Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

Transcript

1 Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1 Ενότητα 7: Προγραμματισμός Γλώσσες Προγραμματισμού Αλγόριθμοι Δρ. Φραγκούλης Γεώργιος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Να εξηγηθεί τι είναι προγραμματισμός, τι είναι πρόγραμμα, και τι γλώσσα προγραμματισμού. Να εξηγηθεί η Ταξινόμηση Γλωσσών Προγραμματισμού. Να περιγραφούν οι έννοιες : Assembler, Μεταφραστές(Compilers), Ερμηνευτές(Interpreters), Βιβλιοθήκες(Libraries). Να περιγραφούν οι έννοιες του υπολογιστικού προβλήματος και του αλγορίθμου. Να περιγραφεί η πορεία από ένα υπολογιστικό πρόβλημα έως ένα εκτελέσιμο αρχείο που το λύνει. Να περιγραφούν τα στάδια του κύκλου ανάπτυξης προγράμματος, τα βασικά συστατικά των αλγορίθμων, των διαγραμμάτων ροής και του ψευδοκώδικα. 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Προγραμματισμός, πρόγραμμα, γλώσσα προγραμματισμού. Ταξινόμηση Γλωσσών Προγραμματισμού. Υπολογιστικό πρόβλημα και αλγόριθμος. Κύκλος ανάπτυξης προγράμματος. Διάγραμμα ροής. Ψευδοκώδικας. 5

6 Υπολογιστικά συστήματα: Στρώματα Διάγραμμα 1: Υπολογιστικά συστήματα (Διδάσκων, 2015). 6

7 Η έννοια του προγράμματος Ο προγραμματισμός είναι αυτός που δίνει την εντύπωση ότι, οι υπολογιστές είναι έξυπνες μηχανές που επιλύουν τα πολύπλοκα προβλήματα. Ο υπολογιστής είναι μία μηχανή που καταλαβαίνει μόνο δύο καταστάσεις, το μηδέν και το ένα, τα ψηφία του δυαδικού συστήματος. Ο υπολογιστής μπορεί απλά να αποθηκεύει στη μνήμη τις ακολουθίες των δυαδικών ψηφίων, να τις ανακτά, να κάνει στοιχειώδεις αριθμητικές πράξεις με αυτές και να τις συγκρίνει. 7

8 Ιστορική αναδρομή Οι πρώτοι υπολογιστές, τεράστιοι σε μέγεθος αλλά με πάρα πολύ περιορισμένες δυνατότητες και μικρές ταχύτητας επεξεργασίας. Εξελίχθηκαν σε πολύ μικρούς σε μέγεθος υπολογιστές με τεράστιες όμως δυνατότητες και ταχύτητες επεξεργασίας. Την ίδια αργή εξέλιξη ουσιαστικά έχουν και οι γλώσσες προγραμματισμού, οι οποίες αν και εξελίσσονται και συνεχώς εμπλουτίζονται με νέες δυνατότητες, τα χαρακτηριστικά τους και οι βασικές τους ιδιότητες ουσιαστικά παραμένουν τα ίδια. 8

9 Η έννοια του προγράμματος (1) Αρχικά έπρεπε να δοθούν κατευθείαν οι κατάλληλες ακολουθίες από 0 και 1, δηλαδή εντολές σε μορφή κατανοητή από τον υπολογιστή. Ελάχιστοι μπορούσαν να το κάνουν, αφού απαιτούσε βαθιά γνώση του υλικού και της αρχιτεκτονικής του υπολογιστή. Ο πρώτος υπολογιστής ο περίφημος ENIAC για να προγραμματιστεί, ώστε να εκτελέσει κάποιους υπολογισμούς, έπρεπε να αλλάξουν θέση εκατοντάδες διακόπτες και να ρυθμιστούν αντίστοιχα όλες οι καλωδιώσεις. 9

10 Η έννοια του προγράμματος (2) Οι εντολές ενός προγράμματος και σήμερα μετατρέπονται σε ακολουθίες που αποτελούνται από 0 και 1, τις εντολές σε γλώσσα μηχανής ( , όπως ονομάζονται, οι οποίες εκτελούνται από τον υπολογιστή. 10

11 Συμβολικές γλώσσες ή γλώσσες χαμηλού επιπέδου (1) Γίνονταν προσπάθειες για τη δημιουργία μίας συμβολικής γλώσσας, η οποία ενώ θα έχει έννοια για τον άνθρωπο, θα μετατρέπεται εσωτερικά από τους υπολογιστές στις αντίστοιχες ακολουθίες από 0 και 1. Για παράδειγμα η λέξη ADD (πρόσθεσε) ακολουθούμενη από δύο αριθμούς, είναι κατανοητή και απομνημονεύεται. Η εντολή θα μεταφραστεί από τον υπολογιστή σε μία ακολουθία δυαδικών ψηφίων και στη συνέχεια μπορεί να εκτελεστεί. Το έργο της μετάφρασης το αναλαμβάνει ένα ειδικό πρόγραμμα, ο συμβολομεταφραστής (assembler). 11

12 Συμβολικές γλώσσες ή γλώσσες χαμηλού επιπέδου (2) Ωστόσο παρέμεναν στενά συνδεδεμένες με την αρχιτεκτονική του κάθε υπολογιστή. Επίσης δεν διέθεταν εντολές πιο σύνθετων λειτουργιών οδηγώντας έτσι σε μακροσκελή προγράμματα, που ήταν δύσκολο να γραφούν και κύρια να συντηρηθούν. Οι γλώσσες αυτές ονομάζονται συμβολικές ή γλώσσες χαμηλού επιπέδου, αφού εξαρτώνται από την αρχιτεκτονική του υπολογιστή. Παράδειγμα γλώσσας: INDEX =$01 SUM=$02 LDA #10 STA index BRK 12

13 Γλώσσες προγραμματισμού Πολύ χαμηλού επιπέδου ή 1ης γενιάς είναι οι γλώσσες μηχανής. Χαμηλού επιπέδου ή 2ης γενιάς είναι οι συμβολικές γλώσσες (assembly). Υψηλού επιπέδου ή 3ης γενιάς είναι οι FORTRAN, COBOL, BASIC, PASCAL, C, C++, JAVA, κλπ. Πολύ υψηλού επιπέδου ή 4ης γενιάς είναι οι SQL, PROLOG, κλπ. 13

14 Συμβολική Γλώσσα(2 ης γενιάς) Το 1960 αναπτύχθηκε μία άλλη γλώσσα, σταθμός στον προγραμματισμό η γλώσσα COBOL. Η COBOL είναι κατάλληλη για ανάπτυξη εμπορικών εφαρμογών, και γενικότερα διαχειριστικών εφαρμογών, τομέας όπου η FORTRAN υστερούσε. Είναι αποδοτική στη διαχείριση αρχείων αλλά υστερεί στους υπολογισμούς. Παράγει αυτόματα γλώσσα μηχανής αφού διαθέτει μεταγλωττιστή σε σχεδόν όλες τις κατηγορίες υπολογιστών. Χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα κυρίως σε μεγάλους Η/Υ (mainframes) αλλά έχει σχεδόν ξεπερασθεί παρόλο που γνώρισε πολλές βελτιώσεις. 14

