programación 3: fundamentos

Programación 3

Fundamentos

Angel Vázquez-Patiñ[email protected]

Departamento de Ciencias de la ComputaciónUniversidad de Cuenca

19 de septiembre de 2016

mailto:[email protected]

19/09/16 Angel Vázquez-Patiño 2/51

Objetivos

1.Revisar conceptos básicos de tipos de datos

2.Revisar conceptos de estructuras de datos

3.Entender el concepto de eficiencia de un algoritmo

4.Conocer las propiedades matemáticas de la notación O-grande

5.Conocer la complejidad de las sentencias básicas de todo programa Java


Contenido

Tipos de datos

La necesidad de las estructuras de datos

Eficiencia y exactitud

Notación O-grande

Complejidad de las sentencias básicas de Java


Tipos de datos


Tipos de datos● Fuertemente tipado (e.g., Pascal, C, Java)

– No se permiten violaciones de los tipos de datos

Ventajas● Prevención y detección de errores● Compresión y organización de ideas acerca de

sus objetos● Identificación y descripción de propiedades

únicas de ciertos tipos


Tipos de datos

Definiciones● Conjunto de valores y operaciones asociadas a

esos valores● Dos partes: un conjunto de datos y las

operaciones que se pueden realizar sobre ellos

Clasificación● Tipos primitivos● Tipos compuestos● Tipos agregados


Tipos de datos

Tipos primitivos (datos atómicos)● Conjunto de valores y operaciones sobre esos

valores


Tipos de datos

Tipos de datos compuestos● Se pueden dividir en subcampos que tengan

significado

59374051000

593: Ecuador

7: Azuay

4051000: teléfono


Tipos de datos

Tipos de datos agregados● Los datos compuestos son conocidos muchas

veces como tipos agregados● Tipos de datos cuyos valores constan de

colecciones de elementos de datos● Un tipo agregado se compone de tipos de

datos previamente definitivos

Tipos agregados básicos● Arrays, secuencias y registros


Tipos de datos

Tipos de datos agregados● Array o arreglo

– Array de enteros: [4, 6, 8, 35, 46, 0810]

● Secuencia o cadena– Cadena = “Esta es una secuencia de chars”

● Registro– Puede contener como elementos datos agregados y

primitivos

– Al contrario que en los arrays, los campos de los registros pueden ser de diferentes tipos de datos


Tipos de datos

Tipos de datos agregados● Registro

– A los campos se accede mediante identificadores

– El registro es el tipo de dato más próximo a la idea de objeto


Tipos de datos

Tipos de datos agregados


La necesidad de las estructuras de datos


Necesidad de estructuras de datos● ¡Eficiencia!

Definición● Una estructura de datos es una combinación

de elementos en la que cada uno es o bien un tipo de dato u otra estructura de datos

● Un conjuntos de asociaciones o relaciones (estructura) que implica a los elementos combinados


Necesidad de estructuras de datos

Solución eficiente● Si resuelve el problema dentro de las

restricciones de recursos requeridas● Cuando requiere menos recursos que las

alternativas conocidas

Costo● Cantidad de recursos que la solución

consume, especialmente tiempo



Selección de una estructura de datos

1)Determinar las restricciones de recursos

2)Determinar las operaciones básicas que se deben soportar y cuantificar las restricciones de recursos para cada una. E.g., operaciones básicas son la inserción de un dato en la estructura de datos o encontrar un dato determinado en dicha estructura

3)Seleccionar la estructura de datos que cumple mejor los requisitos o requerimientos



Selección de una estructura de datos

Preguntas a responder antes de la elección

1)¿Todos los datos se insertan en la estructura de datos al principio o se entremezclan con otras operaciones?

2)¿Se pueden eliminar los datos?

3)¿Los datos se procesan en un orden bien definido o se permite el acceso aleatorio?



