Algoritmos y Diagramas de flujo

Algoritmos y Diagramas de flujo En los pasos a seguir para el desarrollo de un problema, existen básicamente dos tipos de elementos con los cuales es posible especificar un problema en forma esquemática y con una notación orientada a la computación, estas herramientas son los algoritmos y los diagramas de flujo que se complementan. El concepto de algoritmo es muy importante dentro del área de computación, cuyo significado actual es similar a una receta, proceso, método, técnica, procedimiento o rutina para realizar una actividad, excepto que el algoritmo tiene una connotación ligeramente diferente. Un algoritmo es un conjunto de reglas que determinan la secuencia de las operaciones a seguir para resolver un problema específico y que cumple con las siguientes cinco características: 1) Finitud: Un algoritmo debe terminar después de ejecutar un número finito de pasos. 2) Definición: Cada paso en un algoritmo debe estar definido con precisión, esto es, la acción a seguir no debe ser ambigua, sino rigurosamente especificada. UN algoritmo descrito en un lenguaje como inglés o español, en el cual una misma palabra puede significar varias cosas, puede no cumplir con este punto. Es por eso que se han definido los lenguajes de programación o lenguajes de computación para especificar algoritmos, ya que en ellos el significado de cada palabra es uno y sólo uno. 3) Entrada: Se considera como entrada el conjunto de datos o información requerida para resolver un problema dado. No cualquier grupo de datos se puede considerar como entrada en el procedimiento señalado. 4) Salida: La salida es un conjunto de resultados que se obtienen al aplicar el algoritmo al conjunto de datos de entrada. 5) Efectividad: Un algoritmo debe llevar a la solución del problema planteado, en otras palabras, se puede decir que todas las operaciones que efectúa el algoritmo, deben ser lo suficientemente simples para que en principio, se puedan ejecutar con papel y lápiz y al final obtener el resultado deseado. Diagrama de flujo Introducción Un Diagrama de Flujo representa la esquematización gráfica de un algoritmo , el cual muestra gráficamente los pasos o procesos a seguir para alcanzar la solución de un problema . Su correcta construcción es sumamente importante porque, a partir del mismo se escribe un programa en algún Lenguaje de Programación. Si el Diagrama de Flujo está completo y correcto el paso del mismo a un Lenguaje de Programación es relativamente simple y directo. Es importante resaltar que el Diagrama de Flujo muestra lugares de origen y destino de los datos, transformaciones a las que son sometidos los datos, lugares en los que se almacenan los datos dentro del sistema, los canales por donde circulan los datos. Además de esto podemos decir que este es una representación reticular de un sistema, el cual lo contempla en términos de sus componentes indicando el enlace entre los mismos. Al igual que el pseudocódigo, los diagramas de flujo son útiles para el desarrollo y la representación de algoritmos, aunque la mayor parte de los programadores prefieren el pseudocódigo. Los diagramas de flujo muestran con claridad cómo operan las estructuras de control utilizadas en la programación estructurada. Un diagrama de flujo consta de un conjunto de símbolos con diferentes significados susceptibles de ser conectados entre si. En todo diagrama de flujo podemos encontrar los siguientes elementos: a) Inicio de proceso. b) Especificación de la alimentación de datos para efectuar el proceso. c) Acciones aplicables a los datos. d) Obtención de resultados. e) Fin del proceso. Para cada una de estas actividades existen símbolos específicos que denotan los elementos o acciones que se tomarán en el proceso. Nota: Estos han sido normalizados por el Instituto Norteamericano de Normalización (ANSI). Entrada/salida Terminal (Inicio/Fin) Proceso u operación Conectores Decisión Llamada a subrutina Salida a impresora Dirección de flujo Programación estructurada La programación estructurada significa escribir un programa de acuerdo a las siguientes reglas: • • • El programa tiene un diseño modular. Los módulos son diseñados de modo descendente. Cada modulo se codifica utilizando las tres estructuras de control básicas: secuencial, alternativa y repetitiva. El termino programación estructurada se refiere a un conjunto de técnicas que aumentan considerablemente la productividad del programa reduciendo en elevado grado el tiempo requerido para escribir, verificar, depurar y mantener los programas. La programación estructurada utiliza un número limitado de estructuras de control que minimizan la complejidad de los programas y por consiguiente reducen los errores. La programación estructurada es el conjunto de técnicas que incorporan: • Recursos abstractos. • • Diseño descendente (top – Down). Estructuras básicas de control. Recursos abstractos Descomponer un programa en términos de recursos abstractos – según Dijkstra – consiste en