Προγραμματισμός Η/Υ Συναρτήσεις & Υποπρογράμματα ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος
Τμηματικός Προγραμματισμός Η επίλυση ενός προβλήματος διευκολύνεται με τη διαίρεση του σε μικρότερα υποπροβλήματα. Η επίλυση των υποπροβλημάτων αυτών οδηγεί στην επίλυση του αρχικού προβλήματος. Κάθε πρόβλημα διαιρείται σε μικρότερα επιμέρους προβλήματα και κάθε ένα από αυτά τα προγράμματα διαιρείται σε ακόμα απλούστερα και μικρότερα. Στο τέλος τα επιμέρους υποπροβλήματα είναι αρκετά απλά, ώστε οι αντίστοιχοι αλγόριθμοι και τα αντίστοιχα τμήματα προγράμματος να μπορούν να σχεδιασθούν και να γραφούν εύκολα. Ο τελικός αλγόριθμος του προβλήματος ανάγεται σε πολλούς απλούστερους επί μέρους αλγόριθμους και το τελικό πρόγραμμα σε πολλά απλούστερα τμήματα προγράμματος.
Τμηματικός Προγραμματισμός Η τεχνική του τμηματικού προγραμματισμού είναι ένα από τα βασικότερα συστατικά του δομημένου προγραμματισμού, ο οποίος εξασφαλίζει σε μεγάλο βαθμό την επιτυχή και εύκολη δημιουργία σωστών προγραμμάτων. Τμηματικός προγραμματισμός ονομάζεται η τεχνική σχεδίασης και ανάπτυξης των προγραμμάτων ως ένα σύνολο από απλούστερα τμήματα προγραμμάτων. Όταν ένα τμήμα προγράμματος επιτελεί ένα αυτόνομο έργο και έχει γραφεί χωριστά από το υπόλοιπο πρόγραμμα, τότε αναφερόμαστε σε υποπρόγραμμα (subprogram).
Ανάλυση Προβλήματος Πρόβλημα: Αξιολόγηση αποτελεσμάτων στις εξεταστικές περιόδους. Για να αντιμετωπισθεί πιο εύκολα αυτό το σύνθετο πρόβλημα πρέπει να αναλυθεί σε επιμέρους μικρότερα προβλήματα. Συγκεκριμένα τα τρία βασικά διαφορετικά τμήματα είναι: Εισαγωγή δεδομένων. Επεξεργασία δεδομένων. Εκτύπωση αποτελεσμάτων.
Ανάλυση Προβλήματος Τα τρία αυτά τμήματα μπορούν να αναλυθούν περισσότερο: Εισαγωγή δεδομένων: Καταχώριση δεδομένων. Έλεγχος δεδομένων. Επεξεργασία δεδομένων: Υπολογισμός μέσης τιμής. Υπολογισμός τυπικής απόκλισης. Κατανομή συχνοτήτων. Δημιουργία γραφικών παραστάσεων. Εκτύπωση αποτελεσμάτων: Εκτύπωση πινάκων συχνοτήτων. Εκτύπωση γραφικών παραστάσεων.
Χαρακτηριστικά Υποπρογραμμάτων Κάθε υποπρόγραμμα έχει μόνο μια είσοδο και μια έξοδο: Κάθε υποπρόγραμμα ενεργοποιείται με την είσοδο σε αυτό, που γίνεται πάντοτε από την αρχή του, εκτελεί ορισμένες ενέργειες, και απενεργοποιείται με την έξοδο από αυτό, που γίνεται πάντοτε από το τέλος του. Κάθε υποπρόγραμμα πρέπει να είναι ανεξάρτητο από άλλα: Κάθε υποπρόγραμμα μπορεί να σχεδιαστεί, να αναπτυχθεί και να συντηρηθεί αυτόνομα χωρίς να επηρεαστούν άλλα υποπρογράμματα (πάντως η απόλυτη ανεξαρτησία είναι δύσκολη). Κάθε υποπρόγραμμα πρέπει να μην είναι πολύ μεγάλο: Κάθε υποπρόγραμμα να είναι τόσο, ώστε να είναι εύκολα κατανοητό για να μπορεί να ελέγχεται. Κάθε υποπρόγραμμα πρέπει να εκτελεί μόνο μία λειτουργία. Αν εκτελεί περισσότερες λειτουργίες, τότε συνήθως μπορεί και πρέπει να διασπαστεί σε ακόμη μικρότερα υποπρογράμματα.
