jueves, 6 de octubre de 2011

Algoritmos de Programacion

Medios de expresión de un algoritmo

Los algoritmos pueden ser expresados de muchas maneras, incluyendo al lenguaje natural, pseudocódigo, diagramas de flujo y lenguajes de programación entre otros. Las descripciones en lenguaje natural tienden a ser ambiguas y extensas. El usar pseudocódigo y diagramas de flujo evita muchas ambigüedades del lenguaje natural. Dichas expresiones son formas más estructuradas para representar algoritmos; no obstante, se mantienen independientes de un lenguaje de programación específico.

La descripción de un algoritmo usualmente se hace en tres niveles:

  1. Descripción de alto nivel. Se establece el problema, se selecciona un modelo matemático y se explica el algoritmo de manera verbal, posiblemente con ilustraciones y omitiendo detalles.
  2. Descripción formal. Se usa pseudocódigo para describir la secuencia de pasos que encuentran la solución.
  3. Implementación. Se muestra el algoritmo expresado en un lenguaje de programación específico o algún objeto capaz de llevar a cabo instrucciones.

También es posible incluir un teorema que demuestre que el algoritmo es correcto, un análisis de complejidad o ambos.

Diagrama de flujo


Los diagramas de flujo son descripciones gráficas de algoritmos; usan símbolos conectados con flechas para indicar la secuencia de instrucciones y están regidos por ISO.

Los diagramas de flujo son usados para representar algoritmos pequeños, ya que abarcan mucho espacio y su construcción es laboriosa. Por su facilidad de lectura son usados como introducción a los algoritmos, descripción de un lenguaje y descripción de procesos a personas ajenas a la computación.

Pseudocódigo

El pseudocódigo (falso lenguaje, el prefijo pseudo significa falso) es una descripción de alto nivel de un algoritmo que emplea una mezcla de lenguaje natural con algunas convenciones sintácticas propias de lenguajes de programación, como asignaciones, ciclos y condicionales, aunque no está regido por ningún estándar. Es utilizado para describir algoritmos en libros y publicaciones científicas, y como producto intermedio durante el desarrollo de un algoritmo, como los |diagramas de flujo, aunque presentan una ventaja importante sobre estos, y es que los algoritmos descritos en pseudocódigo requieren menos espacio para representar instrucciones complejas.

El pseudocódigo está pensado para facilitar a las personas el entendimiento de un algoritmo, y por lo tanto puede omitir detalles irrelevantes que son necesarios en una implementación. Programadores diferentes suelen utilizar convenciones distintas, que pueden estar basadas en la sintaxis de lenguajes de programación concretos. Sin embargo, el pseudocódigo, en general, es comprensible sin necesidad de conocer o utilizar un entorno de programación específico, y es a la vez suficientemente estructurado para que su implementación se pueda hacer directamente a partir de él.

Así el pseudodocódigo cumple con las funciones antes mencionadas para representar algo abstracto los protocolos son los lenguajes para la programación. Busque fuentes más precisas para tener mayor comprensión del tema.

Sistemas formales

La teoría de autómatas y la teoría de funciones recursivas proveen modelos matemáticos que formalizan el concepto de algoritmo. Los modelos más comunes son la máquina de Turing, máquina de registro y funciones μ-recursivas. Estos modelos son tan precisos como un lenguaje máquina, careciendo de expresiones coloquiales o ambigüedad, sin embargo se mantienen independientes de cualquier computadora y de cualquier implementación.

Implementación

Muchos algoritmos son ideados para implementarse en un programa. Sin embargo, los algoritmos pueden ser implementados en otros medios, como una red neuronal, un circuito eléctrico o un aparato mecánico y eléctrico. Algunos algoritmos inclusive se diseñan especialmente para implementarse usando lápiz y papel. El algoritmo de multiplicación tradicional, el algoritmo de Euclides, la criba de Eratóstenes y muchas formas de resolver la raíz cuadrada son sólo algunos ejemplos.

Variables

Son elementos que toman valores específicos de un tipo de datos concreto. La declaración de una variable puede realizarse comenzando con var. Principalmente, existen dos maneras de otorgar valores iniciales a variables:

  1. Mediante una sentencia de asignación.
  2. Mediante un procedimiento de entrada de datos (por ejemplo: 'read').


Ejemplo:

...

i:=1;

read(n);

while i < n do begin

(* cuerpo del bucle *)

i := i + 1

end;

...

Estructuras secuenciales

La estructura secuencial es aquella en la que una acción sigue a otra en secuencia. Las operaciones se suceden de tal modo que la salida de una es la entrada de la siguiente y así sucesivamente hasta el fin del proceso. La asignación de esto consiste, en el paso de valores o resultados a una zona de la memoria. Dicha zona será reconocida con el nombre de la variable que recibe el valor. La asignación se puede clasificar de la siguiente forma:

  1. Simples: Consiste en pasar un valor constante a una variable (a ← 15)
  2. Contador: Consiste en usarla como un verificador del número de veces que se realiza un proceso (a ← a + 1)
  3. Acumulador: Consiste en usarla como un sumador en un proceso (a ← a + b)
  4. De trabajo: Donde puede recibir el resultado de una operación matemática que involucre muchas variables (a ← c + b*2/4).

