La programación de computadores

Algunos fundamentos

http://rosellimailhe.net/Talks/Tools/Slidy2/squeakFest-2012.html

Diego F. Roselli Mailhe, <[email protected]>

SqueakFest — Montevideo, mayo de 2012

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Qué es Programación

La programación es el proceso de diseñar, codificar, depurar y mantener el código fuente de programas computacionales.
El propósito de la programación es crear programas que exhiban un comportamiento deseado.
El proceso de escribir código requiere frecuentemente conocimientos en varias áreas distintas, además del dominio del lenguaje a utilizar, algoritmos especializados y lógica formal.
Programar no involucra necesariamente otras tareas tales como el análisis y diseño de la aplicación pero sí el diseño del código.
Para crear un programa, y que la computadora interprete y ejecute las instrucciones escritas en él, debe usarse un lenguaje de programación. El código fuente es escrito en ese lenguaje.
En los lenguajes de programación de alto nivel se distinguen diversos elementos entre los que se incluyen el léxico propio del lenguaje, las reglas sintácticas y semánticas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Programación

Programas y algoritmos

Un algoritmo es una secuencia no ambigua, finita y ordenada de instrucciones que han de seguirse para resolver un problema. Un programa normalmente implementa uno o más algoritmos.
Un algoritmo puede expresarse de distintas maneras: en forma gráfica, como un diagrama de flujo, en forma de código de un lenguaje de programación, en lenguaje natural, etc.
Los programas suelen subdividirse en partes menores, llamadas módulos, de modo que la complejidad algorítmica de cada una de las partes sea menor que la del programa completo. Esto ayuda al desarrollo del programa. Es una práctica muy utilizada y se conoce como refinamientos sucesivos.

Programación e Ingeniería del Software

Existe una tendencia a identificar el proceso de creación de un programa informático con la programación, que es cierta cuando se trata de programas pequeños para uso personal, y que dista de la realidad cuando se trata de grandes proyectos.
La ingeniería del software se centra en los pasos de planificación y diseño del programa, mientras que antiguamente la realización de un programa consistía casi únicamente en escribir el código, bajo sólo el conocimiento de los requisitos y con una modesta fase de análisis y diseño.
Un programa es una pieza de ingeniería de software.

Técnicas de programación

Programación estructurada
Programación modular
Programación orientada a objetos
Programación declarativa

Programación estructurada

La programación estructurada es una técnica para escribir programas.
Para ello se utilizan únicamente tres estructuras: secuencia, selección e iteración.
Las construcciones estructuradas se propusieron para restringir el diseño procedimental del software a un número reducido de operaciones predecibles.
La utilización de construcciones estructuradas reduce la complejidad del programa y, por lo tanto, mejora la capacidad de comprender, comprobar y mantener.

Notación gráfica del diseño: el Diagrama de Flujo

«Una imagen vale más que mil palabras», pero es importante saber qué imagen y qué mil palabras (Pressman 2002 p. 274)Pressman, Roger S.; (2002) Ingeniería del Software. Un enfoque práctico.; 5a. ed., McGraw-Hill..
Es incuestionable que herramientas gráficas, tales como diagramas de flujo o diagramas de cajas, proporcionan formas gráficas excelentes que representan datos procedimentales fácilmente.
Un diagrama de flujo es una imagen bastante sencilla. Existen tres símbolos:
- Una caja indica un paso del proceso.
- Un rombo representa una condición lógica.
- Las flechas indican el flujo del control.

Diagrama de Flujo: los símbolos

Secuencia

La construcción secuencial o secuencia implementa los pasos del proceso esenciales para la especificación de cualquier algoritmo.

Selección

La construción condicional, estructura alternativa o selección proporciona las funciones para procesos seleccionados a partir de una condición lógica.

Iteración

La iteración o estructura repetitiva, proporciona los bucles o ciclos.

Cómo funciona

Solamente con estas tres estructuras se pueden escribir todos los programas y aplicaciones posibles.
Si bien los lenguajes de programación tienen un mayor repertorio de estructuras de control, estas pueden ser construidas mediante las tres básicas mencionadas.
En cualquier caso, las estructuras de control pueden anidarse. Eso significa:
- Dentro de una estructura repetitiva hay una o más secuencias, como resulta evidente.
- Lo mismo ocurre dentro de una estructura alternativa.
- Las estructuras pueden anidarse: una repetitiva dentro de otra, una alternativa dentro de una repetitiva, etc.

