Informatika Előadás

1. Informatika Előadás Algoritmusok Tusnádi István

2. Az algoritmus definíciója • Azon egyértelmű instrukciók halmazát, mely egy konkrét feladat véges számú lépésben történő megoldásához vezet, algoritmusnak nevezzük

3. Az algoritmizálhatóság feltételei • Lépésekre bontott végrehajtható folyamat • Minden lépés egy elemi utasítás vagy felbontható elemi utasításokra • Meghatározott a végrehajtási sorrend • Véges a leírás

4. Az algoritmus műveletei • szekvenciák (utasítások egymás utánisága) • iterációk más néven ciklusok (utasítások ismétlődése) • szelekciók (az algoritmus feltételtől függő elágaztatása)

5. Az algoritmizálás alapjai • Az algoritmus lépésekből áll. • Minden lépésnek egyértelműen végrehajthatónak kell lennie. • A végrehajtandó instrukcióknak valamilyen célja van. • Az algoritmusnak vannak bemenő adatai melyeket felhasznál. • Az algoritmusnak legalább egy kimenő adatot produkálnia kell. • Az algoritmus véges számú lépésben megoldhatónak kell lennie. • Az algoritmus legyen hatékony és felhasználó barát

6. Egymás utáni utasítások • Hétköznapi életből vett algoritmus: • Utcai telefonkészülék használatának algoritmusa • Emelje fel a kézibeszélőt • Várja meg a tárcsahangot • Ha van tárcsahang, akkor • Dobjon be egy 50 Ft-ost! • Tárcsázzon! • Vége

7. Feltételtől függő elágaztatás • Az előbbi példa finomítása: • Utcai telefonkészülék használatának algoritmusa • Emelje fel a kézibeszélőt • Várja meg a tárcsahangot • Ha nincs búgó hang, akkor • Keressen egy másik telefonkészüléket! • Kezdje elölről a folyamatot • egyébként • Dobjon be egy 50 Ft-ost! • Tárcsázzon! • Vége

8. Ismételt, feltételtől függő végrehajtás • Példa egy másik algoritmusra: • Szörpautomata használati algoritmusa: • Válaszd ki a megfelelő szörpöt! • Dobj be egy 100 Ft-ost! • Nyomd meg a kívánt szörphöz tartozó gombot! • Ismételd amíg nem telik meg a pohár: Nézd a poharat! • Vedd ki a poharat! • Idd meg a szörpöt! • Vége

9. Az algoritmizálás alapjai • Az algoritmusok 3 alapvető műveletből épülnek fel: • szekvenciák (utasítások egymás utánisága) • iterációk más néven ciklusok (utasítások ismétlődése) • szelekciók (az algoritmus feltételtől függő elágaztatása)

10. A program • Egy számítógép által érthető nyelven írt algoritmust programnak nevezünk.

11. Az algoritmus tervezése • Meg kell fogalmazni, hogy pontosan mit kíván a feladat, azaz milyen adat(ok)ból mi(ke)t, s milyen összefüggés alapján kell kiszámolni. Ezt a pontos, precíz megfogalmazást hívják specifikációnak. • Az algoritmus áttekinthető formában való leírására számtalan eszköz létezik: • Folyamatábra • Stuktogram • Jackson-féle jelölés • Leírás fával • Leírás mondatszerű elemekkel

12. Algoritmus leíró eszközök • Folyamatábra: • A programot gráfként írja le. A programgráf egy irányított gráf, amely a csomópontokból és őket összekötő élekből áll, egyetlen induló és befejező éle van, az induló élből bármely csomópont elérhető. A folyamatábra három féle csomópontot tartalmaz: • utasítás csomópont • döntés csomópont • gyűjtő csomópont. • Ez az algoritmus leíró eszköz jól használható az algoritmusok végrehajtásának követésére. • Hátrányai: terjedelmes, szövegszerkesztővel nehezen készíthető, javítása rendkívül nehézkes.

13. Folyamatábra • Utasítás csomópont • Döntés csomópont • Gyűjtő csomópont Utasítás Igaz Hamis

14. Folyamatábra Emelje fel a kézibeszélőt Van búgó hang? Várja meg a tárcsahangot Igaz Hamis Keressen egy másik telefonkészüléket! Dobjon be egy 50 Ft-ost! Tárcsázzon! Vége

15. Algoritmus leíró eszközök • Stuktogram: • Az eszköz a folyamatábra hibáit próbálja meg kiküszöbölni azzal, hogy a programgráfot élek nélkül ábrázolja, így egyetlen egy alapelem marad a téglalap. Az eszköz csak struktúrált programok írására alkalmas, rajzossága miatt terjedelmes, nehezen javítható és nehezen „olvasható”.

16. Stuktogram Utasítás Szekvencia: Utasítás Feltétel Igen Nem Szelekció: Utasítás Utasítás Feltétel Iteráció: Utasítás(ok)

17. Algoritmus leíró eszközök • Jackson diagram: • Ez az eszköz az adat- és algoritmikus szerkezetek leírására egységes ábrakészletet definiál.Az új eszköz egyértelmű előnye az algoritmus- és adatleírás egységessége, áttekinthetősége azonban az eddigieknél is rosszabb.