Un ejemplo de estructura secuencial, como obtener la área de un triángulo:

Inicio

...

float b, h, a;

printf("Diga la base");

scanf("%f", &b);

printf("Diga la altura");

scanf("%f", &h);

a = (b*h)/2;

printf("El área del triángulo es %f", a)

...

Fin

Java

El lenguaje de programación Java, fue diseñado por la compañía Sun Microsystems Inc, con el propósito de crear un lenguaje que pudiera funcionar en redes computacionales heterogéneas ( redes de computadoras formadas por más de un tipo de computadora, ya sean PC, MAC's, estaciones de trabajo, etc.),y que fuera independiente de la plataforma en la que se vaya a ejecutar. Esto significa que un programa de Java puede ejecutarse en cualquier máquina o plataforma. El lenguaje fue diseñado con las siguientes características en mente:

  • Simple. Elimina la complejidad de los lenguajes como "C" y da paso al contexto de los lenguajes modernos orientados a objetos. Orientado a Objetos. La filosofía de programación orientada a objetos es diferente a la programación convencional.
  • Familiar. Como la mayoría de los programadores están acostumbrados a programar en C o en C++, el sintaxis de Java es muy similar al de estos.
  • Robusto. El sistema de Java maneja la memoria de la computadora por ti. No te tienes que preocupar por apuntadores, memoria que no se esté utilizando, etc. Java realiza todo esto sin necesidad de que uno se lo indique.
  • Seguro. El sistema de Java tiene ciertas políticas que evitan se puedan codificar virus con este lenguaje. Existen muchas restricciones, especialmente para los applets, que limitan lo que se puede y no puede hacer con los recursos críticos de una computadora.
  • Portable. Como el código compilado de Java (conocido como byte code) es interpretado, un programa compilado de Java puede ser utilizado por cualquier computadora que tenga implementado el interprete de Java.
  • Independiente a la arquitectura. Al compilar un programa en Java, el código resultante un tipo de código binario conocido como byte code. Este códido es interpretado por diferentes computadoras de igual manera, solamente hay que implementar un intérprete para cada plataforma. De esa manera Java logra ser un lenguaje que no depende de una arquitectura computacional definida.
  • Multithreaded. Un lenguaje que soporta multiples threads es un lenguaje que puede ejecutar diferentes líneas de código al mismo tiempo.
  • Interpretado. Java corre en máquina virtual, por lo tanto es interpretado.
  • Dinámico. Java no requiere que compiles todas las clases de un programa para que este funcione. Si realizas una modificación a una clase Java se encarga de realizar un Dynamic Bynding o un Dynamic Loading para encontrar las clases.

Java puede funcionar como una aplicación sola o como un "applet", que es un pequeño programa hecho en Java. Los applets de Java se pueden "pegar" a una página de Web (HTML), y con esto puedes tener un programa que cualquier persona que tenga un browser compatible podrá usar.

Nota:Diferencia entre Java y CGI La diferencia es esencialmente simple, un CGI se ejecuta en el servidor mientras que un programa en Java se ejecuta en la máquina del usuario.

Java funciona de la siguiente manera: El compilador de Java deja el programa en un Pseudo-código (no es código maquinal) y luego el intérprete de Java ejecuta el programa (lo que se conoce como el "Java Virtual Machine"). Por eso Java es multiplataforma, existe un intérprete para cada máquina diferente. Nota: El código maquinal es el código binario que la computadora entiende y puede ejecutar.

Para entender bien como funciona un applet de Java vean el siguiente ejemplo:


  1. Existe un código de Java en un servidor de Web. (Los códigos de Java se caracterizan por tener la extensión *.class).
  2. Una persona en Internet, con un browser compatible con Java, realiza una conección al servidor.
  3. El servidor envía el documento HTML y el código en Java (*.class).
  4. En la computadora del usuario remoto llegan ambos, y la Máquina Virtual de Java, que está en el browser, transforma el código Java en un código que entienda la máquina local y se ejecuta el programa dentro de la página de Web.
  5. Si el usuario realiza otra conexión a otro URL o se sale del browser, el programa se deja de ejecutar y en la computadora no queda rastro de el.

Unix

Ejemplo de Unix:

No todo el "árbol" de directorios está compuesto por directorios de usuario. Existen muchos de ellos que son de uso general o del propio sistema y con los que habrá que familiarizarse.

C

C es un lenguaje de programación diseñado por Dennis Ritchie, de los Laboratorios Bell, y

se instaló en un PDP-11 en 1972; se diseñó para ser el lenguaje de los Sistemas Operativos

UNIX1. A su vez, UNIX es un Sistema Operativo desarrollado por Ken Thompson, quién

utilizó el lenguaje ensamblador y un lenguaje llamado B para producir las versiones originales de UNIX, en 1970. C se inventó para superar las limitaciones de B.

