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Introducción a la Programaciónn (Algoritmia)


Para estudiantes de cualquier campo relacionado con la informática.

En este texto se tratarán varios temas básicos referentes al uso de algoritmos y pseudocódigos. El papel de los programas de computadoras es esencial, sin una lista de instrucciones a seguir, la computadora es virtualmente inútil. Los lenguajes de programación nos permiten escribir esos programas y por consiguiente comunicarnos con las computadoras.
Estos son los temas a tratar en este capítulo:

La Resolución de Problemas utilizando la Computadora:

La resolución de problemas con computadoras se puede dividir en tres fases:
1. Análisis del problema
2. Diseño del algoritmo
3. Resolución del algoritmo en la computadora
El análisis y el diseño del algoritmo requieren la descripción del problema en sus problemas a base de refinamiento y herramientas de programación:
Diagrama de flujo
Pseudocódigo
Durante la tercera etapa se implementa este algoritmo en un código escrito en un lenguaje de programación, reflejando las ideas obtenidas en las fases de análisis y diseño.

Antes de conocer las tareas a realizar en cada fase, definiremos el concepto y significado de la palabra algoritmo
¿Qué es un Algoritmo?

Se deriva de la traducción al latín de la palabra árabe Alkhowarismi, nombre de un matemático y astrónomo árabe que escribió un tratado sobre 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 del Algoritmo:
  • preciso, tiene que indicar el orden de realización en cada paso.
  • definido, es decir, si el algoritmo se prueba dos veces, en estas dos pruebas, se debe obtener el mismo resultado.
  • finito, es decir, que el algoritmo tiene que tener un número determinado de pasos.
  • Debe producir un resultado en un tiempo finito.

Ejemplos de algoritmos son: Ver una película
  • Buscar el videocasete de la película
  • SI el televisor y la video se encuentran apagados, encenderlos
  • Sacar el video del estuche
  • Introducirlo en la videocasetera
  • Tomar el control del televisor y la video
  • Dirigirme a el sofá
  • Ponerme cómodo
  • Disfrutar la película
Los algoritmos se pueden expresar por fórmulas, diagramas de flujo, y pseudocódigos conocidos como herramientas de programación. Está última representación es la más utilizada por su sencillez y parecido a el lenguaje humano.
v Fases para la Resolución de Problemas:
En esta sección describiré brevemente las fases o pasos a seguir para la resolución de problemas con ayuda de la computadora.
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 se precisan especificaciones de entrada y salida.
  • Para poder definir bien un problema es conveniente responder a las siguientes preguntas: ¿Qué entradas se requieren? (cantidad y tipo)
    ¿Cuál es la salida deseada? (cantidad y tipo)
    ¿Qué método produce la salida deseada?
En la fase de análisis en el proceso de programación se determina que hace el programa. En la fase de diseño se determina como hace el programa la tarea solicitada.


