PRG1-2012-2-Engenharia
PRG1 - PROGRAMAÇÃO I
CARGA HORÁRIA
TOTAL: 72 HORAS (4 HORAS/SEMANA)
TEÓRICA: 36 HORAS
LABORATÓRIO: 36 HORAS
DIAS COM AULA: 36 (18 semanas)
PRÉ REQUISITOS: LÓGICA
EMENTA
Introdução a lógica de programação e algoritmos. Constantes, variáveis e tipos de dados. Operadores aritméticos, relacionais e lógicos. Concepção de fluxograma e pseudocódigo. Estruturas de decisão e estruturas de repetição. Introdução a linguagem de programação c. Vetores de caracteres e multidimensionais. Ponteiros e aritmética de ponteiros. Funções: chamada por valor e por referência. Chamada recursiva de funções. Tipos de dados compostos. Operação com arquivos textos e binários.
Bibliografia Básica
- SCHILDT, Herbert. C Completo e Total - 3.ed. [S.l.]: Makron, 1997. 830p. ISBN 978-8534605953
Referências Complementares
- Apostila adotada: Curso de Linguagem C - Engenharia Elétrica - UFMG
AULAS
AULA 1
Como fazer um churrasco
Vamos observar atentamente este vídeo para iniciarmos o nosso curso de programação:
O que tem o churrasco com a nossa aula?? Trata-se de uma sequência de passos para execução de um objetivo.
EXERCÍCIO: Na forma textual, descrever as etapas para fazer um bom churrasco.
O que é um algoritmo
Um algoritmo pode ser visto como uma sequência de instruções ou operações que resolvem um dado problema.
A receita de um bom churrasco corresponde a um algoritmo.
Como representar um algoritmo ?
Uma forma é representar na forma textual ordenada:
1.Comprar a carne 2.Colocar carvão na churrasqueira 3.Acender o carvão 4.Cortar a carne (picanha) 5.Espetar a carne 6.Salgar a carne 7.Colocar a carne na churrasqueira 8.Aguardar a carne ficar no ponto desejado 9.Bater a carne 10.Servir a carne
Outras formas são mais apropriadas para o uso no meio computacional:
- pseudo-código
- fluxogramas
A PENSAR: É possível mudar a ordem das instruções? É possível paralelizar algumas instruções?
O problema da raposa, do milho e da galinha
EXERCÍCIO 1: Descrever na forma de etapas um solução para o problema da raposa, do milho e da galinha.
Note que somente é possível escrever o algoritmo se tivermos uma solução para o problema.
EXERCÍCIO 2: Descrever na forma de etapas uma solução para o problema dos canibais/padres.
Torres de Hanoi
Veja este jogo:
EXERCÍCIO 3: Escrever na forma de etapas numeradas a solução para o problema das torres de Hanói usando 3 discos.
EXERCÍCIO 4: Escrever na forma de etapas numeradas a solução para o problema das torres de Hanói usando 4 discos.
E para quem são os algoritmos?
Uma receita de bolo é apropriada para ser executada por um ser humano. Um procedimento de como trocar um pneu também. Mas muitas vezes queremos que o algoritmo seja executado por uma máquina! O computador é perfeito para isto!
Neste curso vamos nos concentrar no desenvolvimento de algoritmos simples, desde a sua concepção até a sua implementação através de uma LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO, em um computador.
Um PROGRAMA implementa um algoritmo. É o algoritmo materializado na forma de uma sequência de instruções.
Neste sentido, vamos entender minimamente o funcionamento de um computador.
Como funciona um computador? Como ele executa programas ("receitas")?