15 Γλώσσες υψηλού επιπέδου (1) Μια από τις σημαντικότερες γλώσσες προγραμματισμού με ελάχιστη πρακτική εφαρμογή αλλά που επηρέασε ιδιαίτερα τον προγραμματισμό και τις επόμενες γλώσσες, είναι η ALGOL. Αναπτύχθηκε από Ευρωπαίους επιστήμονες, αρχικά το 1960, με σκοπό τη δημιουργία γενικής φύσης προγραμμάτων που να μη συνδέονται με συγκεκριμένες εφαρμογές. 15

16 Γλώσσες υψηλού επιπέδου (2) Στα μέσα της δεκαετίας του 60 αναπτύχθηκε η γλώσσα PL/1 που προσπάθησε, χωρίς επιτυχία να καλύψει όλους τους τομείς του προγραμματισμού, επιστημονικούς και εμπορικούς, αντικαθιστώντας τόσο τη FORTRAN όσο και την COBOL. Στο χώρο της Τεχνητής Νοημοσύνης αναπτύχθηκαν δύο γλώσσες αρκετά διαφορετικές από όλες τις άλλες. Στα μέσα του 60 αναπτύχθηκε στο ΜΙΤ η LISP, γλώσσα η οποία προσανατολίζεται σε χειρισμό λιστών από σύμβολα και η PROLOG στις αρχές του

17 BASIC Η γλώσσα προγραμματισμού BASIC αρχικά αναπτύχθηκε ως γλώσσα για την εκπαίδευση αρχαρίων στον προγραμματισμό. Σχεδιάστηκε για να γράφονται σύντομα προγράμματα, τα οποία εκτελούνται με τη βοήθεια διερμηνευτή (interpreter). Η ανάπτυξη όμως των μικροϋπολογιστών και οι συνεχείς εκδόσεις της γλώσσας βοήθησαν στην εξάπλωσή της, τόσο ώστε να γίνει ίσως η δημοφιλέστερη γλώσσα στους προσωπικούς υπολογιστές. Σήμερα χρησιμοποιούνται ευρέως αρκετοί κλώνοι της όπως η Visual Basic. 17

18 Pascal Η γλώσσα PASCAL έφερε μεγάλες αλλαγές στον προγραμματισμό. Παρουσιάστηκε το 1970 και στηρίχτηκε πάνω στην ALGOL. Είναι μία γλώσσα γενικής χρήσης, η οποία είναι κατάλληλη τόσο για την εκπαίδευση όσο και τη δημιουργία ισχυρών προγραμμάτων κάθε τύπου. Χαρακτηριστικό της γλώσσας είναι ή η καταλληλότητα για τη δημιουργία δομημένων προγραμμάτων. Η PASCAL γνώρισε και συνεχίζει να γνωρίζει τεράστια εξάπλωση ειδικά στο χώρο των μικροϋπολογιστών και αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη άλλων ισχυρότερων γλωσσών όπως η ADA και η Modula-2. 18

19 C / C++ / C# Μία ακόμη γλώσσα που γνώρισε μεγάλη διάδοση είναι η γλώσσα C. Η C αναπτύχθηκε στα εργαστήρια της εταιρείας BELL και χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη του λειτουργικού συστήματος Unix, γλώσσα με ισχυρά χαρακτηριστικά, μερικά από αυτά κοινά με την Pascal κατάλληλη για ανάπτυξη δομημένων εφαρμογών αλλά και με πολλές δυνατότητες γλώσσας χαμηλού επιπέδου. Η C εξελίχτηκε στη γλώσσα C++, που είναι αντικειμενοστραφής. 19

20 JAVA Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται ιδιαίτερα, ειδικά για προγραμματισμό στο Διαδίκτυο, η JAVA. H JAVA είναι μία αντικειμενοστραφής γλώσσα που αναπτύχθηκε από την εταιρεία SUN με σκοπό την ανάπτυξη εφαρμογών, που θα εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι στο Διαδίκτυο. Τα προγράμματα αυτά μπορούν να εκτελούνται από διαφορετικούς υπολογιστές, προσωπικούς ή μεγάλα συστήματα με διαφορετικά λειτουργικά συστήματα χωρίς αλλαγές. 20

21 Δομημένος Προγραμματισμός Στα μέσα του 1960 παρουσιάστηκε για πρώτη φορά μία τεχνική σχεδίασης προγραμμάτων που έμελλε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο ανάπτυξης προγραμμάτων καθώς και τις ίδιες τις γλώσσες προγραμματισμού. Η τεχνική του δομημένου προγραμματισμού η οποία εξασφαλίζει τη δημιουργία προγραμμάτων απλών στη συγγραφή και την κατανόηση και εύκολων στη διόρθωση. 21

22 Object / optical programming Η εμφάνιση των γραφικών περιβαλλόντων εργασίας δημιούργησε την ανάγκη για ανάπτυξη αντιστοίχων προγραμμάτων. Έτσι εμφανίστηκαν γλώσσες ή νέες εκδόσεις των γλωσσών που υλοποιούσαν τις έννοιες του οδηγούμενου από το γεγονός προγραμματισμού (object driven programming) και του οπτικού προγραμματισμού (visual programming). 22

23 Οπτικός προγραμματισμός Με τον όρο οπτικό προγραμματισμό εννοούμε τη δυνατότητα να δημιουργούμε γραφικά περιβάλλοντα. Με τον όρο οδηγούμενο από το γεγονός προγραμματισμό εννοούμε τη δυνατότητα να ενεργοποιούνται λειτουργίες του προγράμματος με την εκτέλεση ενός γεγονότος, για παράδειγμα την επιλογή μίας εντολής από ένα μενού ή το κλικ του ποντικιού. Οι πιο διαδεδομένες γλώσσες προγραμματισμού σε γραφικό περιβάλλον για προσωπικούς υπολογιστές είναι η Visual Basic, η Visual C++ και η Java. 23

24 Πλεονεκτήματα των γλωσσών υψηλού επιπέδου Φυσικότερος και πιο ανθρώπινος τρόπος έκφρασης των προβλημάτων. Ανεξαρτησία από τον τύπο του υπολογιστή. Η δυνατότητα της μεταφερσιμότητας των προγραμμάτων είναι σημαντικό προσόν. Η ευκολία της εκμάθησης και εκπαίδευσης ως απόρροια των προηγουμένων. Η διόρθωση λαθών και η συντήρηση προγραμμάτων σε γλώσσα υψηλού επιπέδου είναι πολύ ευκολότερο έργο. Μείωση του χρόνου και του κόστους παραγωγής νέων προγραμμάτων. 24

25 Γλώσσες 4ης γενιάς Στις γλώσσες αυτές ο χρήστης ενός υπολογιστή έχει τη δυνατότητα να υποβάλει ερωτήσεις στο σύστημα ή να αναπτύσσει εφαρμογές που ανακτούν πληροφορίες από βάσεις δεδομένων και να καθορίζει τον ακριβή τρόπο εμφάνισης αυτών των πληροφοριών. 25

26 Ταξινόμηση γλωσσών προγραμματισμού (1) Ολες οι γλώσσες προγραμματισμού που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα αντιπροσωπεύουν διάφορες ιδέες πάνω στον προγραμματισμό και η κάθε μία είναι συνήθως καλύτερα προσαρμοσμένη σε ορισμένες κατηγορίες προβλημάτων. Η μεγάλη πλειοψηφία των γλωσσών ανήκει στην κατηγορία των διαδικασιακών (procedural) γλωσσών. Είναι γνωστές επίσης και ως αλγοριθμικές γλώσσες, γιατί είναι σχεδιασμένες για να επιτρέπουν την υλοποίηση αλγορίθμων. 26