Los métodos utilizados para el proceso del diseño se basan en el conocido divide y vencerás. Es decir la resolución de un problema complejo se realiza dividiendo el problema en su problemas y a continuación dividir estos su problemas en otros de nivel mas bajo, hasta que sea implementada una solución en la computadora. Este método se conoce técnicamente como diseño descendente (top-down) o modular.
Cada programa bien diseñado consta de un programa principal (el módulo de nivel mas alto) que llama a subprogramas (módulos) de nivel mas bajo, que a su vez pueden llamar a otros subprogramas.
Los módulos pueden ser planeados, codificados, comprobados y depurados independientemente y a continuación combinarlos entre sí. Este proceso implica la ejecución de estos pasos hasta que el programa se ha terminado:
  • Programar un módulo
  • comprobar el módulo
  • Si es necesario, depurar el módulo
  • Combinar el módulo, con el resto de los otros módulos
El diseño del algoritmo es independiente del lenguaje de programación en el que se vaya a codificar posteriormente.
Para implementar un algoritmo en la computadora, se debe ejecutar los siguientes pasos :
  • Codificación
  • Compilación y ejecución
  • Verificación
  • Depuración
  • Documentación
Codificación:
Es la escritura en un lenguaje de programación de la representación de un algoritmo. Dado que el diseño del algoritmo es independiente del lenguaje de programación utilizado en su implementación, el código puede ser escrito con igual facilidad en un lenguaje o en otro.
Compilación y ejecución:
Una vez que el algoritmo se ha convertido en un programa fuente, es preciso introducirlo en memoria mediante el teclado y almacenar lo posteriormente en un disco. Esta operación se realiza con un editor de texto, posteriormente el programa fuente se convierte en un archivo de programa que se guarda en un disco.
El programa fuente debe ser traducido a lenguaje máquina. Este proceso se realiza con el compilador y el sistema operativo que se encarga prácticamente de la compilación. Si al compilar el programa fuente se presentan errores (errores de compilación), es necesario volver a editar el programa, corregir los errores y compilar de nuevo. Esto se repite hasta que ya no se presenten más errores, obteniéndose el programa objeto, el cual todavía no es ejecutable directamente.
Al ya no existir errores en el programa fuente se debe instruir al sistema operativo para que efectué la fase de montaje o enlace, del programa fuente con las librerías del programa del compilador. Este proceso desmontaje produce un programa ejecutable.
Un programa ejecutable este se puede ya ejecutar desde el sistema operativo con solo teclear su nombre.
Suponiendo que no existen errores durante la ejecución (errores en tiempo de ejecución), se obtendrá la salida de resultados correctos del programa.
Verificación y depuración: Es el proceso de ejecución del programa con una amplia variedad de datos de entrada, llamados datos de test o prueba como son: valores normales de entrada, valores extremos de entrada que comprueben los límites del programa y valores de entrada que comprueben aspectos especiales del programa. Estos determinarán si el programa contiene errores o no.
Al ejecutar un programa se pueden producir tres tipos de errores:
  • Errores de Compilación: Se producen normalmente por un uso incorrecto de las reglas del lenguaje de programación, suelen ser errores de sintaxis
  • Errores de Ejecución: Se producen por instrucciones que la computadora puede comprender pero no ejecutar. En estos casos se detiene la ejecución del programa y se imprime un mensaje de error. Ejemplo de esto puede ser una división por cero
  • Errores Lógicos: Se producen en la lógica del programa y la fuente del error suele ser el diseño del algoritmo, son mas difíciles de detectar puesto que el programa puede funcionar y no producir errores de compilación ni de ejecución pero regresará resultados incorrectos. En este caso se debe regresar a la fase de diseño, modificar el algoritmo, cambiar el programa fuente y compilar y depurar una vez más.
Documentación:
La importancia de la documentación debe ser destacada por su influencia en la etapa final, ya que programas pobremente documentados son difíciles de leer, mas difíciles de depurar y casi imposibles de mantener y modificar.
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 usuarios 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. Estos cambios se denominan mantenimiento del programa.
Además es de buena costumbre para todo buen programador, dejar comentado su código, esto es para que el futuro programador pueda darle mantenimiento fácilmente a el programa, o incluso, si es el mismo creador quien debe darle mantenimiento.
Como Ya Se Menciono En La Parte Anterior Las Herramientas de Programación más Utilizadas Comúnmente para Diseñar Algoritmos son:

Pseudocódigos
Diagramas De Flujo
Siendo el pseudocódigo el más popular por su sencillez y su parecido al lenguaje humano.
Tipos de Datos:

