Základy algoritmizace a programování

Transkript

1 Základy algoritmizace a programování Přednáška 1 Olga Majlingová Katedra matematiky, ČVUT v Praze 21. září 2009

2 Obsah Úvodní informace 1 Úvodní informace 2 3 4

3 Organizace předmětu Přednášky Základní konstrukce C Numerické algoritmy Některé konstrukce MATLABu Cvičení Navazují na přednášky.

4 Klasifikovaný zápočet Podmínky udělení zápočtu: hodnocení E : První test hodnocení D,C : + Druhý test hodnocení B,A : + Semestrální práce

7 Doporučená literatura web: zapg Resumé přednášek, informace k předmětu, aktuální informace... Herout, P.:Učebnice jazyka C Kernighan, B.W., Ritchie, D.M. Programovací jazyk C

8 Cíle předmětu být schopen číst a psát jednoduché programy v C rozumět základním konstrukcím jayzka C a umět je použít být schopen použít MATLAB pro řešení jednoduchých úloh

9 Algoritmus Úvodní informace Tvoříme-li program, musíme nejprve sami znát podrobný postup neboli algoritmus řešení úlohy. Algoritmus chápeme jako přesný popis výpočtového procesu, který vede od měnitelných výchozích údajů k požadovanému výsledku. Algoritmus má formu posloupnosti jednoduchých pravidel - elementárních kroků (operací). Kroky algoritmu musí být tak podrobné, aby byly srozumitelné tomu, kdo má podle algoritmu postupovat.

10 Algoritmizace a programování Program pro počítač musí splňovat všechny znaky algoritmu. K zápisu programu se používá programovací jazyk. Přípravu programu obvykle dělíme na dvě etapy: Algoritmizace V průběhu analýzy úlohy nebo po jejím ukončení sestavíme algoritmus řešení, který můžeme znázornit např. graficky, např. ve formě vývojového diagramu. Programování Podle zápisu algoritmu sestavíme program v programovacím jazyku.

11 Algoritmizace Při algoritmizaci pro počítač členíme postup řešení úlohy na tak podrobné kroky (operace), aby šly jednoduše vyjádřit programovacím jazykem. Při řešení numerických úloh jde o operace: výpočet hodnoty aritmetického výrazu, kde se smí vyskytovat operace sčítání, odčítání, násobení, dělení a výpočty hodnot elementárních funkcí (sin x, log x, x n, a x ) srovnání dvou hodnot podle velikosti, tj. rozhodnutí o pravdivosti relací rovno, nerovno, větší, menší určení pravdivostní hodnoty logického výrazu, k jehož sestavení bylo užito logických spojek konjunkce, disjunkce, negace přiřazení hodnoty proměnné

12 Proměnné a konstanty Konstanty: hodnoty, které se v průběhu výpočtu nemění. Např. čísla... 1, 1.2, nebo pojmenované konstanty (π) Proměnné:pamět ová místa, označená jménem proměnné (identifikátorem) jednoduché: kam se vejde jedna hodnota. v: složené: kam se vejde několik hodnot. p:

13 Příklad algoritmizace Úloha: Určit, zda přirozené číslo N je prvočíslo. Vstupní data: číslo N. Výstupní data (výsledek): ANO nebo NE. Musíme vědět, že přirozené číslo je prvočíslo když má právě 2 dělitele: jedničku a samo sebe. Také víme, že číslo a je dělitelné číslem b, když zbytek po dělení je nula.

14 Analyzujeme úlohu 1. přečteme N 2. zjistíme zbytek po po dělení čísla N číslem 2 3. když je zbytek 0, máme výsledek: NE, končíme v opačném případě pokračujeme 4. zjistíme zbytek po po dělení čísla N číslem 3 5. když je zbytek 0, máme výsledek: NE, končíme v opačném případě pokračujeme... zjistíme zbytek po dělení čísla N číslem K když je zbytek 0, máme výsledek: NE, končíme v opačném případě pokračujeme... jak dlouho?

