na empresa será un experto en contabilidad (dominio del problema), pero no tiene t iene por qué ser experto en programación programación.. Del mismo modo, el informático que va a resolver un determinado problema puede ser un experto programador, pero en principio no tiene por qué conocer el dominio del d el problema; siguiendo el ejemplo anterior, el informático que hace un programa no tiene por qué ser un experto en contabilidad. Por ello, al abordar un problema que se quiere resolver mediante un ordenador, el programador necesita de la experiencia del experto del dominio para entender el problema. Al final, si se quiere llegar a una solución satisfactoria es necesario que:
El problema esté bien definido con el máximo detalle Las especificaciones especificaciones de las entradas y salidas del problema, deben ser descritas también en detalle: ¿Qué datos son necesarios para resolver el problema? ¿Qué información debe proporcionar la resolución del problema o
o
Representación de algoritmos: gráfica y pseudocódigo.
1 Descripción Narrada Este algoritmo es caracterizado porque sigue un proceso de ejecución común y lógico, describiendo textualmente paso a paso cada una de las actividades a realizar dentro de una actividad determinada. Ejemplo 1 Algoritmo para asistir a clases: 1. Levantarse 2. Bañarse 3. Vestirse 4. Desayunar 5. Cepillarse los dientes 6. Salir de casa 7. Tomar el autobús 8. Llegar al ITCA 9. Buscar el aula 10. Ubicarse en un asiento 2.Descripción en Pseudocódigo Pseudo = falso. El pseudo código no es realmente un código sino una imitación y una versión abreviada de instrucciones reales para las computadoras. Es una técnica para diseño de programas que permite definir las estructuras de datos, las operaciones que se aplicarán a los datos y la lógica que tendrá el programa de computadora para solucionar un determinado problema. Utiliza un pseudolenguaje muy parecido a nuestro idioma, pero que respeta las directrices y los elementos de los lenguajes de programación. Se concibió para superar las dos principales desventajas de los flujogramas: lento de crear y difícil de modificar sin un nuevo redibujo.
2.2 Representación de algoritmos: gráfica y pseudocódigo. Las herramientas de programación utilizadas como lenguajes algorítmicos son: Pseudocódigo: es un lenguaje algorítmico, muy parecido al español pero más conciso que permite la redacción rápida del algoritmo. Diagramas de flujo: ha sido la herramienta de programación por excelencia, y aún hoy sigue siendo muy utilizada. Es fácil de diseñar pues el flujo lógico del algoritmo se muestra en un diagrama en lugar de palabras.
Pseudocódigo
Es un lenguaje de pseudoprogramación, muy parecido a un lenguaje de programación. El pseudocódigo es muy fácil de utilizar, ya que es muy similar al español. Algunas palabras utilizadas en el pseudocódigo: – Inicio – Fin – Leer – Escribir – Asignar (x
y+z)
←
Ejemplo Programa Calculo Área Rectángulo 1. Inicio 2. Leer; base, altura 3. Área 4.
←
base x altura
Escribir; base, altura, área
5. Fin Para desarrolar un pseudocodigo se necesita saber los tipos de datos que se deben tener : entero: Subconjunto finito de los números enteros, cuyo rango dependerá del lenguaje en el que posteriormente codifiquemos el algoritmo y del ordenador. El rango depende de cuantos bits utilice para codificar el numero, normalmente 2 byes.Para numeros positivos, con 16 se pueden almacenar 216
real: Subconjunto de los números reales limitado no sólo en cuanto al tamaño, sino también en cuanto a la precisión Lógico: Conjunto formado por los valores Cierto y Falso. ‘1’ y ‘0’. Carácter: Conjunto finito y ordenado de los caracteres que el Ordenador Diagramas
Un diagrama de flujo utiliza símbolos estándar en el que cada paso del algoritmo se visualiza dentro del símbolo y en el orden en que estos pasos se ejecutan, se indica conectándolos con flechas llamadas líneas de flujo, ya que indican el flujo lógico del algoritmo. El diagrama de flujo es la representación gráfica del algoritmo o proceso. Se utiliza en disciplinas como la programación, la economía, los procesos industriales y la psicología cognitiva. Estos diagramas utilizan símbolos con significados bien definidos que representan los pasos del algoritmo, y representan el flujo de ejecución mediante flechas que conectan los puntos de inicio y de fin de proceso.
DISEÑO DE ALGORITMOS APLICADOS A PROBLEMAS.