Los diferentes objetos de información con los que un programa trabaja se denominan datos.
Todos los datos tienen un tipo asociados con ellos que nos servirá para poder conocer con que información trabajaremos. Es decir, cuando ingresemos el sueldo de un trabajador necesitamos que este contenga decimales, o al solicitar la edad de una persona está tiene que estar con números enteros, etc... Además la suma entre caracteres no tiene sentido.
La asignación de tipos a los datos tiene dos objetivos principales:
  • Detectar errores de operaciones aritméticas en los programas
  • Determinar cómo ejecutar las operaciones
Tipos de Datos Comunes:
Estos son los tipos de datos más utilizados en los lenguajes de programación:
  1. Numéricos
  2. Caracteres
  3. Lógicos
Tipos Numéricos
Dentro de estos tipos se puede hacer mención de los tipos enteros, reales o de coma flotante, y de los exponenciales.
Tipos Carácter
Los tipos carácter se dividen también en caracteres ASCII, como por ejemplo: a A & * , etc... El otro grupo de caracteres son los strings o cadenas de caracteres, como por ejemplo: "Hola Mundo".
Tipos LógicosLos tipos lógicos solamente pueden tomar los valores verdadero o falso.
En esta sección conoceremos los otros objetos que se utilizan en los programas, las variables y las constantes; además conoceremostambién lo que es un identificador y para que se utiliza.
Identificadores:
Representan los nombres de los objetos de un programa(constantes, variables, tipos de datos, procedimientos, funciones, etc.). Es una secuencia de caracteres que puede ser de cualquier longitud, aunque tiene ciertas reglas que hay que seguir, las cuales son:
  • Debe comenzar con una letra o "_" y no puede contener espacios en blanco.
  • Letras, dígitos y caracteres subrayados ("_") están permitidos después del primer carácter.
En síntesis un identificador es un método para nombrar a las celdas de memoria en la computadora, en lugar de memorizarnos una dirección de memoria.
Se utilizan para nombrar variables, constantes, procedimientos y funciones.
Constantes:
Las constantes son valores que no pueden cambiar en la ejecución del programa. Recibe un valor en el momento de la compilación del programa y este no puede ser modificado.

Variables:
Las variables son valores que se pueden modificar durante la ejecución de un programa. Al contrario de las constantes estos reciben un valor, pero este valor puede ser modificado durante la ejecución o la compilación del programa.
Sentencia de Asignación:
Se utiliza para asignar o almacenar valores a variables o constantes. Es una operación que sitúa un valor determinado en una posición de memoria. Se demuestra en pseudocódigo con el símbolo <- (Una flecha apuntando hacia el identificador, donde se desea guardar el valor.).Variable <- expresión El tipo de expresión debe ser del mismo tipo que el de la variable, en caso contrario en la fase de compilación se produciría un error de tipos. Aunque a la fecha existen lenguajes de programación con una potente herramienta para la conversión de datos (tal es el caso de Visual Basic), no es recomendable asignar valores de un tipo diferente a variables de otro tipo.
Reglas de Asignación:
  1. Una variable en el lado derecho de una sentencia de asignación debe tener un valor antes de que la sentencia de asignación se ejecute. Hasta que un programa le da un valor a una variable, esa variable no tiene valor. Por ejemplo: Sí x no tiene un valor antes de ejecutar y <- x+1, se producirá un error lógico.
  2. En la izquierda de una sentencia de asignación solo pueden existir variables. Por consiguiente no es válido lo siguiente: Valor_Neto - Tasas <- 34015.
Además hay que recordar que la operación de asignaciónes una operación destructiva debido a que el valor almacenado en una variable se pierde o se destruye y se sustituye por el nuevo valor en la sentencia de asignación.
Operadores utilizados en Programación:
En todos los lenguajes de programación se utilizan operadores para efectuar operaciones aritméticas. Combinando las variables y constantes en expresiones aritméticas por medio de funciones adecuadas.
Una expresión es un conjunto de datos o funciones unidos por operadores aritméticos, los cuales se muestran en la siguiente tabla:
Operadores aritméticos:
+ Suma
- Resta
* Multiplicación
/ División
^ Exponenciación
Mod Módulo
Operadores relacionales:En ocasiones en los programas se necesitan realizar comparaciones entre distintos valores, esto se realiza utilizando los operadores relaciones, los cuales se listan a continuación:
<> Mayor que
<= Menor o igual que
>= Mayor o igual que
= Igual a
<> Distinto a, diferente de
Operadores Lógicos: Pueden tomar dos valores verdadero y falso.
Precedencia de Operadores:
Cuando una expresión aritmética se evalúa, el resultado es un número. Ahora bien, cuando aparecen dos o más expresiones aritméticas, qué operaciones se realizan primero?