27 Ταξινόμηση γλωσσών προγραμματισμού (2) Αντικειμενοστραφείς γλώσσες (object - oriented languages). Συναρτησιακές γλώσσες (functional languages) π.χ. LISP. Μη διαδικασιακές γλώσσες (non procedural languages) π.χ. PROLOG. Χαρακτηρίζονται επίσης και ως γλώσσες πολύ υψηλού επιπέδου. Γλώσσες ερωταπαντήσεων (query languages) π.χ. SQL. 27

28 Ταξινόμηση με βάση περιοχή χρήσης (1) Γλώσσες γενικής χρήσης. Θεωρητικά κάθε γλώσσα γενικής χρήσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση οποιουδήποτε προβλήματος. Στην πράξη ωστόσο κάθε γλώσσα έχει σχεδιαστεί για να ανταποκρίνεται καλύτερα σε ορισμένη κατηγορία προβλημάτων: Γλώσσες επιστημονικής κατεύθυνσης (science-oriented languages) π.χ. FORTRAN. Γλώσσες εμπορικής κατεύθυνσης (business-oriented languages) π.χ. COBOL. 28

29 Ταξινόμηση με βάση περιοχή χρήσης (2) Γλώσσες προγραμματισμού συστημάτων (system programming languages) π.χ. C. Γλώσσες τεχνητής νοημοσύνης (artificial intelligence languages) π.χ. LISP, PROLOG. Γλώσσες ειδικής χρήσης. Πρόκειται για γλώσσες που χρησιμοποιούνται σε ειδικές περιοχές εφαρμογών στη ρομποτική. 29

30 Ποια είναι η καλύτερη γλώσσα προγραμματισμού; (1) Υπάρχουν γλώσσες κατάλληλες για ανάπτυξη ειδικών εφαρμογών και άλλες κατάλληλες για γενική χρήση. Υπάρχουν γλώσσες κατάλληλες για εκπαίδευση και άλλες για ανάπτυξη εμπορικών εφαρμογών. Γλώσσες που επιτρέπουν την εύκολη ανάπτυξη εφαρμογών σε γραφικό περιβάλλον και άλλες που εκμεταλλεύονται τα παράλληλα συστήματα. Υπάρχουν γλώσσες ισχυρές και γλώσσες χωρίς μεγάλες δυνατότητες αλλά απλές και εύκολες στην εκμάθηση. 30

31 Ποια είναι η καλύτερη γλώσσα προγραμματισμού; (2) Ο προγραμματιστής καλείται να επιλέξει την καλύτερη γλώσσα για να υλοποιήσει το πρόγραμμα. Μπορούμε να ισχυριστούμε με βεβαιότητα ότι μία γλώσσα προγραμματισμού που να είναι αντικειμενικά καλύτερη από τις άλλες δεν υπάρχει, ούτε πρόκειται να υπάρξει. Η επιλογή της γλώσσας εξαρτάται από το είδος της εφαρμογής, το υπολογιστικό περιβάλλον στο οποίο θα εκτελεστεί, τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα που διαθέτουμε και κυρίως τις γνώσεις του προγραμματιστή. 31

32 Το αλφάβητο Αλφάβητο μίας γλώσσας καλείται το σύνολο των στοιχείων που χρησιμοποιείται από τη γλώσσα. Π.χ. η ελληνική γλώσσα περιέχει τα εξής στοιχεία: Τα γράμματα του αλφαβήτου πεζά και κεφαλαία 48 δηλαδή χαρακτήρες (Α-Ω και α-ω), τα 10 ψηφία (0-9) και όλα τα σημεία στίξης. Αντίστοιχα η αγγλική γλώσσα περιλαμβάνει τα γράμματα του αγγλικού αλφαβήτου (A-Z και a-z) καθώς και τα ψηφία και όλα τα σημεία στίξης που χρησιμοποιούνται. 32

33 Το λεξιλόγιο Το λεξιλόγιο αποτελείται από ένα υποσύνολο όλων των ακολουθιών που δημιουργούνται από τα στοιχεία του αλφαβήτου, τις λέξεις που είναι δεκτές από την γλώσσα. Για παράδειγμα στην ελληνική γλώσσα η ακολουθία των γραμμάτων ΑΒΓΑ είναι δεκτή αφού αποτελεί λέξη, αλλά η ακολουθία ΑΒΓΔΑ δεν αποτελεί λέξη της ελληνικής γλώσσας, άρα δεν είναι δεκτή. 33

34 Η γραμματική Η Γραμματική αποτελείται από το τυπικό ή τυπολογικό (accidence) και το συντακτικό (syntax). Τυπικό είναι το σύνολο των κανόνων που ορίζει τις μορφές με τις οποίες μία λέξη είναι αποδεκτή. Για παράδειγμα στην ελληνική γλώσσα οι λέξεις γλώσσα, γλώσσας, γλώσσες είναι δεκτές, ενώ η λέξη γλώσσατ δεν είναι αποδεκτή. 34

35 Συντακτικό Συντακτικό είναι το σύνολο των κανόνων που καθορίζει τη νομιμότητα της διάταξης και της σύνδεσης των λέξεων της γλώσσας για τη δημιουργία προτάσεων. Η γνώση του συντακτικού επιτρέπει τη δημιουργία σωστών προτάσεων στις φυσικές γλώσσες ενώ στις γλώσσες προγραμματισμού τη δημιουργία σωστών εντολών. 35

36 Η σημασιολογία Η σημασιολογία (Semantics) είναι το σύνολο των κανόνων που καθορίζει το νόημα των λέξεων και κατά επέκταση των εκφράσεων και προτάσεων που χρησιμοποιούνται σε μία γλώσσα. Στις γλώσσες προγραμματισμού οι οποίες είναι τεχνητές γλώσσες, ο δημιουργός της γλώσσας αποφασίζει τη σημασιολογία των λέξεων της γλώσσας. 36

37 Διαφορές φυσικών και τεχνητών γλωσσών Μία βασική διαφορά μεταξύ φυσικών και τεχνητών γλωσσών είναι η δυνατότητα εξέλιξής τους. Οι φυσικές γλώσσες εξελίσσονται συνεχώς, νέες λέξεις δημιουργούνται, κανόνες γραμματικής και σύνταξης αλλάζουν. Αντίθετα οι τεχνητές γλώσσες χαρακτηρίζονται από στασιμότητα, αφού κατασκευάζονται συνειδητά για ένα συγκεκριμένο σκοπό. Ωστόσο συχνά οι γλώσσες προγραμματισμού βελτιώνονται και μεταβάλλονται από τους δημιουργούς τους, με σκοπό: να διορθωθούν αδυναμίες. να καλύψουν μεγαλύτερο εύρος εφαρμογών. να ακολουθήσουν τις νέες εξελίξεις. 37

38 Υπολογιστικά προβλήματα (1) Υπολογιστικό πρόβλημα είναι κάθε πρόβλημα στο οποίο μας προμηθεύουν κάποια δεδομένα και μας ζητούν να υπολογίσουμε κάποια αποτελέσματα. Για να περιγράψουμε ένα υπολογιστικό πρόβλημα, χρησιμοποιούμε κείμενο της μορφής: Δίνεται... Να υπολογιστεί /βρεθεί/ελεγχθεί αν... 38

39 Υπολογιστικά προβλήματα (2) Τα υπολογιστικά προβλήματα με τα οποία είμαστε πιο εξοικειωμένοι είναι τα αριθμητικά προβλήματα. Δίνεται ακέραιος αριθμός x. Να υπολογιστεί το τετράγωνο του x 2. 39