18. Jackson diagram A Szekvencia: B C A Szelekció: F B C A Iteráció: F * C

19. Algoritmus leíró eszközök • Leírás fával: • Ez a leíró eszköz a programgráfot és-vagy-fával írja le. A fa ciklust nem tartalmaz, a ciklusokat rekurzívan írhatjuk le. Az eszköz az eddigieknél szélesebb alkalmazási lehetőségű, áttekinthetősége viszont továbbra is rossz.

20. Algoritmus leíró eszközök • Leírás mondatokkal: • Sorszámozott utasítású programozási nyelvekhez (pl.: BASIC) illeszkedik ez az eszköz. Utasításai sorszámozott mondatok. Ennél az eszköznél a követést a sorszámok biztosítják. Nehezen áttekinthető, olvasható sok hátrányos tulajdonsága van.

21. Leírás mondatokkal 1. Emelje fel a kézibeszélőt 2. Várja meg a tárcsahangot 3. Ha van búgó hang, akkor folytasd az 5. soron! 4. Keressen egy másik telefonkészüléket! Folytasd a 7. soron! 5. Dobjon be egy 50 Ft-ost! 6. Tárcsázzon! 7. Vége

22. Algoritmus leíró eszközök • Leírás mondat-szerű elemekkel: • Elemei nem teljes mondatok, mondat szerű elemek. Struktúrái megfelelnek a szokásos Neumann elvű programozási nyelv struktúráknak, kódolása egyszerű.

23. Algoritmus tervezése • Az algoritmus tervezésének alapja a dekompozíció: A feladatot részekre kell bontani, a részeket meg kell oldani, majd a megoldott részeket kell összeállítani, hogy együtt működhessenek. A részekre bontásnál két irányzatot különböztetünk meg: • Felülről lefelé, fokozatosan, lépésenként finomítással. (Top-down módszer) • Alulról felfelé (bottom-up) módszer, ahol a kisebb feladatok megoldásával kezdjük, majd azután gondolkodunk az összeállítás struktúráján.

24. Algoritmus tervezése • A felülről lefelé való programtervezés irányelvei: • Oszd meg és uralkodj elv: a lebontott részek egymástól függetlenek legyenek • Adatok elrejtésének elve: a megfelelő program részek csak saját adataikon dolgozzanak • Döntések elhalasztásának elve: azokat a döntéseket, melyekhez nincs elég ismeretünk halasszuk későbbre. • Döntések kimondásának elve: ha már meghoztunk egy döntést, meg kell fogalmazni, le kell rögzíteni, nehogy később erről megfeledkezve ellentmondásba keveredjünk.

25. Algoritmus tervezése • Az alulról felfelé tervezés lényege: • Már meglévő programrészeket építünk programunkba. Erre akkor kerül sor, ha bizonyos részfeladatokat már megcsináltunk, vagy amikor megvásárolunk egy rutingyűjteményt.

26. Objektumorientált szemléletmód • Az algoritmust végrehajtó programot a tervezés során jól elkülöníthető modulokra kell bontani, • A modulok külön-külön jól definiált feladatot látnak el, így könnyen változtathatók, karbantarthatók, védettek, könnyen összeépíthetők és újrafelhasználhatók lesznek. • A megvalósításhoz a modulokon belül erős összetartás, a modulok között laza kapcsolat elvét kell követni

27. Modulok az objektumorientált rendszerben Adat Eljárás Eljárás Adat Eljárás Adat Adat Adat Eljárás Eljárás Adat Eljárás

28. Objektumorientált szemléletmód • Egy objektumorientált programban a legkisebb modul az objektum, melyben adatok és az eljárások össze vannak zárva. • Minden objektumnak megvan a jól meghatározott feladata. • A program működése során az objektumok egymással kommunikálva végzik a rájuk bízott feladatot • Egy objektumorientált rendszer tervezésekor a feladatspecifikáció alapján meg kell határozni a rendszerben szereplő objektumokat, és az objektumok között szét kell osztani a feladatokat.

29. Objektumorientált szemléletmóddal kapcsolatos fogalmak • Felelősség: minden objektumnak megvan a jól meghatározott feladata. Az objektum felelős a feladatai elvégzéséért. • Bezárás, információ elrejtése: a feladatok elvégzésének hogyanja az objektum belügye. Az objektum belseje sérthetetlen. • Polimorfizmus, többalakúság: ugyanarra a kérelemre a különböző objektumok különbözőképpen reagálnak.

30. Objektumorientált szemléletmóddal kapcsolatos fogalmak • Osztályozás: az objektum példányokat viselkedésük szerint osztályokba soroljuk. • Öröklődés: egy osztály örökölhet tulajdonságokat és viselkedésformákat egy másik osztálytól. Az utód osztályban csak az ős osztálytól való eltéréseket kell megadni. • Futás alatti kötés: bizonyos operációkról csak futáskor lehet kideríteni, hogy konkrétean melyikre van szükség. Ezek az operációk később kötődnek a programhoz.

31. Példa objektum öröklődésre Ember NévSzületési év Ős osztály Tanul Beszél Hallgató Oktató TanfolyamszámEredmény TanszékFizetés Utód osztályok Tanul Tanít Beszél

32. Vége