Para llegar a la realización de un programa es necesario el diseño previo de 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 lo 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. Dada la importancia del algoritmo en la ciencia de la computación, un aspecto muy importante será el diseño de algoritmos. El diseño de la mayoría de los algoritmos requiere creatividad conocimientos profundos de la técnica de la programación. Técnicas de diseño de algoritmos
Algoritmos voraces (greedy): seleccionan los elementos más prometedores del conjunto de candidatos hasta encontrar una solución. En la mayoría de los casos la solución no es óptima. Algoritmos paralelos: permiten la división de un problema en subproblemas de forma que se puedan ejecutar de forma simultánea en varios procesadores. Algoritmos probabilísticos: algunos de los pasos de este tipo de algoritmos están en función de valores pseudoaleatorios. Algoritmos determinísticos: el comportamiento del algoritmo es lineal: cada paso del algoritmo tiene únicamente un paso sucesor y otro antecesor. Algoritmos no determinísticos: el comportamiento del algoritmo tiene forma de árbol y a cada paso del algoritmo puede bifurcarse a cualquier número de pasos inmediatamente posteriores, además todas las ramas se ejecutan simultáneamente. Divide y vencerás: dividen el problema en subconjuntos disjuntos obteniendo una solución de cada uno de ellos para después unirlas, logrando así la solución al problema completo. Metaheurísticas: encuentran soluciones aproximadas (no óptimas) a problemas basándose en un conocimiento anterior (a veces llamado experiencia) de los mismos. Programación dinámica: intenta resolver problemas disminuyendo su coste computacional aumentando el coste espacial.
Ramificación y acotación: se basa en la construcción de las soluciones al problema mediante un árbol implícito que se recorre de forma controlada encontrando las mejores soluciones. Vuelta atrás (backtracking): se construye el espacio de soluciones del problema en un árbol que se examina completamente, almacenando las soluciones menos costosas.
2.3 Diseño de algoritmos aplicados a problemas Los algoritmos son independientes tanto del lenguaje de programación en que se expresan como de la computadora que lo ejecuta. En cada problema el algoritmo se puede expresar en un lenguaje diferente de programación y ejecutarse en unacomputadora distinta; sin embargo, el algoritmo será siempre el mismo. Dada la importancia del algoritmo en la ciencia de la computación, un aspecto muy importante será el diseño de algoritmos. El diseño de la mayoría de los algoritmos requiere creatividad y conocimientos profundos de la técnica de la programación. Técnicas de diseño de algoritmos
Algoritmos voraces (greedy): seleccionan los elementos más prometedores del conjunto de candidatos hasta encontrar una solución. En la mayoría de los casos la solución no es óptima. Algoritmos paralelos: permiten la división de un problema en sub problemas de forma que se puedan ejecutar de forma simultánea en varios procesadores. Algoritmos probabilísticos: algunos de los pasos de este tipo de algoritmos están en función de valores pseudoaleatorios. Algoritmos no determinanticos: el comportamiento del algoritmo tiene forma de árbol y a cada paso del algoritmo puede bifurcarse a cualquier número de pasos inmediatamente posteriores, además todas las ramas se ejecutan simultáneamente. Divide y vencerás: dividen el problema en subconjuntos disjuntos
obteniendo una solución de cada uno de ellos para después unirlas, logrando así la solución al problema completo. Programación dinámica: intenta resolver problemas disminuyendo su coste computacional aumentando el coste espacial. Ramificación y acotación: se basa en la construcción de las soluciones al problema mediante un árbol implícito que se recorre de forma controlada encontrando las mejores soluciones. Vuelta atrás (backtracking): se construye el espacio de soluciones del problema en un árbol que se examina completamente, almacenando las soluciones menos costosas.
Características de algoritmo La resolución de un problema exige el diseño de un algoritmo que resuelva el problema, como lo muestra la siguiente figura:
Pasos para la resolución de un problema 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 adecuado. (Fase de codificación). 3.- Ejecución y validación del programa por la computadora.
Características de los algoritmos Un algoritmo debe:
ser preciso e indicar el orden de realización de cada paso. estar definido. Si se sigue un algoritmo dos veces, se debe obtener el mismo resultado cada vez. ser finito. Si se sigue un algoritmo, se debe terminar en algún momento; o sea, debe tener un número finito de pasos.
Existen dos herramientas utilizadas conceptualmente para diseñar algoritmos: los diagramas de flujo y el pseudocódigo.
Diseño algorítmico de las funciones
En este se explica detalladamente lo que realiza el algoritmo para resolver el problema planteado. en un diseño de algoritmo que sea complejo puede subdividirse en subprogramas para el estudio o la revisión de los pasos que lleven a la solución y sea menos el índice de errores que tenga al momento de la prueba, y a este diseño se le conoce como diseño modular pues es sencillo revisar cada proceso ya antes dividido para su rápida especificación y prueba. un algoritmo cuenta con un inicio y sus subprogramas llamado también diseño modular.
