01_intro.pdf

FUNDAMENTELE

PROGRAMRII

Laura Dioan

INTRODUCERE

UNIVERSITATEA BABE-BOLYAI

Facultatea de Matematic i Informatic

Sumar

Elemente organizatorice

Scopul activitii

Coninut curs

Activiti i evaluare

Dezvoltarea proceselor de programare

Ce este programarea?

Elementele de baz ale unui program Python

Un simplu proces de dezvoltare bazat pe funcionaliti

Octombrie, 2013 Fundamentele programrii - Introducere 2

Elemente organizatorice Profesori coordonatori

Conf. Dr. Laura Dioan www.cs.ubbcluj.ro/~lauras

Lect. Dr. Vasile Prejmarean http://www.cs.ubbcluj.ro/~per/

Asist. Dr. Camelia erban http://www.cs.ubbcluj.ro/~camelia/

Orar Curs 2 ore/sptmn

Seminar 2 ore/sptmn

Laborator 2 ore/sptmn

Informaii utile www.cs.ubbcluj.ro/~lauras/

Teaching

Current year

Fundamentele programarii


Scopul activitii Cunoaterea celor mai importante concepte din

programare

Familiarizarea cu conceptele din software engineering (arhitectur, implementare, ntreinere)

nelegerea instrumentelor sofware de baz

nvarea limbajului de programare Python i utilizarea lui pentru implementarea, rularea, testarea i depanarea programelor

nsuirea i mbuntirea stilului de programare


Coninut curs Introducere n procesul de dezvoltare software Programare procedural Programare modular Tipuri definite de utilizator Principii de dezvoltare a softului Testarea i inspectarea programelor Recursivitate Complexitatea algoritmilor Metode prin divizare Backtracking Algoritmi de cutare Algoritmi de sortare Recapitulare


Activiti i evaluare

Activiti de laborator 30% Documentaii i programe

n timpul semestrului

Evaluare practic 30% n sesiune

Evaluare scris 30% n sesiune

Activitate de seminar 10% n timpul semestrului


Activiti i evaluare Toate activitile sunt obligatorii

Participarea la examen este condiionat de o prezen de 75% la orele de curs

Condiii de promovare:

Nota final >= 5

Fiecare laborator este evaluat cu o not ntre 1 i 10 pe baza explicaiilor, codului surs, exemplelor, testelor, etc.

ntrzierea n predarea unui laborator este penalizat prin diminuarea notei cu 1p pentru fiecare sptmn de ntrziere

Nota pentru laborator se stabilete ca o medie a notelor pentru toate laboratoarele realizate. Laboratoarele nerealizate vor primi nota 1.

Este permis o singur absen de la orele de laborator (absenele suplimentare vor diminua nota cu 1p/absen)

n cursul unui laborator (2 ore) se pot preda maxim 2 teme de laborator

O tem de laborator copiat este notat cu 0


Activiti i evaluare

n sesiunea de restane

Se mai pot preda laboratoare, dar nota primit va fi maxim 5

Se poate re-susine examenul practic

Se poate re-susine examenul scris


Dezvoltarea proceselor de programare Ce este programarea?

Hardware Computere (desktop, laptop, etc) i dispozitive nrudite

Software Programe sau sisteme care ruleaz pe un hardware

Limbaj de programare Notaii i reguli pentru definirea sintaxei i semanticii

programelor

Python Un limbaj de programare de nivel nalt

Interpretatorul Python Un program care permite rularea/interpretarea unor alte

programe

Bibliotecile Python Subprograme i tipuri de date deja definite de ali

programatori


Dezvoltarea proceselor de programare Ce este programarea?