40 Υπολογιστικά προβλήματα (3) Τα υπολογιστικά προβλήματα με τα οποία είμαστε πιο εξοικειωμένοι είναι τα αριθμητικά προβλήματα. Δίνονται πραγματικοί αριθμοί x, y και z. Να υπολογιστεί ο ελάχιστος τους, min (x,y,z). 40

41 Αλγόριθμοι (1) Ως (συστηματική) λύση ενός υπολογιστικού προβλήματος θεωρούμε κάθε ακολουθία σαφών βημάτων που μας οδηγεί από τα δεδομένα (όποιες τιμές κι αν έχουν) στα αποτελέσματα (που αντιστοιχούν σωστά στα δεδομένα). Π.χ.: Λύση για το πρόβλημα του Παραδείγματος 2. Δίνονται πραγματικοί αριθμοί x, y και z. Να υπολογιστεί το αθροισμά του(x+y). είναι κάθε ακολουθία σαφών βημάτων που όταν την εκτελέσουμε πάνω σε δύο οποιουσδήποτε πραγματικούς αριθμούς θα καταλήξουμε στο άθροισμά τους. (Μια τέτοια ακολουθία βημάτων μάθατε στο δημοτικό). 41

42 Αλγόριθμοι (2) Ως (συστηματική) λύση ενός υπολογιστικού προβλήματος θεωρούμε κάθε ακολουθία σαφών βημάτων που μας οδηγεί από τα δεδομένα (όποιες τιμές κι αν έχουν) στα αποτελέσματα (που αντιστοιχούν σωστά στα δεδομένα). Κάθε τέτοια ακολουθία βημάτων λέγεται αλγόριθμος. 42

43 Προγραμματισμός (1) Διάγραμμα 2: Προγραμματισμός (Διδάσκων, 2015). 43

44 Προγραμματισμός (2) Το σύνολο των γραμματικών και συντακτικών κανόνων που ακολουθούμε κατά την συγγραφή ενός προγράμματος λέγεται γλώσσα προγραμματισμού (programming language). H μετατροπή του προγράμματος σε εκτελέσιμο αρχείο λέγεται μετάφραση (compilation). Το ειδικό λογισμικό που επιτελεί την μετάφραση λέγεται μεταφραστής (compiler). 44

45 Ιεραρχική σχεδίαση προγράμματος Η τεχνική της ιεραρχικής σχεδίασης και επίλυσης ή η διαδικασία σχεδίασης από επάνω προς τα κάτω όπως συχνά ονομάζεται (top-down program design). Σκοπός της ιεραρχικής σχεδίασης είναι η διάσπαση του προβλήματος σε απλούστερα υποπροβλήματα, τα οποία να είναι εύκολο να επιλυθούν. Διάγραμμα 3: Ιεραρχική σχεδίαση προγράμματος (Διδάσκων, 2015). 45

46 Τμηματικός προγραμματισμός Η ιεραρχική σχεδίαση προγράμματος υλοποιείται με τον τμηματικό προγραμματισμό. Μετά την ανάλυση του προβλήματος σε αντίστοιχα υποπροβλήματα, κάθε υποπρόβλημα αποτελεί ανεξάρτητη ενότητα (module), που γράφεται ξεχωριστά από τα υπόλοιπα τμήματα προγράμματος. Ο τμηματικός προγραμματισμός διευκολύνει τη δημιουργία του προγράμματος, μειώνει τα λάθη και επιτρέπει την ευκολότερη παρακολούθηση, κατανόηση και συντήρηση του προγράμματος από τρίτους. 46

47 Δομημένος προγραμματισμός (1) Η μεθοδολογία που σήμερα έχει επικρατήσει απόλυτα και σχεδόν όλες οι σύγχρονες γλώσσες προγραμματισμού υποστηρίζουν, είναι ο δομημένος προγραμματισμός (structured programming). Το 1968 ο καθηγητής Edsger Dijkstra δημοσίευσε ένα κείμενο με τίτλο GO TO Statement Considered Harmful -η εντολή GOTO θεωρείται επιβλαβής και θεμελίωνε το δομημένο προγραμματισμό. Βασικός λόγος για τα προβλήματα αυτά ήταν η αλόγιστη χρήση μίας εντολής, της εντολής GOTO πού χρησιμοποιούμενη άλλαζε διαρκώς τη ροή του προγράμματος. 47

48 Δομημένος προγραμματισμός (2) Ο δομημένος προγραμματισμός είναι μία μεθοδολογία σύνταξης προγραμμάτων που έχει σκοπό. να βοηθήσει τον προγραμματιστή στην ανάπτυξη σύνθετων προγραμμάτων. να μειώσει τα λάθη. να εξασφαλίσει την εύκολη κατανόηση των προγραμμάτων. να διευκολύνει τις διορθώσεις και τις αλλαγές σε αυτά. 48

49 Δομημένος προγραμματισμός (3) Ο δομημένος προγραμματισμός στηρίζεται στη χρήση τριών και μόνο στοιχειωδών λογικών δομών. τη δομή της ακολουθίας. τη δομή της επιλογής. και τη δομή της επανάληψης. Η εντολή GOTO έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της ροής του προγράμματος, της διακλάδωσης σε μία άλλη εντολή του προγράμματος εκτός από την επόμενη. 49

50 Πλεονεκτήματα Δομημένου προγραμματισμού Δημιουργία απλούστερων προγραμμάτων. Άμεση μεταφορά των αλγορίθμων σε προγράμματα. Διευκόλυνση ανάλυσης του προγράμματος σε τμήματα. Περιορισμός των λαθών κατά την ανάπτυξη του προγράμματος. Διευκόλυνση στην ανάγνωση και κατανόηση του προγράμματος από τρίτους. Ευκολότερη διόρθωση και συντήρηση. 50

51 Αντικειμενοστραφής προγραμματισμός Πρόκειται για μια νέα τάση αντιμετώπισης προγραμματιστικών αντιλήψεων και δομών που ονομάζεται αντικειμενοστραφής (object-oriented) προγραμματισμός. Ένα πρόγραμμα περιγράφει ενέργειες (επεξεργασία) που εφαρμόζονται πάνω σε δεδομένα. Η αντικειμενοστραφής σχεδίαση εκλαμβάνει ως πρωτεύοντα δομικά στοιχεία ενός προγράμματος τα δεδομένα, από τα οποία δημιουργούνται με κατάλληλη μορφοποίηση τα αντικείμενα (objects). Xρησιμοποιεί την ιεραρχική σχεδίαση, τον τμηματικό προγραμματισμό και ακολουθεί τις αρχές του δομημένου προγραμματισμού. 51

52 Παράλληλος προγραμματισμός (1) Σχετικά πρόσφατα εμφανίστηκαν υπολογιστές που ξεφεύγουν από την κλασική αρχιτεκτονική και διαθέτουν περισσότερους από έναν επεξεργαστές. Οι επεξεργαστές αυτοί μοιράζονται την ίδια μνήμη και λειτουργούν παράλληλα εκτελώντας διαφορετικές εντολές του ιδίου προγράμματος. Οι υπολογιστές αυτοί εμφανίζονται θεωρητικά να πετυχαίνουν ταχύτητες, που είναι ασύλληπτες για τους τυπικούς υπολογιστές με έναν επεξεργαστή. 52