Πλεονεκτήματα Η σωστή χρήση του τμηματικού προγραμματισμού, δηλαδή ο σωστός χωρισμός ενός σύνθετου προγράμματος σε υποπρογράμματα, εξασφαλίζει τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά του σωστού προγραμματισμού: Διευκολύνει την ανάπτυξη του αλγορίθμου και του αντιστοίχου προγράμματος: Επιτρέπει την εξέταση και την επίλυση απλών προβλημάτων και όχι στην αντιμετώπιση του συνολικού προβλήματος. Με τη σταδιακή επίλυση των υποπροβλημάτων και τη δημιουργία των αντιστοίχων υποπρογραμμάτων τελικά επιλύεται το συνολικό πρόβλημα.
Πλεονεκτήματα Διευκολύνει την κατανόηση και διόρθωση του προγράμματος : Ο χωρισμός του προγράμματος σε μικρότερα αυτοτελή τμήματα επιτρέπει τη γρήγορη διόρθωση ενός συγκεκριμένου τμήματός του χωρίς οι αλλαγές αυτές να επηρεάσουν όλο το υπόλοιπο πρόγραμμα. Διευκολύνει οποιονδήποτε χρειαστεί να διαβάσει και να κατανοήσει τον τρόπο που λειτουργεί το πρόγραμμα.
Πλεονεκτήματα Απαιτεί λιγότερο χρόνο και προσπάθεια στη συγγραφή του προγράμματος: Αν χρειάζεται η ίδια λειτουργία σε διαφορετικά σημεία ενός προγράμματος, το ίδιο υποπρόγραμμα μπορεί να καλείται από πολλά σημεία του προγράμματος. Επεκτείνει τις δυνατότητες των γλωσσών προγραμματισμού: Ένα υποπρόγραμμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί πολύ εύκολα και σε άλλα προγράμματα. Η χρήση του δε διαφέρει από τη χρήση των ενσωματωμένων συναρτήσεων που παρέχει η γλώσσα προγραμματισμού. Η συγγραφή πολλών υποπρογραμμάτων και η δημιουργία βιβλιοθηκών με αυτά, ουσιαστικά επεκτείνουν την ίδια τη γλώσσα προγραμματισμού.
Παράμετροι Το υποπρόγραμμα είναι αυτόνομο και ανεξάρτητο τμήμα προγράμματος, αλλά συχνά πρέπει να επικοινωνεί με το υπόλοιπο πρόγραμμα. Συνήθως δέχεται τιμές από το τμήμα προγράμματος που το καλεί και μετά την εκτέλεση επιστρέφει σε αυτό νέες τιμές, αποτελέσματα. Μια παράμετρος είναι μια μεταβλητή που επιτρέπει το πέρασμα της τιμής της από ένα τμήμα προγράμματος σε ένα άλλο.
Διαδικασίες και Συναρτήσεις Υπάρχουν δύο ειδών υποπρογράμματα: Οι διαδικασίες μπορούν να εκτελέσουν οποιαδήποτε λειτουργία από αυτές που μπορεί να εκτελέσει ένα πρόγραμμα. Να εισάγουν δεδομένα, να εκτελέσουν υπολογισμούς, να μεταβάλλουν τις τιμές των μεταβλητών και να τυπώσουν αποτελέσματα. Οι συναρτήσεις υπολογίζουν μια τιμή, αριθμητική, χαρακτήρα ή λογική και την επιστρέφουν στο υποπρόγραμμα που την κάλεσε. Οι συναρτήσεις μοιάζουν με τις συναρτήσεις των μαθηματικών και η χρήση τους είναι όμοια με τη χρήση των ενσωματωμένων συναρτήσεων που υποστηρίζει η γλώσσα προγραμματισμού.