Ce fac computerele? Stocheaz informaii i date n

Memoria intern Memoria extern (hard, stick, CD, etc)

Opereaz Cu ajutorul procesorului

Comunic Prin tastatur, mouse, ecran Conexiuni de tip reea

Informaii i date Informaii interpretarea unor date

Numrul 123 Stringul abc

Data o colecie de simboluri stocate (ntr-o anumit reprezentare) ntr-un computer 12 1100 abc 97 98 99

Procesarea datelor i informaiilor Dispozitivele de intrare transform informaiile n date Datele sunt stocate n memorie Dispozitivele de ieire produc informaii din date

Operaii de baz ale procesoarelor n reprezentare binar Ex. AND, OR, NOT, XOR, etc.


Dezvoltarea proceselor de programare Elementele de baz ale unui program Python

Exemplu

Elemente lexicale Un program Python poate fi alctuit din mai multe linii de

cod Comentarii

ncep cu # i in pn la sfritul liniei ncep cu i in mai multe rnduri, pn la un nou

Identificatori secvene de caractere (litere, cifre, _) care ncep cu o

liter sau cu _ Literali

notaii pentru valorile constante sau pentru tipuri definite de utilizator


# takes two integers and prints the sum of them a = 3 b = 4 c = a + b print("The sum of ", a, " + ", b, " is ", c)


Modelul de date

Toate datele unui program Python obiecte

Un obiect are o identitate adresa lui n memorie un tip care determin valorile pe care le poate lua

obiectul respectiv, precum i operaiile posibile cu acel obiect

o valoare

Odat creat, identitatea i tipul obiectului nu mai pot fi modificate

Valoarea unor obiecte se poate modifica Obiecte mutabile Obiecte ne-mutabile



Tipuri de date

Coninut

Domeniu set de valori

Operaii posibile

Tipologie

Numere - ne-mutabile

Secvene mutabile i ne-mutabile

Mulimi finite i ordonate, indexate prin numere ne-negative

Dac s este o secven, atunci

len(s) returneaz numrul de elemente ale lui s

s[0], s[1], , s[len(s)-1] elementele lui s

Exemplu: s = [1, a, 23, abc]



Tipuri de date numerice - ne-mutabile

int

Domeniu: ntregi pozitivi i negativi

Operaii: +, -, *, /

Literali: 1, 2

bool

Domeniu: adevrat sau false

Operaii: logice (and, or, not,...)

Literali: True, False, 1, 0

float

Domeniu: numere reale n dubl precizie

Operaii: +, -, *, /

Literali: 3.14, -0.25



Tipuri de date secveniale

Stringuri ne-mutabile

Domeniu: iruri de caractere

Operaii: concatentare, cutare

Literali: abc


#concatenate a = "abc" b = "xybc" c = a + b print(c) #search n = c.find("bc") print(n) # n = 1 m = c.rfind("bc") print(m) # m = 5


Elementele de baz ale unui program Python Tipuri de date secveniale

Liste mutabile

Domeniu: secvene de elemente (similare sau diferite ca tip) separate prin , i ncadrate de [ ]

Operaii

Creare (manual, range)

Accesare (index, len) i modificare elemente

Eliminare (pop) i inserie (insert) de elemente

Feliere i ncapsulare

Utilizare ca stive (append, pop)




Liste mutabile


# create a = [1, 2, 'a'] print (a) x, y, z = a print(x, y, z) # indices: 0, 1, ..., len(a) - 1 print (a[0]) print ('last element = ', a[len(a)-1]) # lists are mutable a[1] = 3 print(a) # slicing print (a[:2]) b = a[:] print (b) b[1] = 5 print (b) a[len(a):] = [7, 9] print(a) a[:0] = [-1] print(a) a[0:2] = [-10, 10] print(a)

# lists as stacks stack = [1, 2, 3] stack.append(4) print (stack) print (stack.pop()) print (stack) # nesting c = [1, b, 9] print (c) #generate lists using range l1 = range(10) print (l1) l2 = range(0,10) print (l2) l3 = range(0,10,2) print (l3) l4 = range(9,0,-1) print (l4) #list in a for loop l = range(0,10) for i in l: print (i)