53 Παράλληλος προγραμματισμός (2) Για να εκμεταλλευτούμε όμως την ταχύτητα που προσφέρει η αρχιτεκτονική αυτή, πρέπει το πρόβλημα να διαιρεθεί σε τμήματα που εκτελούνται παράλληλα. Στη συνέχεια να προγραμματιστεί σε ένα προγραμματιστικό περιβάλλον που να επιτρέπει τον παράλληλο προγραμματισμό. 53

54 Προγραμματιστικά περιβάλλοντα Κάθε πρόγραμμα που γράφτηκε σε οποιαδήποτε γλώσσα προγραμματισμού, πρέπει να μετατραπεί σε μορφή αναγνωρίσιμη και εκτελέσιμη από τον υπολογιστή, δηλαδή σε εντολές γλώσσας μηχανής. Η μετατροπή αυτή επιτυγχάνεται με τη χρήση ειδικών μεταφραστικών προγραμμάτων. Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες τέτοιων προγραμμάτων: οι μεταγλωττιστές (compilers). οι διερμηνευτές (interpreters). 54

55 Μεταγλωττιστής - Compiler Ο μεταγλωττιστής δέχεται στην είσοδο ένα πρόγραμμα γραμμένο σε μια γλώσσα υψηλού επιπέδου και παράγει ένα ισοδύναμο πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής. Το τελευταίο μπορεί να εκτελείται οποτεδήποτε από τον υπολογιστή και είναι τελείως ανεξάρτητο από το αρχικό πρόγραμμα. Το αρχικό πρόγραμμα λέγεται πηγαίο πρόγραμμα (source), ενώ το πρόγραμμα που παράγεται από το μεταγλωττιστή λέγεται αντικείμενο πρόγραμμα (object). 55

56 Διερμηνευτής - Interpreter Αντίθετα ο διερμηνευτής διαβάζει μία προς μία τις εντολές του αρχικού προγράμματος και για κάθε μια εκτελεί αμέσως μια ισοδύναμη ακολουθία εντολών μηχανής. Το αντικείμενο πρόγραμμα είναι μεν σε μορφή κατανοητή από τον υπολογιστή, αλλά συνήθως δεν είναι σε θέση να εκτελεστεί. Χρειάζεται να συμπληρωθεί και να συνδεθεί με άλλα τμήματα προγράμματος απαραίτητα για την εκτέλεσή του, τμήματα που είτε τα γράφει ο προγραμματιστής είτε βρίσκονται στις βιβλιοθήκες (libraries) της γλώσσας. 56

57 Συνδέτες - φορτωτές Το πρόγραμμα που επιτρέπει αυτή τη σύνδεση ονομάζεται συνδέτης φορτωτής (linker-loader). Το αποτέλεσμα του συνδέτη είναι η παραγωγή του εκτελέσιμου προγράμματος (executable), το οποίο είναι το τελικό πρόγραμμα που εκτελείται από τον υπολογιστή. Για το λόγο αυτό η συνολική διαδικασία αποκαλείται μεταγλώττιση και σύνδεση. 57

58 Μεταγλώττιση/ σύνδεση Διάγραμμα 4: Μεταγλώττιση/ σύνδεση (Διδάσκων, 2015). 58

59 Μετάφραση και εκτέλεση (1) Διάγραμμα 5: Διαδικασία Μετάφρασης και εκτέλεση προγράμματος (Διδάσκων, 2015). 59

60 Μετάφραση και εκτέλεση (2) Η δημιουργία του εκτελέσιμου προγράμματος γίνεται μόνο στην περίπτωση, που το αρχικό πρόγραμμα δεν περιέχει λάθη. Τις περισσότερες φορές κάθε πρόγραμμα αρχικά θα έχει λάθη. Τα λάθη του προγράμματος είναι γενικά δύο ειδών, λογικά και συντακτικά. Τα λογικά λάθη εμφανίζονται μόνο στην εκτέλεση, ενώ τα συντακτικά λάθη στο στάδιο της μεταγλώττισης. 60

61 Λογικά Λάθη (1) Τα λογικά λάθη που είναι τα πλέον σοβαρά και δύσκολα στη διόρθωση τους, οφείλονται σε σφάλματα κατά την υλοποίηση του αλγορίθμου. Τα συντακτικά οφείλονται σε αναγραμματισμούς ονομάτων εντολών, παράληψη δήλωσης δεδομένων και πρέπει πάντα να διορθωθούν, ώστε να παραχθεί το τελικό εκτελέσιμο πρόγραμμα. 61

62 Λογικά Λάθη (2) Ο μεταγλωττιστής ή ο διερμηνευτής ανιχνεύει λοιπόν τα λάθη και εμφανίζει κατάλληλα διαγνωστικά μηνύματα. Το στάδιο που ακολουθεί είναι η διόρθωση των λαθών. Το διορθωμένο πρόγραμμα επαναϋποβάλεται για μεταγλώττιση και η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται, μέχρις ότου εξαληφθούν πλήρως όλα τα λάθη. 62

63 Χρήση μεταγλωττιστή (1) Η χρήση μεταγλωττιστή έχει το μειονέκτημα, ότι προτού χρησιμοποιηθεί ένα πρόγραμμα, πρέπει να περάσει από τη διαδικασία της μεταγλώττισης και σύνδεσης. Η χρήση διερμηνευτή έχει το πλεονέκτημα της άμεσης εκτέλεσης και συνεπώς και της άμεσης διόρθωσης. Όμως η εκτέλεση του προγράμματος καθίσταται πιο αργή, σημαντικά μερικές φορές, από εκείνη του ισοδύναμου εκτελέσιμου προγράμματος που παράγει ο μεταγλωττιστής. 63

64 Χρήση μεταγλωττιστή (2) Πάντως τα σύγχρονα προγραμματιστικά περιβάλλοντα παρουσιάζονται συνήθως με μεικτές υλοποιήσεις, όπου χρησιμοποιείται διερμηνευτής κατά τη φάση δημιουργίας του προγράμματος και μεταγλωττιστής για την τελική έκδοση και εκμετάλλευση του προγράμματος. 64

65 Συντάκτης Editor (1) Για την αρχική σύνταξη των προγραμμάτων και τη διόρθωσή τους στη συνέχεια χρησιμοποιείται ένα ειδικό πρόγραμμα που ονομάζεται συντάκτης (editor). Ο συντάκτης είναι ουσιαστικά ένας μικρός επεξεργαστής κειμένου, με δυνατότητες όμως που διευκολύνουν τη γρήγορη γραφή των εντολών των προγραμμάτων. 65

66 Συντάκτης Editor (2) Για τη δημιουργία, τη μετάφραση και την εκτέλεση ενός προγράμματος απαιτούνται τουλάχιστον τρία προγράμματα: ο συντάκτης. ο μεταγλωττιστής. ο συνδέτης. Τα σύγχρονα προγραμματιστικά περιβάλλοντα παρέχουν αυτά τα προγράμματα με ενιαίο τρόπο. 66

67 Κύκλος ανάπτυξης προγράμματος (1) Η πορεία μέχρι το εκτελέσιμο αρχείο είναι πιο σύνθετη από την απλή ακολουθία «προγραμματισμός + μετάφραση». Είναι μια διαδικασία που αποτελείται από πολλά στάδια και ενδέχεται να μην τερματίσει ποτέ. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται κύκλος ανάπτυξης προγράμματος (program development cycle). 67