Διαδικασίες και Συναρτήσεις Η διαδικασία είναι ένας τύπος υποπρογράμματος που μπορεί να εκτελεί όλες τις λειτουργίες ενός προγράμματος. Η συνάρτηση είναι ένας τύπος υποπρογράμματος που υπολογίζει και επιστρέφει τιμή (όπως οι μαθηματικές συναρτήσεις).
Παράδειγμα Να γραφεί πρόγραμμα, το οποίο υπολογίζει το εμβαδό του κύκλου από την ακτίνα του. Το πρόγραμμα εκτελεί τρεις συγκεκριμένες απλές λειτουργίες. 1. Διαβάζει τα δεδομένα, την ακτίνα, η οποία πρέπει να είναι θετικός αριθμός. 2. Υπολογίζει το εμβαδό (Ε=πr 2 ). 3. Τυπώνει το αποτέλεσμα, το εμβαδό Ε.
Παράδειγμα Διαβάζει τα δεδομένα, την ακτίνα, η οποία πρέπει να είναι θετικός αριθμός.
Υπολογίζει το εμβαδό (Ε=πr 2 ). Παράδειγμα
Παράδειγμα Τυπώνει το αποτέλεσμα, το εμβαδό Ε.
Παράδειγμα Το κύριο πρόγραμμα που καλεί όλα τα υποπρογράμματα θα είναι:
Αναδρομή Ένα υποπρόγραμμα καλείται από το κύριο πρόγραμμα ή από ένα άλλο υποπρόγραμμα. Υπάρχει όμως και η δυνατότητα ένα υποπρόγραμμα να καλεί τον εαυτό του. Η δυνατότητα αυτή αποκαλείται αναδρομή (recursion).
Αναδρομή Ο ορισμός κάθε αναδρομικού υποπρογράμματος έχει δύο τμήματα, την αναδρομική σχέση και την τιμή βάσης ή συνθήκη τερματισμού. Παράδειγμα: Υπολογισμός του παραγοντικού. Το παραγοντικό ορίζεται αναδρομικά ως εξής: Τιμή βάσης ή συνθήκη τερματισμού είναι η τιμή που ορίζεται για μια συγκεκριμένη τιμή της παραμέτρου της συνάρτησης, στο παράδειγμα η τιμή είναι 1 για n=0.
Υπολογισμός Παραγοντικού
Αλγόριθμος Ευκλείδη για Εύρεση ΜΚΔ
Ακολουθία Fibonacci Η ακολουθία αριθμών Fibonacci πρώτης τάξης είναι: Οι πρώτοι όροι της ακολουθίας Fibonacci πρώτης τάξης είναι: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 κλπ.
Ακολουθία Fibonacci
Αναδρομή Παρότι η αναδρομή φαίνεται ως πιο φυσικός τρόπος προγραμματισμού, πρέπει να χρησιμοποιείται με μέτρο. Μεταξύ ενός απλού επαναληπτικού προγράμματος και ενός αναδρομικού προγράμματος προτιμάται το πρώτο. Κάθε κλήση μιας συνάρτησης ή μιας διαδικασίας έχει χρονικό κόστος μη αμελητέο. Το κέρδος σε χρόνο προγραμματισμού δημιουργεί απώλεια σε χρόνο εκτέλεσης. Αν ο χρόνος απόκρισης είναι κρίσιμος για την εφαρμογή, τότε πρέπει να προτιμηθεί η επαναληπτική μέθοδος.
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.