Hablando de lenguajes de programación: el Pseudocódigo

En ciencias de la computación y análisis numérico, se denomina pseudocódigo a una descripción de un algoritmo informático de programación de alto nivel, compacto e informal, que utiliza las convenciones estructurales de un lenguaje de programación verdadero, pero que está diseñado para la lectura humana en lugar de la lectura en máquina, y con independencia de cualquier otro lenguaje de programación.
Normalmente, el pseudocódigo omite detalles que no son esenciales para la comprensión humana del algoritmo, tales como declaraciones de variables.
Se utiliza pseudocódigo pues este es más fácil de entender para las personas que el código de lenguaje de programación convencional, ya que es una descripción eficiente y con un entorno independiente de los principios fundamentales de un algoritmo.
Se utiliza comúnmente en libros de texto y publicaciones científicas que documentan algoritmos, y también en la planificación del desarrollo de programas informáticos, para esbozar la estructura del programa antes de realizar la codificación efectivamente.

http://es.wikipedia.org/wiki/Pseudocódigo

Pseudocódigo

Un programador que tiene que aplicar un algoritmo específico, generalmente comienza con una descripción en pseudocódigo, luego "traduce" esa descripción al lenguaje de programación que se usará en la implementación y lo modifica para que interactúe correctamente con el resto del programa.
Los programadores también pueden iniciar un proyecto describiendo la forma del código en pseudocódigo en el papel, antes de escribirlo en su lenguaje de programación, como ocurre en la estructuración de un enfoque descendente o top-down.

Nuestro pseudocódigo: el RPL

Pressman (2002)Pressman, Roger S.; (2002) Ingeniería del Software. Un enfoque práctico.; 5a. ed., McGraw-Hill. le llama LDP (PDL). Para nosotros: RPL (Roselli Programming Language).
Como todo lenguaje, RPL tiene léxico, sintaxis y semántica. Para un más fácil abordaje, se irán definiendo a medida que vaya siendo necesario.
También como todo lenguaje, RPL tiene instrucciones (sentencias) y declaraciones.

La secuencia en RPL

Es la estructura de control más elemental.
La secuencia es una serie de instrucciones consecutivas.
Para definirla recursivamente: es una instrucción o es una instrucción seguida de una secuencia.

Ejemplo:


	MOSTRAR("¡Hola!")

Significa que debe mostrarse "¡Hola!" en la interfaz de salida. Esa interfaz será, normalmente, la pantalla de nuestro PC.

La alternativa en RPL

SI (<condición>)
  ENTONCES

    secuencia en caso condición = V

  SI NO

    secuencia en caso condición = F

FIN SI

Ejemplo:

SI ( largo ES IGUAL ancho )
  ENTONCES

    MOSTRAR("La figura es un cuadrado")

  SI NO

    MOSTRAR("La figura es un rectángulo")

FIN SI

La repetitiva en RPL

Según se ha visto, existen dos tipos de estructura repetitiva:

Una en la que puede que la secuencia no se ejecute nunca. Dicho de otro modo: la secuencia se ejecuta de cero a ene veces, porque la condición se revisa al inicio del ciclo. Esta se llama «hacer mientras» (do while).
La otra, en la que la condición se evalúa al final del ciclo. Así que la secuencia interna se ejecuta, al menos, una vez. A esta se le llama «repetir hasta» (repeat until).

Estructura de tipo «hacer mientras»

MIENTRAS (<condición>) HACER

	secuencia...

FIN MIENTRAS

Ejemplo:

VARIABLES: num, prod
num ← 0
MIENTRAS (num ES MENOR 10)

	num ← num + 1
	prod ← 2 * num
	MOSTRAR( "2 x ", num, " = ", prod)

FIN MIENTRAS

Estructura de tipo «repetir hasta»

REPETIR

	secuencia...

HASTA (<condición>)

Ejemplo:

VARIABLES: num, prod
num ← 0
REPETIR

	num ← num + 1
	prod ← 2 * num
	MOSTRAR( "2 x ", num, " = ", prod)

HASTA (num ES IGUAL 10)

Algunos comentarios sobre RPL

Las palabras que son propias del lenguaje, llamadas palabras reservadas, se denotan con MAYÚSCULAS.
Ejemplo:
- MOSTRAR
- ES IGUAL
- MIENTRAS ... HACER
Las palabras definidas por el programador, se denotan con minúsculas.
Ejemplo:
- num
- prod
Nótese el sangrado. La silueta del texto es importante.