68 Κύκλος ανάπτυξης προγράμματος (2) Τον κύκλο ανάπτυξης προγράμματος συνιστούν 6 στάδια: 1. Περιγραφή του προβλήματος και τυχόν περιορισμών. 2. Ανάλυση του προβλήματος και επιλογή μιας λύσης. 3. Σχεδίαση της επιλεγμένης λύσης. 4. Κωδικοποίηση σε γλώσσα προγραμματισμού. 5. Έλεγχος του προγράμματος και διόρθωση λαθών. 6. Συντήρηση του προγράμματος. 68

69 Στάδιο 1: Περιγραφή Τις περισσότερες φορές, το υπολογιστικό πρόβλημα δεν μας δίνεται στην απλή μορφή «Δίνεται. Να βρεθεί.». Αντιθέτως, αυτό που έχουμε μπροστά μας είναι ένα πρόβλημα του πραγματικού κόσμου. Πρέπει οι ίδιοι να διακρίνουμε ποια συστατικά αυτού του προβλήματος είναι σημαντικά και να τα καταγράψουμε με σαφήνεια. Ποια είναι τα δεδομένα (είσοδος, input); Ποια αποτελέσματα πρέπει να προκύψουν (έξοδος, output); Εκτός από τον προφανή περιορισμό (να προκύπτουν πάντα τα σωστά αποτελέσματα που αντιστοιχούν στα δεδομένα), μήπως πρέπει να ικανοποιούνται και άλλοι, πρόσθετοι περιορισμοί; 69

70 Στάδιο 1: Περιγραφή (Παράδειγμα) (1) Παράδειγμα: Μόλις τελείωσε το εξάμηνο, και θέλουμε να μάθουμε ποιος ήταν ο μέγιστος βαθμός στο τμήμα. Ποιο ακριβώς είναι το υπολογιστικό πρόβλημα; Είσοδος: Ο κατάλογος όλων των φοιτητών & των βαθμών τους. Ο κατάλογος όλων των βαθμών. Έξοδος: Το όνομα του φοιτητή με τον μεγαλύτερο βαθμό. Ο μεγαλύτερος από όλους τους βαθμούς. Περιορισμοί: Το πρόγραμμα θα πρέπει να λειτουργεί γρήγορα. 70

71 Στάδιο 1: Περιγραφή (Παράδειγμα) (2) Παράδειγμα: Μόλις τελείωσε το εξάμηνο, και θέλουμε να μάθουμε ποιος ήταν ο μέγιστος βαθμός στο τμήμα. Ποιο ακριβώς είναι το υπολογιστικό πρόβλημα; Είσοδος: Μια ακολουθία μη αρνητικών αριθμών x 1, x 2,, x N από το πληκτρολόγιο (σήμα τέλους: αριθμός < 0). Έξοδος: Ο μεγαλύτερος από τους δεδομένους αριθμούς, δηλ. ο max(x 1, x 2,, x N ), τυπωμένος στην οθόνη. Περιορισμοί: Το πρόγραμμα θα πρέπει να λειτουργεί γρήγορα. 71

72 Στάδιο 2: Ανάλυση Τώρα που το υπολογιστικό πρόβλημα είναι απολύτως σαφές, προσπαθούμε να επινοήσουμε κάποια λύση. Θυμηθείτε: λύση υπολογιστικού προβλήματος = αλγόριθμος που λύνει το υπολογιστικό πρόβλημα. Προσέξτε: Ίσως υπάρχουν πολλές λύσεις, δηλαδή πολλοί αλγόριθμοι που λύνουν το ίδιο πρόβλημα! Για κάθε λύση που σκεφτόμαστε, προσπαθούμε να βεβαιωθούμε ότι σε κάθε είσοδο θα παράγει τη σωστή έξοδο και ότι θα ικανοποιεί τους περιορισμούς. Διερευνούμε το ενδεχόμενο να υπάρχουν περισσότερες από μία λύσεις. Αν όντως επινοήσουμε περισσότερες από μία, τότε πρέπει να επιλέξουμε τη βέλτιστη. 72

73 Στάδιο 2: Ανάλυση (Παράδειγμα) (1) Στο παράδειγμά μας, μια λύση είναι η εξής: Διαβάζουμε τους x 1, x 2,, x N από το πληκτρολόγιο και τους αποθηκεύουμε. Έπειτα, για κάθε x i ελέγχουμε μήπως είναι μέγιστος, δηλαδή: Διατρέχουμε τους άλλους και ελέγχουμε αν είναι όλοι x i. Αν ναι, τότε τυπώνουμε τον x i στην οθόνη, και τερματίζουμε. Είναι αυτή η μέθοδος πράγματι λύση; Παράγει το σωστό αποτέλεσμα για οποιεσδήποτε τιμές των x 1, x 2,, x N ; Ναι. 73

74 Στάδιο 2: Ανάλυση (Παράδειγμα) (2) Μια άλλη λύση είναι η εξής: Διαβάζουμε τους x 1, x 2,, x N από το πληκτρολόγιο και ανά πάσα στιγμή παρακολουθούμε ποιος ήταν μέγιστος από τους μέχρι τώρα διαβασμένους. Στο τέλος τυπώνουμε στην οθόνη όποιον θυμόμαστε ως μέγιστο. Είναι αυτή η μέθοδος πράγματι λύση; Παράγει το σωστό αποτέλεσμα για οποιεσδήποτε τιμές των x 1, x 2,, x N ; Ναι. 74

75 Στάδιο 2: Ανάλυση (Παράδειγμα) (3) Ποια από τις δύο λύσεις είναι καλύτερη; Η δεύτερη λύση διατρέχει τους αριθμούς μόνο 1 φορά. Αντιθέτως, η πρώτη λύση ενδέχεται να τους διατρέχει πολλές φορές. (Στη χειρότερη περίπτωση, αν ο μέγιστος έχει δοθεί τελευταίος, οι αριθμοί διατρέχονται N φορές!) Άρα η δεύτερη λύση είναι ταχύτερη. Επομένως πρέπει να επιλέξουμε αυτήν. 75

76 Στάδιο 3: Σχεδίαση (1) Τώρα που γνωρίζουμε ποια λύση θέλουμε να υλοποιήσουμε, αναπτύσσουμε τον αλγόριθμο λεπτομερώς: 1. Μετατρέπουμε την λύση που έχουμε περιγράψει σε διάγραμμα ροής (flow chart). Αυτό αναπαριστά σχηματικά τη ροή του ελέγχου στον αλγόριθμό μας. 2. Μετατρέπουμε το διάγραμμα ροής σε ψευδοκώδικα (pseudocode). Αυτός αναπαριστά τον αλγόριθμό μας ως ακολουθία βημάτων, καθένα από τα οποία περιγράφεται μέσω ενός μείγματος λέξεων της ελληνικής ή της αγγλικής γλώσσας και κάποιων εντολών που είναι κοινές σε πολλές γλώσσες προγραμματισμού. 76

77 Στάδιο 3: Σχεδίαση (Παράδειγμα) (1) Διάγραμμα 6: Διάγραμμα ροής για την δεύτερη λύση (Διδάσκων, 2015). 77

78 Στάδιο 3: Σχεδίαση (Παράδειγμα) (2) Ψευδοκώδικας για τη δεύτερη λύση: 1. Αρχή 2. max < Επανάληψη 4. Διάβασε χ. 5. Αν max <x τότε max < x 6. Όσο x>=0. 7. Τύπωσε max. 8. Τέλος. 78