Objetivos al diseñar un algoritmo● Que sea fácil de entender, codificar y depurar● Que haga uso eficiente de los recursos

Análisis de algoritmos● Número de operaciones● Medir el tiempo● Centrado en la ejecución de bucles. Funciones

lineales en función del número de instrucciones



La eficiencia como factor espacio-tiempo debe estar estrechamente

relacionada con la buena calidad, el funcionamiento y la facilidad de mantenimiento del programa.



Formato general de la eficiencia● Función del número de elementos que tienen

que ser procesados



Formato general de la eficiencia● Bucles lineales



Formato general de la eficiencia● Bucles logarítmicos



Formato general de la eficiencia● Bucles anidados

iteraciones = iteraciones del bucle externo x iteraciones bucle interno



Análisis de rendimiento● Complejidad del espacio● Complejidad del tiempo



Análisis de rendimiento



Análisis de rendimiento● Enfoques de evaluación

– Peor caso

– Mejor caso

– Caso medio: mucho más difícil de calcular


Notación O-grande


Notación O-grande● Factor (magnitud) de eficiencia● O(n), en el orden de n● La notación O indica la cota superior del tiempo

de ejecución de un algoritmo o programa

Con la notación O se expresa una aproximación de la relación entre el tamaño de un problema y la cantidad de proceso necesario para hacerlo. Por ejemplo, si f(n) = n^2 – 2n + 3 entonces f(n) es O(n^2)


Notación O-grande

Determinar la notación O

1)En cada término, establecer el coeficiente del término en 1

2)Mantener el término mayor de la función y descartar los restantes. Los términos se ordenan de menor a mayor


Notación O-grande



Notación O-grande

Propiedades de la notación O-grande


Complejidad de las sentencias básicas de Java


Complejidad sentencias Java● Las sentencias de asignación, son de orden

constante O(1)● La complejidad de una sentencia de selección

es el máximo de las complejidades del bloque then y del bloque else

● La complejidad de una sentencia de selección múltiple (switch) es el máximo de las complejidades de cada uno de los bloques case


Complejidad sentencias Java● Para calcular la complejidad de un bucle,

condicional o automático, se ha de estimar el número máximo de iteraciones para el peor caso; entonces, la complejidad del bucle es el producto del número de iteraciones por la complejidad de las sentencias que forman el cuerpo del bucle

● La complejidad de un bloque se calcula como la suma de las complejidades de cada sentencia del bloque


Complejidad sentencias Java● La complejidad de la llamada a un método es

de orden 1, complejidad constante. Es necesario considerar la complejidad del método invocado


Complejidad sentencias Java

Ejemplo 1



Ejemplo 2



Ejemplo 2 ● Complejidad está determinada por el bucle

● El número de iteraciones es igual al número de veces que el algoritmo multiplica por dos a la variable k



Ejemplo 2 ● Si t es el número de veces que k se puede multiplicar hasta alcanzar el valor de n, que hace que termine el bucle, entonces k = 2^t



Ejemplo 2 ● Tomando logaritmos: t ≥ log2n; por consiguiente, el máximo de iteraciones es t = log2n

● El cuerpo del bucle consta de una sentencia simple y una sentencia de selección de complejidad O(1), por lo que tiene complejidad constante, O(1)



Ejemplo 2● Con todas estas

consideraciones, la complejidad del bucle y del método es



Ejemplo 3 ● El bucle interno está formado por tres sentencias de complejidad constante, O(1)

● El bucle externo siempre realiza n-1 veces el bucle interno



Ejemplo 3 ● A su vez, el bucle interno hace k veces su bloque de sentencias, k varía de 1 a n-1, de modo que el número total de iteraciones es


Conceptos y términos importantes


Conceptos y términos importantes● Complejidad● Eficiencia● Estructura de datos● Notación asintótica● Rendimiento de un programa● Tipo de dato


Conceptos y términos importantes


Referencia● Joyanes Aguilar, L., Zahonero Martínez, I.,

2008. Estructuras de datos en Java. McGraw-Hill, Madrid, Spain. Capítulo 1.


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