Elementele de baz ale unui program Python Tipuri de date secveniale

Tuple ne-mutabile

Domeniu: secvene de valori (similare sau diferite ca tip) separate prin ,

Operaii

Creare (manual mpachetare) i despachetare

ncapsulare

Tuplu cu 0 elemente i tuplu cu un singur element


# Tuples are immutable sequences # A tuple consists of a number of # values separated by commas # tuple packing t = 12, 21, 'ab' print(t[0]) # empty tuple (0 items) empty = () # sequence unpacking x, y, z = t print (x, y, z)

# tuple with one item singleton = (12,) print (singleton) print (len(singleton)) #tuple in a for t = 1,2,3 for el in t: print (el) # Tuples may be nested u = t, (23, 32) print(u)



Dicionare ne-mutabile

Domeniu: mulimi ne-ordonate de perechi (cheie, valoare) cu chei unice

Operaii:

Creare

Accesarea valorii pentru o cheie dat

Adugarea/modificarea/eliminarea unei perechi (cheie, valoare)

Verificarea existenei unie chei


#create a dictionary a = {'num': 1, 'denom': 2} print(a) #get a value for a key print(a['num']) #delete a key value pair del a['num'] print (a)

#set a value for a key a['num'] = 3 print(a) print(a['num']) #check for a key if 'denom' in a: print('denom = ', a['denom']) if 'num' in a: print('num = ', a['num'])


Elementele de baz ale unui program Python Variabile

Locaii de memorie care stocheaz valori

Au nume, tip i valoare

Introducerea unei variabile ntr-un program asignare

Expresii

O combinaie de valori, constante, variabile, operatori i funcii care sunt interpretate conform regulilor de preceden, calculate i care produc o alt valoare

Exemple

Expresii numerice: 1+2

Expresii booleene: 1 < 2

Expresii de tip string: 1+2



Elementele de baz ale unui program Python Instruciuni

Operaiile de baz ale unui program

Tipologie

Asignri

Scop: (re)legarea numelor de valori i pentru a modifica valoarea unor obiecte mutabile

Legarea numelui: x = 1, s = [1, 2]

Re-legarea numelui: x = x + 2, s[0] = 3

Blocuri

Parte a unui program care este executat ca o unitate

Secven de instruciuni

Identiicate prin indentarea liniilor de cod



Elementele de baz ale unui program Python Instruciuni

Atribuiri (asignri)

Condiionale


# takes two integers and prints the sum of them a = 3 b = 4 c = a + b print("The sum of ", a, " + ", b, " is ", c)

# takes two integers and prints the max of them a = 3 b = 4 if (a < b): c = b else: c = a print("The max of ", a, " and ", b, " is ", c)


Instruciuni

De ciclare

for

while


# prints the elements of a sequence a = ['Mary', 'has', 'more', 'flowers'] for i in range(len(a)): print(i, a[i])

# prints the elements of a sequence a = ['Mary', 'has', 'more', 'flowers'] for w in a: print(w)

# computes the gcd of two numbers a = 42 b = 18 if a == 0: gcd = b; else: if b == 0: gcd = a else: while a != b: if a > b: a = a - b else: b = b - a gcd = a print("gcd = ", gcd)


Cum se scriu programele?

Roluri n ingineria soft

Programator/dezvoltator

Scrie/dezvolt programe pentru utilizatori

Client

Cel interesat/afectat de rezultatele unui proiect

Utilizator

Ruleaz programe pe computer

Procesul dezvoltrii unui soft include construirea, lansarea i ntreinerea unui soft

indic paii care trebuie efectuai i ordinea lor


Dezvoltarea proceselor de programare Pai n rezolvarea unei probleme

Enun pentru definirea problemei

Cerine

Scenariu de utilizare a aplicaiei

Stabilirea funcionalitilor i mprirea lor pe iteraii

Identificarea de activiti (ale fiecrei funcionaliti) i descrierea lor



Enun pentru definirea problemei

Surt descriere a problemei

Un profesor (client) are nevoie de o aplicaie pentru studenii (utilizatori) care nva s gseasc cel mai mic numr prim mai mic dect un numr natural n dat.