Comentemos el último ejemplo

VARIABLES: `num`, `prod`	Declaración de variables
num ← 0	Sentencia de asignación: significa que la variable `num` recibe el valor cero
REPETIR	Comienzo del ciclo
num ← num + 1	`num` se incrementa en uno
prod ← 2 * num	El asterisco representa el producto. `prod` recibe el resultado de dos por `num`
MOSTRAR( "2 x ", num, " = ", prod)	Se muestra algo como "2 x 7 = 14"
HASTA (num ES IGUAL 10)	Fin del ciclo

Esto producirá algo así:

2 x 1  = 2
2 x 2  = 4
2 x 3  = 6
2 x 4  = 8
2 x 5  = 10
2 x 6  = 12
2 x 7  = 14
2 x 8  = 16
2 x 9  = 18
2 x 10 = 20

Algunos conceptos: las variables

Las variables son espacios reservados en la memoria que, como su nombre indica, pueden cambiar de contenido a lo largo de la ejecución de un programa.
Una variable corresponde a un área reservada en la memoria principal del computador pudiendo ser de longitud:
- Fija: cuando el tamaño de la misma no variará a lo largo de la ejecución del programa. Todas las variables en general, sean del tipo que sean, tienen longitud fija. Existen algunas excepciones, como las colecciones de otras variables (arrays) o las cadenas de caracteres.
- Variable: cuando el tamaño de la misma puede variar a lo largo de la ejecución. Típicamente colecciones de datos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Variable_(programación)

Más conceptos: los tipos de datos

Debido a que las variables contienen o apuntan a valores de tipos determinados, las operaciones sobre las mismas y el dominio de sus propios valores están determinados por el tipo de datos en cuestión. Algunos tipos de datos usados:
- Tipo de dato lógico.
- Tipo de dato entero.
- Tipo de dato de coma flotante (real, con decimales).
- Tipo de dato carácter.
- Tipo de dato cadena de caracteres.

http://es.wikipedia.org/wiki/Variable_(programación)

Si hay variables, tiene que haber `constantes`

Una constante es un valor que no puede ser alterado durante la ejecución de un programa.
Una constante corresponde a una longitud fija de un área reservada en la memoria principal del computador, donde el programa almacena valores fijos.

Por ejemplo:

El valor de π = 3,14159265358979323846

Por convención, el nombre de las constantes suele escribirse en mayúsculas en la mayoría de los lenguajes.

En RPL:

CONSTANTES: PI ← 3,14159265358979323846

áreaCirc ← 2 * PI * radio

Y también hay `literales`

Números, letras, o conjuntos de unos y otras que se toman tal cual aparecen escritos en el programa.
No tienen ningún nombre simbólico y deben ir entre comillas o apóstrofos, excepto los literales numéricos.

Ejemplo:


Literales numéricos: 123, 987, 1, 0

Literales alfanuméricos: "Montevideo", 'SqueakFest', "2", '007', '11600 Montevideo'

Operadores aritméticos en RPL

+ para sumar.
- para restar.
* para multiplicar.
/ para dividir.

Otros:

** o ^ para potencia.
√ para raíz cuadrada.

Ejemplo:

VARIABLES: a, b, c, x1, x2

x1 ← (-b + √( b ^ 2 - (4 * a * c))) / ( 2 * a ) 
x2 ← (-b - √( b ^ 2 - (4 * a * c))) / ( 2 * a )

Con lo que sabemos, mejoremos el programa

Hagamos la tabla del 17

CONSTANTES: FACTOR ← 17
VARIABLES: num, prod
num ← 0
REPETIR

	num ← num + 1
	prod ← FACTOR * num
	MOSTRAR( FACTOR, " x ", num, " = ", prod)

HASTA (num ES IGUAL 10)

Si queremos hacer la tabla del 23, todo lo que tenemos que hacer es modificar el valor de la constante FACTOR, sin tocar para nada el resto de nuestro programa.

CONSTANTES: FACTOR ← 23
VARIABLES: num, prod
num ← 0
REPETIR

	num ← num + 1
	prod ← FACTOR * num
	MOSTRAR( FACTOR, " x ", num, " = ", prod)

HASTA (num ES IGUAL 10)

Mejoramos, pero se puede dar otro paso...