79 Στάδιο 3: Σχεδίαση (2) Διάγραμμα 7: Στάδιο 3: Σχεδίαση (Διδάσκων, 2015). 79

80 Στάδιο 3: Σχεδίαση (3) Βασικές εντολές σε ψευδοκώδικα: - αρχή/τέλος (τερματικό) - Τύπωσε (εκτύπωση) - διάβασε/γράψε (είσοδος/έξοδος από αρχείο) - Αν..τότε... (έλεγχος συνθήκης) - Αν...τότε αλλιώς... (έλεγχος συνθήκης) - Επανάληψη..όσο.. (βρόχος επανάληψης) - Όσο...επανέλαβε (βρόχος επανάληψης) 80

81 Στάδιο 4: Κωδικοποίηση Από τον ψευδοκώδικα, συντάσσουμε πρόγραμμα σε κάποια γλώσσα προγραμματισμού (π.χ. C, Java, κ.ά.). Μέσω μεταφραστή μετατρέπουμε το πρόγραμμα σε γλώσσα η οποία είναι αναγνωρίσιμη από τη μηχανή. Στο στάδιο αυτό γίνεται ο έλεγχος και η διόρθωση των συντακτικών λαθών (syntax errors), δηλαδή των λαθών που οφείλονται σε λανθασμένη χρήση των κανόνων της γλώσσας προγραμματισμού. 81

82 Στάδιο 4: Κωδικοποίηση (Παράδειγμα) (1) Πρόγραμμα στη γλώσσα C για τη δεύτερη λύση : # include <studio.h> Void main(void) { int x, max=-1; do { scanf ( %d, &x); if (max<x) max =x; } while (x>=0); printf ( %d\n, max); } 82

83 Στάδιο 4: Κωδικοποίηση (Παράδειγμα) (2) Διάγραμμα 8: Στάδιο 4- Κωδικοποίηση (Διδάσκων, 2015). 83

84 Στάδιο 5: Έλεγχος Πραγματοποιούμε πολλές δοκιμές προκειμένου να βεβαιωθούμε ότι το πρόγραμμα δουλεύει σωστά. Διορθώνουμε τυχόν λογικά σφάλματα που ανακύπτουν, δηλ. σφάλματα που αφορούν στη σχεδίαση της λύσης. 84

85 Στάδιο 5: Έλεγχος (Παράδειγμα) Στο παράδειγμά μας, ίσως κατά την κωδικοποίηση να πληκρολογήσαμε max>x αντί για max<x : scanf( %d, &x); if (max>x) ma=x; Ή ίσως κάναμε το ίδιο λάθος κατά την σχεδίαση: Διάγραμμα 9: Στάδιο 5- έλεγχος (Διδάσκων, 2015). Ο μεταφραστής δεν μπορεί να ανιχεύσει τέτοια λογικά σφάλματα. Εντοπίζονται μόνο στο στάδιο του έλέγχου. 85

86 Στάδιο 6: Συντήρηση Συντάσσουμε τεκμηρίωση (documentation), δηλαδή ένα εγχειρίδιο που να εξηγεί την χρήση του προγράμματος. Εγκαθιστούμε το πρόγραμμα και αρχίζουμε να το χρησιμοποιούμε. Παρακολουθούμε την χρήση του προγράμματος και ενημερωνόμαστε για τυχόν νέες απαιτήσεις ή σφάλματα που ανακύπτουν. Όποτε είναι απαραίτητο, τροποποιούμε το πρόγραμμα καταλλήλως. 86

87 Προβλήματα Aκολουθεί σειρά προβλημάτων, που πρέπει να επιλύσουμε έως και τη φάση της σχεδίασης. Δηλαδή πρέπει: 1. Περιγραφή: Να παραθέσουμε μια σαφή περιγραφή του προβλήματος (αν δεν μας έχει ήδη δοθεί). 2. Ανάλυση: Να επινοήσουμε κάποιον αλγόριθμο (ή αλγορίθμους, και να επιλέξουμε τον καλύτερο). 3. Σχεδίαση: Για τον αλγόριθμό μας, να σχεδιάσουμε ένα διάγραμμα ροής και έπειτα έναν ψευδοκώδικα. 87

88 Πρόβλημα 1 Να γραφεί πρόγραμμα που να υπολογίζει τον μέσο όρο δύο αριθμών. Μια πιο σαφής περιγραφή: Δίνονται δύο πραγματικοί αριθμοί x και y, από το πληκτρολόγιο. Να υπολογιστεί ο μέσος όρος τους, (x+y)/2, και να τυπωθεί στην οθόνη. 88

89 Πρόβλημα 1: Διάγραμμα ροής Διάγραμμα 10: Διάγραμμα ροής προβλήματος 1 (Διδάσκων, 2015). 89

90 Πρόβλημα 1: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή. όπου x ο 1 ος αριθμός εισόδου 2. Διάβασε x,y. y ο 2 ος αριθμός εισόδου 3. average <----(x+y)/2. Average, ο ζητούμενος μέσος όρος 4. τύπωσε average. 5. Τέλος. 90

91 Πρόβλημα 2 Να γραφεί πρόγραμμα που να υπολογίζει τον ελάχιστο δύο αριθμών. Μια πιο σαφής περιγραφή: Δίνονται δύο πραγματικοί αριθμοί x και y, από το πληκτρολόγιο. Να υπολογιστεί ο ελάχιστος των αριθμών, min(x,y), και να τυπωθεί στην οθόνη. (Διευκρίνιση: Σε μια ανάθεση, η παράσταση δεξιά του μπορεί να περιέχει μόνο τις πράξεις +, -, *, και / ). 91

92 Πρόβλημα 2: Διάγραμμα ροής Διάγραμμα 11: Διάγραμμα ροής προβλήματος 2 (Διδάσκων, 2015). 92

93 Πρόβλημα 2: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή. όπου x ο 1 ος αριθμός εισόδου 2. Διάβασε x,y. y ο 2 ος αριθμός εισόδου 3. Αν x<=y. min, ο ζητούμενος ελάχιστος 4. Τότε min <-----x. 5. Αλλιώς Min <------y. 6. τύπωσε min. 7. Τέλος. 93

94 Πρόβλημα 2: Εναλλακτικό διάγραμμα ροής Διάγραμμα 12: Ενναλακτικό Διάγραμμα ροής προβλήματος 2 (Διδάσκων, 2015). 94

95 Πρόβλημα 2: εναλλακτικός Ψευδοκώδικας 1. Αρχή όπου x ο 1 ος αριθμός εισόδου 2. Διάβασε x,y. y ο 2 ος αριθμός εισόδου 3. Αν x<=y. 4. τότε τύπωσε x. 5. αλλιώς τύπωσε y. 6. Τέλος. 95

96 Πρόβλημα 3 Να γραφεί πρόγραμμα που να δέχεται μια απροσδιόριστα μεγάλη ακολουθία αριθμών (η οποία τερματίζει με τον αριθμό 0) και να υπολογίζει τα τετράγωνα αυτών. Μια πιο σαφής περιγραφή: Δίνεται μια ακολουθία αριθμών x 1, x 2,, x N, από το πληκτρολόγιο (σήμα τέλους: x N = 0). Να υπολογιστούν και να τυπωθούν στην οθόνη τα τετράγωνα των αριθμών, x 12, x 22,, x 2 N. 96

97 Πρόβλημα 3: Διάγραμμα ροής Διάγραμμα 13: Διάγραμμα ροής προβλήματος 3 (Διδάσκων, 2015). 97

