Diseño de algoritmos.

TEMA 5
Diseño de algoritmos .
Elementos de Programación I
Contenido del Tema
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A
5.1.- Programación Modular y desarrollo de
Programas
5.2.- Diseño de interfaces.
5.3.- Notación algorítmica.
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Elementos de Programación I
Programación Modular
No usar una metodología de diseño conlleva:
• Rigidez e inflexibilidad en los programas
• Pérdida excesiva de tiempo en corrección de errores
• Documentación insuficiente o nula
• Imposibilidad de Reutilización
Diseño descendente.
Normalmente las componentes que van surgiendo son bastante
independientes del algoritmo principal (y unas de otras), en el sentido de
que pueden ser diseñadas sin considerar el contexto en el que van a ser
usadas.
Metodología de Programación
Programación Modular
• Módulo es un algoritmo autocontenido, que puede ser
diseñado independientemente del contexto en el que va a
ser usado.
• Los procedimientos y funciones son los mecanismos más
comunes que ofrecen los lenguajes de programación para
permitir esta modularidad. Algunos lenguajes consiguen un
nivel superior de modularidad, permitiendo agrupar
procedimientos y funciones en entidades mayores.
Metodología de Programación
Programación Modular
Ventajas:
• Simplificación del diseño.
• Programación aislada (encapsulamiento).
• Conocimiento de lo que hace el subprograma, no cómo lo hace
(Abstracción procedimental o de Operaciones).
• Reutilización del módulo en otro contexto.
• Simplificación de la comprensión del algoritmo (mantenimiento).
• Transportabilidad, agrupando las operaciones dependientes de la
máquina en un módulo.
• Trabajo en equipo. Cada programador se encarga de desarrollar un
módulo.
• Compilación separada. No es necesario recompilar todo el programa
sino sólo el módulo que se ha modificado.
Metodología de Programación
Programación Modular
Encapsulamiento:
• Si el método para solucionar una tarea T cambia, cualquier
otra tarea Q no se ve afectada.
T. 1ª implementación
Llamada a T
Q
T. 2ª implementación
• Ejemplo: Cambio del algoritmo de ordenación.
Metodología de Programación
Programación Modular
Especificaciones:
• Conjunto de condiciones que deben cumplirse para que se
ejecute un módulo correctamente.
Q debe saber:
-Lo que hace T.
Llamada a T
Q
-En que condiciones lo
ejecuta.
T
• Ejemplo: Paso del array a ordenar.
Metodología de Programación
Programación Modular
Criterios de Modularización.
• No existe un algoritmo formal para
descomponer un problema en módulos.
• Criterios a seguir:
– Minimizar el acoplamiento (los módulos deben ser
lo más independientes posible).
– Maximizar la cohesión (relación entre las diferentes
partes internas de un módulo).
Metodología de Programación
Programación Modular
Ejemplo:
A lg oritm o d e p roc e s o d e n ó m in as
P roc e s ar N ó m in a
C a lc u lar In g res os
C alc u la r R eten c ió n
A n tes d e Im p u es to s
C alc u lar Im p u e s to
C alc u lar Im p u e s to
A u ton ó m ic o
C alc u lar R e te n c ió n
D es p u é s d e Im p u es tos
C alc u lar Im p u e s to
E s tatal
Metodología de Programación
Diseño de Interfaces
Un programa constará de:
• El programa principal
• Uno o más módulos de biblioteca:
– Una parte de definición pública.
– Una parte de implementación privada.
Metodología de Programación
Diseño de Interfaces
En un módulo se puede declarar:
• Constantes. Se pueden declarar en la parte de:
– Definición. Cualquier Módulo o programa la podrá importar y utilizar.
– Implementación. Local al Módulo. No es importable. (Las constantes
declaradas en la parte de Definición son visibles en la parte de
Implementación).
• Variables. Se pueden declarar en la parte de:
– Definición. Cualquier Módulo o programa la podrá importar y utilizar.
Solo es recomendable en casos fuera del ámbito de la asignatura.
– Implementación. Local al Módulo. No es importable. Actúa como una
variable global dentro del módulo. No es aconsejable. (Las variables
declaradas en la parte de Definición son visibles en la parte de
Implementación como variables globales).
Metodología de Programación
Diseño de Interfaces
En un módulo se puede declarar:
• Procedimientos y Funciones.
– Definición. En esta parte solo se declara la cabecera del algoritmo. Estos
algoritmos podrán ser importados y llamados por cualquier otro módulo o
programa. Se deben especificar todos los parámetros y, en el caso de una
función, el tipo devuelto.