15 Algoritmus (není dokonalý! PROČ?) 1. Přečteme N. Přejdeme ke kroku Když N je rovno 2 přejdeme ke kroku 8, v opačném případě přejdeme ke kroku Když zbytek po dělení čísla N číslem 2 je 0 v opačném případě přejdeme ke kroku Proměnné K přiřadíme 3. Přejdeme ke kroku Když zbytek po dělení čísla N číslem K je 0 v opačném případě přejdeme ke kroku Hodnotu K zvětšíme o 2. Přejdeme ke kroku Když je pravdivé : K K < N přejdeme ke kroku 5, v opačném případě přejdeme ke kroku Tiskneme ANO. Přejdeme ke kroku Tiskneme NE. Přejdeme ke kroku KONEC

28 Testování algoritmu Zvolíme si číslo N =... a budeme postupovat podle uvedeného algoritmu. Jaká N jsou vhodná? Najdeme nedokonalosti?

29 algoritmus myšlenka editor překladač linker OS gramatika funkce

37 Úvodní informace Zápis programu: prostý textový soubor (ASCII) mezery, tabulátory,... překladač ignoruje mezery a tabulátory slouží ke zvýšení čitelnosti nešetřit mezerami! příkazy se ukončují středníkem IDENTIFIKÁTORY (jména) : pouze aa..zz, _, číslice 0..9 nesmí začínat číslicí rozlišují se velká a malá písmena!!! (id, Id, ID jsou 3 různé identifikátory) všechna klíčová slova a názvy funkcí ze standardní knihovny jsou malými písmeny

38 Nejjednodušší program main() {} o trochu větší: int main() { return 0 ;}

39 Program, který umí psát #include<stdio.h> main() { printf("hello world!"); }

40 Proměnné a zápis výrazů Proměnné musíme deklarovat: int a, b; float c; Aritmetické výrazy: sčítání + odčítání - násobení dělení / zbytek po dělení % umocňování... NENÍ! ZLKY! POZOR: celočíselné nebo reálné POZOR: pouze pro celočíselné a/b*c nebo a/(b*c)! a=5*3-12%4; b = 1/3*3; c=1/3*3;

41 Přiřazení Úvodní informace PRĚNNÁ = VÝRAZ ; int a, b, c; a = 5; b = 2; c = 3; a = a + b ; b = a - b ; a = a - b ; c = c + 1; a = c ; a = b ; c = a ; b = c ; c = a ;

42 Program, který umí také číst # include<stdio.h> main() { int a; float x; printf("zadejte celé číslo!"); scanf("%d",&a); printf("zadejte reálné číslo!"); scanf("%f",&x); printf("zadali jste %d a %f", a, f); printf("zadejte 1 celé a 1 reálné číslo!"); scanf("%d%f",&a,&x); printf("zadali jste %d a %5.3f", a, f); }

43 Použtí matematických funkcí ve výrazech MATEMATICKÁ KNIHOVNA: #include<math.h> mocnina: odmocnina: goniometrické: inverzní: logaritmy: pow(co, na_ kolikátou); sqrt(x); sin(x); cos(x); tan(x); asin(x); acos(x); atan(x); log(x); log10(x);

44 Prográmek pro výpočet obsahů a obvodů # include<stdio.h> # include<math.h> main() { float a,b,o_c,s, o; printf("zadejte stranu ctverce"); scanf("%f",&a); o_c = 4 a; S=pow(a,2); printf("ctverec:o=%5.3f, S=%6.4f",o_c,S); printf("zadejte strany obdelnika"); scanf("%f%f",&a,&b); o = (a+b) 2 ; printf("obdelnik o=%6.4f,s=%5.3f" o,a b); }

45 Dále... Úvodní informace Na příští přednášce: Logické výrazy Větvení (příkazy if - else, switch) Cykly