Una expresión aritmética en programación tiene una sintaxis de la forma:x2+1/2
Hay que observar que esta expresión es totalmente diferente a esta otra (x2+1)/2, por lo que es importante codificar las expresiones aritméticas correctamente.
Para realizar esto se deberán conocer las reglas de evaluación de los operadores, que se estudian a continuación
Reglas de Evaluación:
  • Todas las subexpresiones entre paréntesis se evalúan primero. Las subexpresiones entre paréntesis anidados se evalúan de adentro hacia afuera, es decir, que el paréntesis mas interno se evalúa primero.
  • Prioridad de Operaciones: Dentro de una misma expresión o subexpresión, los operadores se evalúan en el siguiente orden:
* ,/ :Multiplicación y división
div,mod:División y Modulo de enteros

+,- :Suma y Resta
  • Los operadores en una misma expresión o subexpresión con igual nivel de prioridad se evalúan de izquierda a derecha
Escritura de Fórmulas:
Las fórmulas matemáticas se deben escribir en formato lineal. Esto obliga al uso frecuente de paréntesis que indiquen el orden de evaluación correcto de las operaciones.
Por ejemplo, si deseamos codificar la fórmula de la ecu. de 2do grado, tendríamos que escribirla así:
Vamos a escribir el dato solo del valor positivo:
(-b+raiz(b*b-4*a*c))/(2*a)
Donde a,b,c son números reales.
Operaciones de Entrada y Salida (I/O) de Datos:
Los datos se pueden almacenar en memoria de tres formas diferentes: asociados con constantes, asignados a una variable con una sentencia de asignación o una sentencia de lectura. Siendo el último el mas indicado si se desea manipular diferentes datos cada vez que se ejecuta el programa. Además la lectura de datos permite asignar valores desde dispositivos hasta archivos externos en memoria, esto se denomina operación de entrada o lectura.
Algunos ejemplos de dispositivos de entrada y salida, son: teclado, monitor, mouse, etc.
A medida que se realizan cálculos en el programa, se necesitan visualizar los resultados. Está se conoce como operación de escritura o salida.
La operación de entrada en pseudocódigo se representa de la siguiente manera:

leer(lista de variables)

Esta operación se representa en pseudocódigo de la siguiente manera:

escribir(lista de variables, “Mensaje")
En la instrucción de salida se pueden incluir además mensajes de texto y variables.
Con lo que hemos visto hasta aquí podemos ya realizar un pequeño ejemplo, el clásico "Hola Mundo", en pseudocódigo.

Algoritmo Ejemplo
escribir ("Hola Mundo")
Fin

Esto imprimirá en pantalla la frase 'Hola Mundo'.
Programación Interactiva:
En la programación interactiva el usuario del programa puede interactuar con el programa e introducir datos mientras se ejecuta el programa.


Al objeto de facilitar esta entrada de datos, la computadora debe indicar al usuario el momento en que debe introducir los datos. Para ello se deben visualizar mensajes interactivos con indicaciones al usuario.
Ejemplo: Suma de dos números ingresados por el usuario:
Algoritmo Suma
Variables numero1,numero2,total
escribir('Introduce el primer número:')
leer(numero1)
escribir('Introduce el segundo número:')l
leer(numero2)
escribir('El total es: ',numero1 + numero2)
Fin
Esto debe visualizar en pantalla lo siguiente:
Introduce el primer número:
89 Intro presionado por el usuario
Introduce el segundo número
1 Intro presionado por el usuario
El total es: 90


FUENTE:

http://ar.geocities.com/luis_pirir/index.html