– Implementación. Por cada cabecera declarada en la parte de definición, se
debe escribir el subalgoritmo correspondiente. Su cabecera debe coincidir
en el número y tipo de los parámetros. Además, se pueden declarar otros
algoritmos, pero estos no podrán ser importados por otros módulos ni
programas. (Estos
Estos algoritmos pueden servir para descomponer los
algoritmos exportables).
exportables
Metodología de Programación
Diseño de Interfaces
En un módulo se puede declarar:
• Tipos.
• Definición. Se define el tipo de la misma forma que se ha visto
hasta ahora. Cualquier Módulo puede importarlos y utilizarlos
como si fuesen suyos.
• Implementación. Los tipos declarados en la parte de definición
son visibles en la de implementación, por tanto no se pueden
volver a declarar.
– En un diseño apropiado, por cada tipo definido en un
módulo se definirán también las operaciones que se
pueden realizar con las variables declaradas de ese tipo.
Metodología de Programación
Notación Algorítmica
Módulos.
• Comenzarán con la palabra Módulo seguida del
nombre del módulo.
• Tanto el programa principal como los módulos
podrán importar de otros módulos.
• Parte de Definición. Visible a los algoritmos que
la importen.
• Parte de Implementación. Local al módulo.
Metodología de Programación
Notación Algorítmica
EJEMPLO:
• Programa que calcula el tercer lado de un triángulo.
Tercer Lado
GradosARadines
Conversión
El módulo Tercer Lado (en este caso el programa principal)
utiliza la función GradosARadianes del módulo Conversión
Metodología de Programación
Módulo Coversión
(* Módulo para pasar de grados a radianes y viceversa *)
Definición
FUNC GradosARadianes (↓grados : REAL) : REAL
ángulo en radianes*)
(* Devuelve el
FUNC RadianesAGrados (↓radianes : REAL ) : REAL (* Devuelve el
ángulo en grados *)
Implementación
Constantes
Pi = 3.1416
FUNC GradosARadianes (↓grados : REAL) : REAL (* Devuelve el
ángulo en radianes*)
Inicio
RESULTADO ← grados * Pi / 180.0
Fin
FUNC RadianesAGrados (↓radianes : REAL ) : REAL (* Devuelve el
ángulo en grados *)
Inicio
RESULTADO ← 180.0 * radianes / Pi
Fin
(* Conversión *)
Fin
Algoritmo TercerLado (* Calcula el tercer lado de un triángulo
a partir de los otros dos y del ángulo entre ellos *)
Desde Conversión Importa GradosARadianes
Variables
lado1, lado2, lado3, ánguloGrad, ánguloRad : REAL
Inicio
Escribir (“Introduce la longitud de un lado”)
Leer (lado1)
Escribir (“Introduce la longitud del otro lado”)
Leer (lado2)
Escribir (“Introduce el ángulo (en grados) “)
Leer (ánguloGrad)
ánguloRad ← GradosARadianes (ánguloGrad)
lado3 ← Sqrt ( lado1* lado1 + lado2 * lado2 - 2.0 * lado1 *
lado2 * cos (ánguloRad))
(* cos devuelve el
coseno del ángulo *)
Escribir (“La longitud del tercer lado es “, lado3)
(* TercerLado *)
Fin
Notación Algorítmica
• Ejemplo: Tipo de Datos Complejo.
• Definición: Tipo de datos capaz de guardar la información de
un numero complejo. NumeroComplejo.
• Operaciones:
– Asignación: Toma la parte real y la imaginaria y devuelve un número complejo.
FUNC Asignación(↓r, ↓ i:REAL) : NumeroComplejo
– Real: Toma un número complejo y devuelve su parte real.
FUNC Real(↓c : NumeroComplejo) : REAL
– Imaginaria: Toma un Numero Complejo y devuelve su parte imaginaria.
FUNC Imaginaria(↓c : NumeroComplejo) : REAL
– Suma: Toma dos Números Complejos y devuelve su suma.
FUNC Suma(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo) : NumeroComplejo
– Producto: Toma dos Números Complejos y devuelve su producto.