C es un lenguaje maduro de propósitos generales que se desarrolló a partir de estas raíces;

su definición aparece en 1978 en el apéndice ``C Reference Manual'' del libro The C

Programming Language, de Brian W. Kernighan y Dennis M. Ritchie (Englewood Cliffs,

Nueva Jersey, Prentice-Hall 1978), pero el estándar recomendable más reciente apareció en

junio de 1983, en el documento de los Laboratorios Bell titulado The C Programming

Language-Reference Manual, escrito por Dennis M. Ritchie

Un programa en C

Generalizando, un programa en C consta de tres secciones. La primera sección es donde van todos los ``headers''. Estos ``headers'' son comúnmente los ``#define'' y los ``#include''. Como segunda sección se tienen las ``funciones''. Al igual que Pascal, en C todas las funciones que se van a ocupar en el programa deben ir antes que la función principal (main()). Declarando las funciones a ocupar al principio del programa, se logra que la función principal esté antes que el resto de las funciones. Ahora, solo se habla de funciones ya que en C no existen los procedimientos.

Y como última sección se tiene a la función principal, llamada main. Cuando se ejecuta el programa, lo primero que se ejecuta es esta función, y de ahí sigue el resto del programa.

Los símbolos { y } indican ``begin'' y ``end'' respectivamente. Si en una función o en un ciclo while, por ejemplo, su contenido es de solamente una línea, no es necesario usar ``llaves'' ({ }), en caso contrario es obligación usarlos.

Pascal

Pascal es un lenguaje de programación de alto nivel de propósito general; esto es, se puede utilizar para escribir programas para fines científicos y comerciales.

El lenguaje de programación Pascal fue desarrollado por el profesor Niklaus (Nicolás) Wirth en Zurich, Zuiza, al final de los años 1960s y principios de los 70s. Wirth diseñó este lenguaje para que fuese un buen primer lenguaje de programación para personas comenzando a aprender a programar. Pascal tiene un número relativamente pequeño de conceptos para aprender y dominar. Su diseño facilita escribir programas usando un estilo que está generalmente aceptado como práctica estándar de programación buena. Otra de las metas del diseño de Wirth era la implementación fácil. Él diseñó un lenguaje para el cual fuese fácil escribir un compilador para un nuevo tipo de computadora.

QBasic

Qbasic es un lenguaje de alto nivel, el cual consiste en instrucciones que los humanos pueden relacionar y entender. El compilador de Qbasic se encarga de traducir el mismo a lenguaje de máquina.

Un programa es una secuencia de instrucciones. El proceso de ejecutar esas instrucciones se llama correr el programa. Los programas contienen las funciones de entrada, procesamiento y salida. La persona que resuelve problemas mediante escribir programas en la computadora se conoce como programador. Después de analizar el problema y desarrollar un plan para solucionarlo, escribe y prueba el programa que instruye a la computadora como llevar a cabo el plan. El procedimiento que realiza el programador se define como "problem solving". Pero es necesario especificar que un programador y un usuario no son lo mismo. Un usuario es cualquier persona que use el programa.

Linux

Linux es una implementación del sistema operativo UNIX (uno más de entre los numerosos clónicos del histórico Unix), pero con la originalidad de ser gratuito y a la vez muy potente, que sale muy bien parado (no pocas veces victorioso) al compararlo con las versiones comerciales para sistemas de mayor envergadura y por tanto teóricamente superiores. Comenzó como proyecto personal del –entonces estudiante- Linus Torvalds, quien tomó como punto de partida otro viejo conocido, el Minix de Andy. S. Tanenbaum (profesor de sistemas operativos que creó su propio sistema operativo Unix en PCs XT para usarlo en su docencia). Actualmente Linus lo sigue desarrollando, pero a estas alturas el principal autor es la red Internet, desde donde una gigantesca familia de programadores y usuarios aportan diariamente su tiempo aumentando sus prestaciones y dando información y soporte técnico mútuo.

Algunos ejemplos de lenguajes ampliamente usados

A continuación, encontrará una breve lista de los lenguajes de programación actuales:

Lenguaje

Principal área de aplicación

Compilado/interpretado

ADA

Tiempo real

Lenguaje compilado

BASIC

Programación para fines educativos

Lenguaje interpretado

C

Programación de sistema

Lenguaje compilado

C++

Programación de sistema orientado a objeto

Lenguaje compilado

Cobol

Administración

Lenguaje compilado

Fortran

Cálculo

Lenguaje compilado

Java

Programación orientada a Internet

Lenguaje intermediario

MATLAB

Cálculos matemáticos

Lenguaje interpretado

Cálculos matemáticos

Cálculos matemáticos

Lenguaje interpretado

LISP

Inteligencia artificial

Lenguaje intermediario

Pascal

Educación

Lenguaje compilado

PHP

Desarrollo de sitios web dinámicos

Lenguaje interpretado

Inteligencia artificial

Inteligencia artificial

Lenguaje interpretado

Perl

Procesamiento de cadenas de caracteres

Lenguaje interpretado



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