98 Πρόβλημα 3: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή όπου x τρέχον αριθμός 2. Επανάληψη. square το τρέχον τετράγωνο 3. Διάβασε x. 4. square <----- x*x. 5. Τύπωσε square. 6. όσο x όχι ίσο με το μηδέν. 7. Τέλος. 98

99 Πρόβλημα 4 Να γραφεί πρόγραμμα που να δέχεται μια απροσδιόριστα μεγάλη ακολουθία αριθμών (η οποία τερματίζει με τον αριθμό 0) και να υπολογίζει το άθροισμα αυτών. Μια πιο σαφής περιγραφή: Δίνεται μια ακολουθία αριθμών x 1, x 2,, x N, από το πληκτρολόγιο (σήμα τέλους: x N = 0). Να υπολογιστεί και να τυπωθεί στην οθόνη το άθροισμά τους, x 1 + x x N. 99

100 Πρόβλημα 4: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή όπου x τρέχον αριθμός 2. Sum < sum το μέχρι στιγμής άθροισμα 3. Επανάληψη 4. Διάβασε x. 5. sum <----- sum+x. 6. Διάβασε x. 7. όσο x όχι ίσο με το μηδέν. 8. Τύπωσε sum. 9. Τέλος. 100

101 Πρόβλημα 5 Να γραφεί πρόγραμμα που να δέχεται μια απροσδιόριστα μεγάλη ακολουθία αριθμών (η οποία τερματίζει με τον αριθμό 0) και να υπολογίζει τον μέσο όρο τους. Μια πιο σαφής περιγραφή: Δίνεται μια ακολουθία αριθμών x 1, x 2,, x N, από το πληκτρολόγιο (σήμα τέλους: x N = 0). Να υπολογιστεί και να τυπωθεί στην οθόνη ο μέσος όρος τους, (x 1 + x x N )/N. 101

102 Πρόβλημα 5: Διάγραμμα ροής (1) Διάγραμμα 14: Διάγραμμα ροής προβλήματος 5 (Διδάσκων, 2015). 102

103 Πρόβλημα 5: Ψευδοκώδικας (1) 1. Αρχή x: τρέχον αριθμός 2. N < N: το μέχρι στιγμής πλήθος 3. Sum < sum: το μέχρι στιγμής άθροισμα 4. Eπανάληψη: average: ο ζητούμενος μέσος όρος 5. Διάβασε x 6. Ν <---Ν+1. Πρόβλημα: αυξάνεται ακόμη και όταν x=0 7. sum <----- sum+x. 8. όσο x όχι ίσο με το μηδέν. 9. Average <---- sum /N 10. Τύπωσε average. 11. Τέλος. 103

104 Πρόβλημα 5: Διάγραμμα ροής (2) Διάγραμμα 15: Ενναλακτικό Διάγραμμα ροής προβλήματος 5 (Διδάσκων, 2015). 104

105 Πρόβλημα 5: Ψευδοκώδικας (2) 1. Αρχή όπου x τρέχον αριθμός 2. N < N το μέχρι στιγμής πλήθος 3. Sum < sum το μέχρι στιγμής άθροισμα 4. Διάβασε x average ο ζητούμενος μέσος όρος 5. όσο x όχι ίσο με το μηδέν επανέλαβε: 6. Ν <-----Ν sum <----- sum+x. 8. Διάβασε x. 9. όσο x όχι ίσο με το μηδέν. 10. Average <---- sum /N 11. Τύπωσε average. 12. Τέλος. 105

106 Πρόβλημα 6 Να γραφεί πρόγραμμα που να δέχεται μια απροσδιόριστα μεγάλη ακολουθία φυσικών αριθμών (που τερματίζει με τον αριθμό 0) και να υπολογίζει τον μέγιστο αυτών. Μια πιο σαφής περιγραφή: Δίνεται μια ακολουθία φυσικών αριθμών x 1, x 2,, x N, από το πληκτρολόγιο (σήμα τέλους: x N = 0). Να υπολογιστεί ο μέγιστος αυτών, max(x 1, x 2,, x N ), και να τυπωθεί στην οθόνη. 106

107 Πρόβλημα 6: Διάγραμμα ροής Διάγραμμα 16: Διάγραμμα ροής προβλήματος 6 (Διδάσκων, 2015). 107

108 Πρόβλημα 6: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή όπου x τρέχον αριθμός 2. Max < Max ο μέχρι στιγμής μέγιστος 3. Επανάληψη. 4. Διάβασε x. 5. Αν max<x. 6. τότε max <----x. 7. όσο x όχι ίσο με το μηδέν. 8. Τύπωσε max. 9. Τέλος. 108

109 Πρόβλημα 7 Τα στοιχεία των φοιτητών είναι αποθηκευμένα σε αρχείο με όνομα students.dat, ως εξής: Πίνακας 1: Πίνακας προβλήματος 7 (Διδάσκων, 2015). Να γραφεί πρόγραμμα που διαβάζει το αρχείο και τυπώνει στην οθόνη τα ονόματα των φοιτητών που αρίστευσαν (δηλ. έλαβαν βαθμό 8). 109

110 Πρόβλημα 7: Διάγραμμα ροής Διάγραμμα 17: Διάγραμμα ροής προβλήματος 7 (Διδάσκων, 2015). 110

111 Πρόβλημα 7: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή όπου rec η τρέχουσα εγγραφή 2. Άνοιξε students.dat. 3. Διάβασε rec. 4. Όσο όχι EOF επανέλαβε 5. Αν rec.grade >= τότε τύπωσε rec.name. 7. Διάβασε rec. 8. Κλείσε students.dat. 9. Τέλος. 111

112 Πρόβλημα 8 Τα στοιχεία των φοιτητών είναι αποθηκευμένα σε αρχείο με όνομα students.dat, ως εξής: Πίνακας 2: Πίνακας προβλήματος 8 (Διδάσκων, 2015). Να γραφεί πρόγραμμα που διαβάζει το αρχείο και ενημερώνει το πεδίο grade κάθε φοιτητή με τον βαθμό που προκύπτει από την ενδιάμεση και την τελική εξέταση, σύμφωνα με τον τύπο: grade = 0.7*final + 0.3*midterm 112

113 Πρόβλημα 8: Διάγραμμα ροής Διάγραμμα 18: Διάγραμμα ροής προβλήματος 8 (Διδάσκων, 2015). 113

114 Πρόβλημα 8: Ψευδοκώδικας 1. Αρχή όπου rec η τρέχουσα εγγραφή 2. Άνοιξε students.dat. 3. Διάβασε rec. 4. Όσο όχι EOF επανέλαβε 5. rec.grade <--- 0,7*rec.final +0,3*rec.midterm. 6. Γράψε rec. 7. Διάβασε rec. 8. Κλείσε students.dat. 9. Τέλος. 114

115 Βιβλιογραφία Forouzan, Β. Α. (2003). Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. Tanenbaum, Α. S. (2013). Modern Operating Systems (3rd Edition), Pearson. Παπακωνσταντίνου, Γ., Τσανάκας, Π., Κοζύρης, Ν., Μανουσοπούλου, Α. και Ματζάκος,Π. (2004). Τεχνολογία Υπολογιστικών Συστημάτων και Λειτουργικά Συστήματα, ISBN , Αθήνα. Πασπαλλής N. (2011). Εισαγωγή στην Επιστήμη της Πληροφορικής Σημειώσεις μαθήματος. Τμήμα Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Κύπρου. 115