Si queremos que el usuario de nuestro programa decida qué tabla quiere, sería mucho pedirle que tuviera el conocimiento suficiente como para modificar nuestro programa.
Es mejor utilizar algún recurso de comunicación con el usuario, que nos permita preguntarle qué tabla, sin necesidad de provocarle un trastorno.
Surge entonces una nueva instrucción o sentencia: OBTENER.
OBTENER significa que alguien debe ingresar por una interfaz de entrada, un valor determinado. Esa interfaz será, normalmente, el teclado de nuestro PC.

VARIABLES: factor, num, prod

OBTENER(factor)

num ← 0
REPETIR

	num ← num + 1
	prod ← factor * num
	MOSTRAR( factor, " x ", num, " = ", prod)

HASTA (num ES IGUAL 10)

Bourne Again Shell (Bash)

Bash (Bourne again shell) es un programa cuya función consiste en interpretar órdenes.
Está basado en la shell de Unix y fue escrito para el proyecto GNU.
Es el intérprete de comandos predefinido en la mayoría de las distribuciones de Linux.
Su nombre es un acrónimo de Bourne-Again Shell (otro shell Bourne), haciendo un juego de palabras —born-again significa renacimiento— sobre el Bourne shell (sh), que fue uno de los primeros intérpretes importantes de Unix.

http://es.wikipedia.org/wiki/Bash

Generador de tablas en Bash

#!/bin/bash
# *
# * Programa generador de tablas de multiplicar
# * vie may 18 15:45:12 UYT 2012
# * Diego Roselli <[email protected]>
# *
# * Nombre  : tablas.bash
# * Ejecutar: bash tablas.bash
# *

# "clear" limpia la pantalla
clear

# Un echo sin nada, lo cual produce un renglón en blanco para separar
echo 
echo TABLA DE MULTIPLICAR
echo 

# Preguntemos cuál es la tabla que se producirá
echo -n "Se generará la tabla del: "
read Fact
echo 

# ¿En qué número empezamos?
echo -n "Comenzando en el número: "
read Com

# ¿Y hasta dónde llegamos?
echo -n "Y terminando en el número: "
read Lim

# Ya tenemos los datos. Manos a la obra...
numero=$Com
until [ $numero -gt $Lim ]
do
    ((prod = numero * Fact))
    echo "$Fact x $numero = $prod"
    ((numero = numero + 1))
done

Generador de tablas en Python

 1 #!/usr/bin/python
 2 # -*- coding: UTF-8 -*-
 3 #
 4 # Generador de tablas de multiplicar
 5 # vie may 18 16:14:36 UYT 2012
 6 # Diego Roselli <[email protected]>
 7 
 8 print
 9 print "TABLA DE MULTIPLICAR"
10 print
11 
12 # Preguntemos cuál es la tabla que se producirá
13 fact = input("Se generará la tabla del: ")
14 print
15 
16 # ¿En qué número empezamos?
17 com = input("Comenzando en el número: ")
18 
19 # ¿Y hasta dónde llegamos?
20 lim = input("Y terminando en el número: ")
21 
22 # Ya tenemos los datos. Manos a la obra...
23 numero = com
24 while numero <= lim:
25     prod = numero * fact
26     print fact, "x", numero, "=", prod
27     numero = numero + 1

La criba de Eratóstenes

La criba de Eratóstenes es un algoritmo que permite hallar todos los números primos menores que un número natural dado N.
Se forma una tabla con todos los números naturales comprendidos entre 2 y N y se van tachando los números que no son primos de la siguiente manera: cuando se encuentra un número entero que no ha sido tachado, ese número es declarado primo, y se procede a tachar todos sus múltiplos.
El proceso termina cuando el cuadrado del mayor número confirmado como primo es mayor que N.