FUNC Producto(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo): NumeroComplejo
Metodología de Programación
Notación Algorítmica
• En el módulo que lo usa basta con la
Definición del Tipo y de sus Operaciones
para poder trabajar con él. (No necesitamos
saber cómo esta implementado)
Metodología de Programación
Algoritmo SumaComplejos (* Lee y suma dos números complejos *)
Desde Complejos Importa NumeroComplejo, Asignación, Suma, Real,
Imaginaria
Variables
c1, c2, resultado : NumeroComplejo
real, imag : REAL
Inicio
Escribir (“Introduzca la parte real y la imaginaria del
primer número”)
Leer (real, imag)
c1 ← Asignación (real, imag)
Escribir (“Introduzca la parte real y la imaginaria del
segundo número”)
Leer (real, imag)
c2 ← Asignación (real, imag)
resultado ← Suma (c1, c2)
Escribir (“El resultado es: “)
Escribir (Real (resultado), “+“,Imaginaria (Resultado), “i”)
Fin
Algoritmo ArrayComplejos (*Multiplica una array de complejos *)
Desde Complejos Importa NumeroComplejo, Asignación, Producto, Real,
Imaginaria
Constantes
TamañoVector = 1000
Tipos
VectorComplejos = ARRAY [1..TamañoVector] DE NumeroComplejo
Variables
vComplejos: VectorComplejos
resultado : NumeroComplejo
índice : NATURAL
Inicio
Leer_Vector (vComplejos) (* Lee el vector de Complejos *)
resultado ← Asignación (1.0, 0.0)
PARA índice ← 1 HASTA TamañoVector HACER
resultado ← Producto (resultado, vComplejos[índice ])
FINPARA
Escribir (“El resultado es: “)
Escribir (Real (resultado), “+ “, Imaginaria (Resultado), “i”)
Fin
Notación Algorítmica
• Nivel de Implementación.
– Definimos un módulo donde se implementan
sus operaciones.
Metodología de Programación
Módulo Complejos (* Implementación del tipo NumeroComplejo *)
Definición
Tipos
NumeroComplejo = REGISTRO
parte_real, parte_imag : R
FINNREGISTRO
FUNC Producto(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo): NumeroComplejo
FUNC Asignación(↓r, ↓ i:REAL) : NumeroComplejo
(* Toma la parte real y la imaginaria y devuelve un número complejo. *)
FUNC Real(↓c : NumeroComplejo) : REAL
(* Toma un número complejo y devuelve su parte real. *)
FUNC Imaginaria(↓c : NumeroComplejo) : REAL
(* Toma un Numero Complejo y devuelve su parte imaginaria.*)
FUNC Suma(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo) : NumeroComplejo
(* Toma dos Números Complejos y devuelve su suma *)
FUNC Producto(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo): NumeroComplejo
(* Toma dos Números Complejos y devuelve su producto. *)
Implementación
FUNC Asignación(↓ r, ↓ i:REAL) : NumeroComplejo
Variables
c : NumeroComplejo
Inicio
c.parte_real := r
c.parte_imag := i
RESULTADO ← c
Fin
FUNC Real(↓ c : NumeroComplejo): REAL (* Toma un número complejo y devuelve su parte real. *)
Inicio
RESULTADO ← c.parte_real
Fin
FUNC Imaginaria(↓c : NumeroComplejo) : REAL (* Toma un número complejo y devuelve su
parte imaginaria. *)
Inicio
RESULTADO ← c.parte_imag
Fin
FUNC Suma(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo) : NumeroComplejo (* Toma dos Números
Complejos y devuelve su suma *)
Variables
res : NumeroComplejo
Inicio
res.parte_real ← c1.parte_real + c2.parte_real
res.parte_imag ← c1.parte_imag + c2.parte_imag
RESULTADO ← res
Fin
FUNC Producto(↓c1, ↓c2 : NumeroComplejo): NumeroComplejo (* Toma dos Números
Complejos y devuelve su producto. *)
Variables
res : NumeroComplejo
Inicio
res.parte_real ← c1.parte_real * c2.parte_real c1.parte_imag * c2.parte_imag
res.parte_imag ← c1.parte_real * c2.parte_imag +
c1.parte_imag * c2.parte_real
RESULTADO ← res
Fin
Fin (* Módulo Complejos *)
Notación Algorítmica
• La implementación se separa de la utilización.
• La implementación del tipo se puede hacer de
muchas formas:
– NumeroComplejo = ARRAY [1..2 ] DE REAL
– NumeroComplejo = REGISTRO
Módulo, Argumento : REAL
FINREGISTRO
• Un cambio en la implementación no debe suponer
cambios en la utilización.
Metodología de Programación
Notación Algorítmica
• Ejercicio:
Ejercicio Realizar la implementación de
NumeroComplejo como un registro donde
se guarda módulo y argumento. El
algoritmo de multiplicación del vector de
complejos será más eficiente sin haber sido
modificado
Metodología de Programación
Bibliografía
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. C. Galán.
Paraninfo. 1987
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Wirth N Ed. Ed del Castillo.
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. N. Dale & S. Lilly.
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McGraw-Hill. 1992
Hellman,
Veroff.. Ed. Benjamin/Cummings Series. 1988.
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Metodología de Programación