Εισαγωγή στην Πληροφορική Ανάπτυξη Λογισμικού ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Συντήρησης Πολιτισμικής Κληρονομιάς
Βασικές Έννοιες Η διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού μπορεί να παρομοιαστεί με τη διαδικασία επίλυσης ενός προβλήματος. Η επίλυση του προβλήματος απαιτεί: Το σαφή ορισμό του. Την ακριβή αναλυτική λύση του προβλήματος: Συγκεκριμένη ακολουθία βημάτων => Αλγόριθμος. Την περιγραφή της επίλυσης: Προγραμματισμός Η διαδικασία κατά την οποία περιγράφονται τα διαδοχικά στάδια της επίλυσης ενός προβλήματος με χρήση κατάλληλων εντολών και λέξεων.
Ορισμός του Προβλήματος Κατανόηση του προβλήματος: Σωστή ερμηνεία και επαναδιατύπωση. Αποτύπωση της δομής του προβλήματος: Ανάλυση του προβλήματος στα συστατικά του μέρη. Περιγραφή σχέσεων επικοινωνίας μεταξύ των επιμέρους τμημάτων. Απλοποίηση υλοποίησης λόγω επίλυσης μικρότερων και απλούστερων τμημάτων. Καθορισμός απαιτήσεων: Προσδιορισμός των δεδομένων. Προσδιορισμός της επιθυμητής εξόδου.
Επίλυση Προβλημάτων Ορισμός αλγόριθμου: Η πεπερασμένη σειρά ενεργειών/βημάτων που πρέπει να ακολουθηθούν για την ακριβή περιγραφή της επίλυσης ενός προβλήματος. Σαφής υπολογιστική διαδικασία που εκτελείται σε πεπερασμένο χρόνο.
Επίλυση Προβλημάτων Βασικά συστατικά ενός αλγόριθμου: Είσοδος (input): Τα δεδομένα εισόδου ονομάζονται και στιγμιότυπα... και πρέπει να είναι νόμιμα. Έξοδος (output): Η μερική ή ολική λύση του προβλήματος. Πεπερασμένα βήματα: Ολοκλήρωση μετά την εκτέλεση όλων των εντολών. Σαφές μέτρο απόδοσης: Π.χ. Το πλήθος των πράξεων που απαιτούνται.
Ανάπτυξη Αλγόριθμων Στάδια ανάπτυξης ενός αλγόριθμου: Ελεύθερο κείμενο: Συλλογισμοί σε φυσική γλώσσα. Δομημένη φυσική γλώσσα: Σύμφωνη με τη δομή (τμήματα) του προγράμματος. Αναπαράσταση με διαγράμματα ροής: Χρήση βασικών σχημάτων. Ψευδοκώδικας ή ψευδογλώσσα: Δεν απαιτείται λεκτικός και συντακτικός έλεγχος του κώδικα. Algorithm engineering.
Ανάπτυξη Αλγόριθμων Θέματα ανάπτυξης ενός αλγόριθμου: Διάφορα στάδια ελέγχου ορθότητας. Η απευθείας σύνταξη σε κάποια γλώσσα προγραμματισμού δεν ενδείκνυται, ειδικά σε περιπτώσεις σύνθετων προβλημάτων.
Αναπαράσταση Αλγόριθμων Στοιχεία διαγραμμάτων ροής: Αρχή / Τέλος Εκτέλεση πράξεων Είσοδος / Έξοδος Ερώτηση / απόφαση Διασύνδεση ροής
Αναπαράσταση Αλγόριθμων Εύρεση μέγιστου μεταξύ δύο ακεραίων (διάγραμμα ροής): Αρχή Διάβασε α,β α>β όχι α==β όχι ναι ναι Τύπωσε «α μεγαλύτερος» Τύπωσε «αριθμοί ίσοι» Τύπωσε «β μεγαλύτερος» Τέλος
Αναπαράσταση Αλγόριθμων Εύρεση μέγιστου μεταξύ δύο ακεραίων (ψευδοκώδικας):
Αναπαράσταση Αλγόριθμων Άθροισμα άρτιων ακεραίων από 0 έως 98: Αρχή i = 0 sum = 0 i < 99 όχι ναι sum = sum + i i = i + 2 Τύπωσε sum Τέλος
Δομή Αλγόριθμων Σειριακή ακολουθία εντολών: Επίλυση απλών προβλημάτων. Επιλογή εντολών: Εκτέλεση μίας εντολής υπό συνθήκη. Πολλαπλές επιλογές: Ο έλεγχος/εκτέλεση του αλγόριθμου καθορίζεται από μια λίστα επιλογών/κριτηρίων. Εμφωλευμένες εντολές. Επανάληψη εντολών: Εκτέλεση εντολής ή εντολών περισσότερες από μία φορές.