http://es.wikipedia.org/wiki/Criba_de_Eratóstenes

La criba de Eratóstenes en `Python`

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
# Contribución por David Alessandro Falconi Concordia.
nums=[]
prims=[]
num = input(">>> ")
for i in range (2, num+1) :
    nums.append(i)
while nums != []:
    n=nums[0]
    prims.append(n)
    n=(float(n))
    for j in nums:
        if ((j % n ) == 0.0):
            nums.remove(j)
print prims

http://es.wikipedia.org/wiki/Criba_de_Eratóstenes

La criba de Eratóstenes en `Bash`

#!/bin/bash

UPPER_LIMIT=$1
let SPLIT=UPPER_LIMIT/2

Primes=( '' $(seq $UPPER_LIMIT) )

i=1
until (( ( i += 1 ) > SPLIT ))  
do
    if [[ -n $Primes[i] ]]; then
        t=$i
        until (( ( t += i ) > UPPER_LIMIT ))
        do
            Primes[t]=
        done
    fi
done
echo ${Primes[*]}

exit 0

http://es.wikipedia.org/wiki/Criba_de_Eratóstenes

Un jueguito sencillo: ¡Adivine el número!

En Bash:

#!/bin/bash

# Guess a number between 1 and 100
 MIN=1
 MAX=100

# Calculate a random number between MIN and MAX, inclusive
  RANGE=$[(MAX-MIN) + 1]
  TARGET=$[(RANDOM % RANGE) + MIN]

# Decreasing this number greatly increases difficulty
    TRIES=10
    while [[ $TRIES -gt 0 ]]
    do
        # Prompt the user and read their response
        echo -n "Guess a number from $MIN-$MAX ($TRIES tries left): "
        read ANSWER

        # Too low?
        if [[ $ANSWER -lt $TARGET ]]
        then
            echo "Too low. Try again."

        # Too high?
        elif [[ $ANSWER -gt $TARGET ]]
        then
            echo "Too high. Try again."

        # Just right!
        else
            echo "Congratulations!"
            exit
        fi

        # Decrement the number of tries left
        TRIES=$[TRIES-1]
    done

    # Ran out of tries...
    echo "Sorry, the correct answer was $TARGET."

... y en `Python`

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
while True:
    import random
    number = random.randint(1,100)
    tries = 0
    guess = 0
    print " "
    print "¡Encuentre el número!"
    print "Es un número entre 1 y 100. Tiene 10 intentos."
    while guess != number and tries < 10:
        guess = input("Haga un intento: ")
        if guess > number:
            print "Se fue de mambo. El número que busca es menor."
        elif guess < number:
            print "Se quedó corto. El número que busca es mayor."
        tries = tries + 1
    if guess == number:
        print "¡Muy bien! Era el ", number
    else:
        print "¡Perdió! El número que buscaba era el ", number
    answer = raw_input ("¿Jugamos de nuevo?: ")
    if answer.strip() in "n N no No NO".split():
        break

Bibliografía

Pressman Roger S.; (2002) Ingeniería del Software. Un enfoque práctico.; 5a. ed., McGraw-Hill

Agradecimientos

A Mariana
A Federico Wagner
A Alejandra por su apoyo
A todos ustedes, que están acá quién sabe por qué
A Dave Raggett y al W3C por Slidy, herramienta usada para esta presentación

Esta presentación fue hecha con base en:

La programación de computadores

Algunos fundamentos

SqueakFest — Montevideo, mayo de 2012

Qué es Programación

Programas y algoritmos

Programación e Ingeniería del Software

Técnicas de programación

Programación estructurada

Notación gráfica del diseño: el Diagrama de Flujo

Diagrama de Flujo: los símbolos

Secuencia

Selección

Iteración

Cómo funciona

Hablando de lenguajes de programación: el Pseudocódigo

Pseudocódigo

Nuestro pseudocódigo: el RPL

La secuencia en RPL

La alternativa en RPL

La repetitiva en RPL

Estructura de tipo «hacer mientras»

Estructura de tipo «repetir hasta»

Algunos comentarios sobre RPL

Comentemos el último ejemplo

Algunos conceptos: las variables

Más conceptos: los tipos de datos

Si hay variables, tiene que haber constantes

Y también hay literales

Operadores aritméticos en RPL

Con lo que sabemos, mejoremos el programa

Mejoramos, pero se puede dar otro paso...

Bourne Again Shell (Bash)

Generador de tablas en Bash

Generador de tablas en Python

La criba de Eratóstenes

La criba de Eratóstenes en Python

La criba de Eratóstenes en Bash

Un jueguito sencillo: ¡Adivine el número!

... y en Python

Bibliografía

Agradecimientos

Si hay variables, tiene que haber `constantes`

Y también hay `literales`

La criba de Eratóstenes en `Python`

La criba de Eratóstenes en `Bash`

... y en `Python`