Cerine

Definesc n detaliu ceea ce este necesar din perspectiva clientului, respectiv ce trebuie s fac aplicaia

Stabilirea informailor de intrare i ieire ale aplicaiei

Date de intrare: n numr natural

Date de ieire: cel mai mic numr prim mai mare dect n

Scenariu de utilizare a aplicaiei


Rulare 1 2 3 4

Intrri 5 0 11 -3

Ieiri 7 2 13 Dai un numr natural


Stabilirea funcionalitilor i planificarea iteraiilor Funcionalitatea

definit ca o funcie client

exprimat n forma aciune rezultat obiect

Aciunea o funcie pe care aplicaia trebuie s o furnizeze

Rezultatul este obinut n urma execuiei funciei

Obiect o entitate n care aplicaia implementeaz funcia

poate fi implementat n cteva ore complexitate redus

F1: gsirea celui mai mic numr prim mai mic dect un numr natural n dat.

Iteraia

O perioad de timp n cadrul creia se realizeaz o versiune stabil i executabil a unui produs, mpreun cu documentaia suport

Ajut la planificarea temporal a ansamblului de funcionaliti

I1 = F1


Problema este simpl i nu are dect o singur

funcionalitate!


Pai n rezolvarea unei probleme List de activiti (ale fiecrei funcionaliti) i

descrierea lor

Recomandri:

Definirea unei activiti pentru fiecare operaie

Definirea unei activiti pentru interaciunea Utilizator Program (Interfaa utilizator user interface UI)

Definirea unei activiti pentru operaiile UI

Determinarea dependenelor ntre activiti

A1: verificarea calitii de numr prim pentru o valoare dat

A2: gsirea celui mai mic numr prim mai mic dect un numr natural n dat

A3: implementarea iniializrii unui numr, cutrii celui mai mic nr prim mai mic dect n i furnizarea rezultatului

A4: implementarea UI




descrierea lor

Cazuri de testare

Specific un set de date de intrare de test, condiii de execuie i rezultate ateptate necesare pentru evaluarea unei pri de program



Intrri Ieiri

2 True

6 False

3 True

-2 False

1 False



descrierea lor

Implementare



# Description: verifies if the number n is prime # Data: n # Precondition:n - natural number # Results: res # Postcondition:res=FALSE, if n is not prime or res=TRUE, if n is prime if (n < 2): print("no ", n, " is not prime (is composed)") else: d = 2 isPrime = True while (d * d

Recapitulare





Cursul urmtor

Programare procedural

Funcii

Vizibilitatea variabilelor

Transmiterea parametrilor

Cazuri de testare


Materiale de citit i legturi utile

1. Limbajul Python http://docs.python.org/3/reference/index.html

2. Biblioteca standard Python http://docs.python.org/3/library/index.html

3. Tutorial Python http://docs.python.org/3/tutorial/index.html

4. Frentiu, M., H.F. Pop, Fundamentals of Programming, Cluj University Press, 2006, 220 pagini


Informaiile prezentate au fost colectate din diferite surse de pe internet, precum i din cursurile de Fundamentele Programrii inute n anii anteriori de ctre:

Lect. Dr. Adriana Guran www.cs.ubbcluj.ro/~adriana

Lect. Dr. Istvan Czibula - www.cs.ubbcluj.ro/~istvanc

Lect. Dr. Andreea Vescan -www.cs.ubbcluj.ro/~avescan

Lect. Dr. Ioan Lazr -www.cs.ubbcluj.ro/~ilazar

Octombrie, 2013 35 Fundamentele programrii - Introducere

01_intro.pdf

Documents