Ανάλυση Αλγόριθμων Κάθε αλγόριθμος πρέπει να έχει: Πεπερασμένο αριθμό βημάτων. Μετρήσιμη απόδοση: Πόρους που απαιτούνται για την υλοποίηση. Π.χ. Μνήμη για αποθήκευση δεδομένων/εντολών. Χρόνος που απαιτείται για την εκτέλεση των εντολών. Μέτρα απόδοσης αλγόριθμων: Πολυπλοκότητα χρόνου (Time complexity). Πολυπλοκότητα χώρου (Space complexity). Ανάλυση χειρότερης και μέσης/αναμενόμενης περίπτωσης.
Αλγόριθμος Ταξινόμησης Φυσαλίδας Bubble Sort Ο πλέον διαδεδομένος αλγόριθμος ταξινόμησης. Πραγματοποίηση διαδοχικών διελεύσεων: Πρώτη διέλευση: Πάρε το τελευταίο στοιχείο και σύγκρινέ το με το προηγούμενο. Αν είναι μικρότερο από το προηγούμενο, αντιμετάθεσέ τα. Στο τέλος το μικρότερο στοιχείο θα έχει έρθει πρώτο. Δεύτερη διέλευση: κ.ο.κ. Επανέλαβε το ίδιο με εξαίρεση το πρώτο στοιχείο.
Αλγόριθμος Ταξινόμησης Φυσαλίδας
Υλοποίηση Αλγόριθμων Οι εντολές περιγράφονται υπό μορφή γλώσσας μηχανής: Εξάρτηση από το υπολογιστικό σύστημα. Ένας προγραμματιστής πρέπει να ξέρει τις ιδιαιτερότητες του συστήματος. Η γλώσσα μηχανής είναι ιδιαίτερα δυσνόητη. => Γλώσσες προγραμματισμού.
Γλώσσες Προγραμματισμού Εντολές περισσότερο κατανοητές από τον άνθρωπο. Ταξινόμηση σε δύο κατηγορίες: Γλώσσες χαμηλού επιπέδου (π.χ. Assembly): Μοιάζουν αρκετά με τη γλώσσα μηχανής. Ο κώδικας για την περιγραφή μιας απλής εντολής είναι σύνθετος. Γλώσσες υψηλού επιπέδου: Πολύ κοντά στον ψευδοκώδικα. Καμία εξάρτηση από τη μηχανή. Απαιτείται μετάφραση του προγράμματος.
Μεταφραστές Μετατροπή πηγαίου προγράμματος σε γλώσσα μηχανής Κατηγορίες μεταφραστών: Μεταγλωττιστές (compilers): Όταν εμφανίζεται συντακτικό σφάλμα, η μεταγλώττιση πρέπει να ξεκινήσει από την αρχή. Διερμηνευτές (interpreters): Χαμηλές ταχύτητες εκτέλεσης. Συμβολομεταφραστές (assemblers). Εκτελεστές προγραμμάτων (run-time executors): Ο μεταγλωττιστής παράγει ενδιάμεσο κώδικα. Απαραίτητη η χρήση εκτελεστών προγραμμάτων για την μετάφραση του ενδιάμεσου κώδικα.
Γλώσσες Υψηλού Επιπέδου Πλεονεκτήματα γλωσσών υψηλού επιπέδου: Απλά και εύκολα στην εκμάθηση σύνολα εντολών και συντακτικών. Εκτέλεση πολύπλοκων διαδικασιών με μία μόνο εντολή. Προγράμματα μικρού μεγέθους. Αποδέσμευση από τις λειτουργίες χαμηλού επιπέδου: Εστίαση στην επίλυση του προβλήματος κι όχι στις λεπτομέρειες υλοποίησης. Απλός και εύκολος έλεγχος συντακτικού. Υποστήριξη δομημένου τρόπου επίλυσης προβλημάτων: Μέσω διαδικασιών (procedures).
Συστατικά γλωσσών προγραμματισμού Το αλφάβητο της γλώσσας: Χαρακτήρες, αριθμοί και σύμβολα. Το λεξιλόγιό της: Το σύνολο των (δεσμευμένων) λέξεων. Μερική αντιστοιχία με τη φυσική γλώσσα. Το συντακτικό (η γραμματική): Σωστή σύνταξη και ακολουθία εντολών. Οι κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται στις εκφράσεις της γλώσσας. Μια φυσική γλώσσα επεκτείνεται με νέες λέξεις-έννοιες, ενώ μια γλώσσα προγραμματισμού όχι: => Παραλλαγές γλωσσών προγραμματισμού.
Σύγχρονο Λογισμικό Το λογισμικό είναι παρόν σε κάθε δραστηριότητα της καθημερινής ζωής: Επικοινωνίες. Οικιακές συσκευές. Αυτοκίνητα. Διαχείριση αποθηκών. Διαχείριση δεδομένων: Π.χ. Καρτέλες βαθμολογίας φοιτητών.... Και η πολυπλοκότητά του συνεχώς αυξάνει: Ανάπτυξη συστημάτων λογισμικού.