descomponer una determinada acción compleja en términos de un número de acciones más simples. Diseño descendente El diseño descendente es el proceso mediante el cual un problema se descompone en una serie de niveles o pasos sucesivos de refinamiento. La metodología descendente consiste en efectuar una relación entre las sucesivas etapas de estructuración, de modo que se relacionen unas con otras mediante entradas y salidas de información. Es decir, se descompone el problema en etapas o estructuras jerárquicas de forma que se puede considerar cada estructura desde dos puntos de vista: ¿Qué hace? Y ¿Cómo lo hace?. Si se considera un nivel n de refinamiento, las estructuras se consideran de la siguiente manera: Nivel n: desde el exterior ¿ lo que hace? Nivel n+1: vista desde el interior ¿Cómo lo hace? El diseño descendente se puede ver en la siguiente figura. Estructuras básicas Cualquier programa con un solo punto de entrada y un solo punto de salida puede resolverse con tres tipos de estructuras básicas de control: Secuencial, alternativa y repetitiva. - Secuencial Es aquella que ejecuta las acciones sucesivamente unas a continuación de otras sin posibilidad de omitir ninguna, y naturalmente sin bifurcaciones (saltos a subrutinas). Todas estas estructuras tendrán una entrada y una salida. A B C D - Alternativa Es aquella en la que únicamente se realiza una alternativa dependiendo del valor de una determinada condición o predicado. Las estructuras alternativas también llamadas condicionales pueden ser de tres tipos: Simple, doble o múltiple Alternativa simple: Son aquellas en donde la existencia o cumplimiento de la condición implica la ruptura de la secuencia y la ejecución de una determinada acción. Inicio Condición C Acción A Fin si Alternativa doble Es aquella que permite la elección entre dos acciones o tratamientos en función de que se cumpla o no determinada condición Inicio Condición C Acción A1 Acción A2 Fin si Alternativa múltiple Se adopta cuando la condición puede tomar n valores enteros distintos. Según se elija uno de estos valores en la condición se realizara una de las n acciones. Esta estructura propuesta por Hoare, es la case del lenguaje Pascal o case de los Basic estructurados (Case = estructura de casos). Inicio Según A1 A2 A3 An Sx Fin Repetitiva o iterativa Son aquellas en las que las acciones se ejecutan un número determinado de veces y dependen de un valor predefinido o el cumplimiento de una determinada expresión lógica. Un bucle o lazo es el conjunto de acciones a repetir. En consecuencia es preciso disponer de estructuras algorítmicas que permitan describir una iteración de forma cómoda. Las tres estructuras mas usuales dependiendo de que la condición se encuentre al principio o al final de la iteración son: Estructura mientras, repetir hasta y estructura para. Estructura Mientras El bucle mientras determina la repetición de un grupo de instrucciones mientras la condición se cumpla. Esta estructura se conoce normalmente como While. no ondición Estructura Mientras si Acción Fin Mientras Estructura Hacer – Mientras El número de iteraciones del grupo de instrucciones se ejecuta una o varias veces hasta que la condición no se cumpla. Esta condición se ejecuta al menos una vez. A esta estructura también se le conoce como Do While. Acciones Hacer Mientras si ondició no Estructura Para Con el valor inicial se inicializa la variable de control de ciclo, se verifica la condición, si esta se cumple se ejecuta el cuerpo del ciclo y posteriormente se incrementa la variable de control, lo anterior se repite hasta que la condición no se cumpla. Valor inicial si ondición Cuerpo del ciclo Incremento de la variable no Secuencia Entendemos por secuencia la ejecución o realización de pasos o acciones en el desarrollo de un algoritmo, siguiendo el orden establecido. Programa Se le llama programa a la serie de instrucciones escritas en alguno de los lenguajes, por medio de los cuales se logra que la computadora realice todas las operaciones o decisiones señaladas en dichas instrucciones. Podemos distinguir dos tipos de programa: Programa fuente: es el conjunto de instrucciones escritas en algún lenguaje de computadora, las cuales han sido transcritos para ser interpretadas por algún dispositivo de lectura. Programa objeto: es el conjunto de instrucciones que componen un programa fuente y que han sido traducidas al lenguaje maquina por medio del compilador correspondiente. Un compilador es un programa que traduce el programa fuente a programa objeto. Un compilador independiente se requiere para cada lenguaje de programación. Éste efectúa sólo la traducción, no ejecuta el programa. Una vez compilado el programa, el resultado en forma de programa objeto será directamente ejecutable. Pseudocódigo El pseudocódigo de puede definir como un lenguaje de especificaciones de algoritmos. El pseudocódigo no es realmente un código sino una imitación y una versión abreviada de instrucciones reales para las computadoras.