Βασικά Συστατικά Λογισμικού Εντολές, οι οποίες αποτελούν τον κώδικα του προγράμματος. Όταν εκτελούνται παράγουν τα επιθυμητά αποτελέσματα. Δομές δεδομένων, για την οργάνωση και τον αποτελεσματικό χειρισμό των δεδομένων που θα χρησιμοποιηθούν. Κείμενα, διαγράμματα, αναφορές, που περιγράφουν τη λειτουργία και χρήση των προγραμμάτων.
Βασικά Συστατικά Λογισμικού Προϊόν Λογισμικού (Software Product) Κώδικας (Code) Τεκμηρίωση (Documentation)
Ιδιαιτερότητες Λογισμικού Πουλάτε ένα προϊόν λογισμικού και σας ρωτούν να προσδιορίσετε την ποιότητα του. Τι θα αναφέρατε; Δεν υπάρχουν σαφή χαρακτηριστικά ποιότητας! Άυλο: Είναι πολύ εύκολο να πει κανείς ότι ένα έργο λογισμικού είναι ολοκληρωμένο κατά 90% ακόμα και αν δε φαίνεται τίποτα. Πολυπλοκότητα: το λογισμικό είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα ανθρώπινα κατασκευάσματα. Έλλειψη λαθών; ΑΔΥΝΑΤΟ!
Ανάπτυξη Λογισμικού Η αποτελεσματικότητα του λογισμικού γίνεται αντιληπτή μόνο κατά τη χρήση του.... ενώ η ανάπτυξη λογισμικού αλλάζει συνεχώς στόχο... Μεταβολή απαιτήσεων πελάτη. Εξέλιξη του υλικού των υπολογιστών,... και των εργαλείων ανάπτυξης. Ανάγκη για οργάνωση, μεθοδολογία, αρχές ανάπτυξης: => Τεχνολογία Λογισμικού.
Τεχνολογία Λογισμικού Κλάδος της Πληροφορικής, ο οποίος ασχολείται με τη μελέτη και ανάπτυξη τεχνικών για την παραγωγή λογισμικού που: ικανοποιεί τις προδιαγραφές του, έχει την καλύτερη δυνατή ποιότητα, παραδίδεται μέσα σε προδιαγεγραμμένα χρονικά όρια, και το κόστος ανάπτυξής του βρίσκεται μέσα σε προδιαγεγραμμένα όρια.
Τεχνολογία Λογισμικού Επιστήμη Υπολογιστών Πελάτης Θεωρίες Λειτουργίες Η/Υ Πρόβλημα Τεχνολογία λογισμικού Μηχανισμοί τεχνολογίας λογισμικού
Διαδικασία Ανάπτυξης Λογισμικού Ανάλυση απαιτήσεων και καθορισμός προδιαγραφών. Σχεδίαση συστήματος. Σχεδίαση προγραμμάτων. Συγγραφή προγραμμάτων. Έλεγχος μονάδων, ολοκλήρωσης, συστήματος. Παράδοση συστήματος λογισμικού. Συντήρηση: Διόρθωση λαθών. Τροποποίηση λογισμικού.
Ομάδα Ανάπτυξης Λογισμικού Αναλυτές απαιτήσεων (analysts). Σχεδιαστές συστημάτων (designers). Προγραμματιστές (developers). Δοκιμαστές / ελεγκτές (testers). Εκπαιδευτές (trainers). Ομάδα συντήρησης (maintenance team): Περιλαμβάνει σχεδόν όλους τους παραπάνω. Η συντήρηση πολλές φορές περιλαμβάνει νέες απαιτήσεις από τον πελάτη.
Ρόλοι Μελών Ομάδας Ανάπτυξης Ανάλυση απαιτήσεων / καθορισμός προδιαγραφών ΑΝΑΛΥΤΗΣ Σχεδίαση συστήματος ΣΧΕΔΙΑΣΤΗΣ Σχεδίαση προγραμμάτων ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΗΣ Υλοποίηση προγραμμάτων Δοκιμή δομικών ομάδων ΔΟΚΙΜΑΣΤΗΣ Δοκιμή ενοποίησης / ολοκλήρωσης Δοκιμή συστήματος Παράδοση συστήματος ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΗΣ Συντήρηση
Συντελεστές Έργου Λογισμικού Πελάτης: Χρηματοδοτεί το έργο. Δημιουργεί τις απαιτήσεις. Μπορεί να είναι και ο τελικός χρήστης. Δημιουργός: Δημιουργεί το σύστημα λογισμικού. Χρήστης: Δημιουργεί απαιτήσεις. Χρησιμοποιεί το σύστημα. Υπεργολάβοι: Δημιουργούν ένα μέρος/υποσύστημα του τελικού συστήματος/προϊόντος.
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/από-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.
Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την 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.