- Partes de um computador:
- O computador é digital:
- Dados e Instruções são sequências de bits
- Representação de dados em sistemas computacionais: uso de códigos (ex:código ASCII);
A -> 01000001 B -> 01000010
- As instruções também são palavras binárias interpretadas pela CPU;
De forma simplificada podemos dizer que as instruções ficam em uma memória de programa enquanto os dados a serem processados pelo programa ficam em uma memória de DADOS;
O programa que está na memória de programa está escrito em LINGUAGEM DE MÁQUINA
- Funcionamento Simplificado de um Computador
Suponha que um programa a ser executado se encontra em uma memória de programa. Ao ligar o sistema, a CPU busca na memória de programa uma instrução a ser executada (ciclo de busca) e, então, executa a instrução (ciclo de execução). Na SEQUÊNCIA, a CPU busca a PRÓXIMA instrução na memória de programa, e assim sucessivamente...
O fluxo de execução do programa é, a princípio SEQUENCIAL no sentido que a execução de uma instrução é realizada somente após a execução da instrução antecedente.
(apresentação do Prof.Semprebom sobre computadores)
Possíveis linguagens de programação
Na prática, é inviável desenvolver programas complexos em LINGUAGEM DE MÁQUINA. Em geral, utilizamos linguagens de ALTO NÍVEL que podem, de alguma forma, serem traduzidas (compiladas) para a linguagem de baixo nível ou interpretadas em tempo de execução.
Exemplo:
- Linguagem C
- Fortran
- Basic
- C++
- Pascal
- Java
- Python
Neste curso utilizaremos a linguagem C. Por que? É uma linguagem muito usada na implementação de produtos eletrônicos, incluindo àqueles voltados as Telecomunicações.
Um exemplo completo
PROBLEMA: Computar a média de dois números reais fornecidos pelo teclado. Mostrar o resultado no monitor.
SOLUÇÃO:
ALGORITMO DADOS DE ENTRADA: NUM1 e NUM2 DADOS DE SAÍDA: MEDIA INÍCIO 1.Ler NUM1 2.Ler NUM2 3.MEDIA <- (NUM1+NUM2)/2 4.Mostrar MEDIA FIM
/* Calculador de media de dois números reais */
#include <stdio.h>
main()
{
float num1,num2;
scanf(&num1);
scanf(&num2);
media = (num1+num2)/2;
printf ("media =\n", media);
}
EXERCÌCIO 5: Implementar o algoritmo com o Scratch.
Plano de Ensino
Agora que temos uma ideia do que será tratado neste curso, vamos apresentar o plano de ensino.
AULA 2
Objetivos
O aluno deverá ser capaz de:
- Entender o significado de variáveis e sua relação com a memória de um computador;
- Utilizar fluxogramas para descrever algoritmos simples, usando caixa de ínicio/fim, caixa de processos (instruções) e caixas decisão;
- Identificar os pontos fortes e fracos no uso de fluxogramas;
- Identificar tipo de variáveis
- Construir expressões usando variáveis e constantes usando os 4 operadores matemáticos e exponenciação;
- Construir expressões usando operadores lógicos;
- Construir instruções de atribuição a uma variável;
Recordando o significado de algoritmo
Um algoritmo é um "um conjunto de instruções para resolver um determinado problema".
O nome advém de al-Khwārizmī
Segundo Knuth um algoritmo deve:
- Sempre terminar após um determinado número de passos. Caso contrário, é chamado (por Knuth) de método computacional;
- Cada passo do algoritmo deve ser precisamente definido (sem ambiguidades);
- Um certo número (ou nenhum) de dados de entrada deve ser fornecido no início ou dinamicamente na execução do algoritmo;
- Ter dados de saída, resultantes do processamento dos dados de entrada;
- Ser efetivo, no sentido que suas operações sejam simples e se executem em tempo finito de tempo;
Não existe algoritmo para fazer um algoritmo
É sempre bom lembrar que não existe um algoritmo para fazer um algoritmo. Podemos considerar que fazer um algoritmo é uma forma de arte.
No entanto, existem algumas diretrizes que podem ser consideradas. Vamos ver estas:
- Comprender bem o problema é fundamental para a solução;
“If I had an hour to solve a problem I'd spend 55 minutes thinking about the problem and 5 minutes thinking about solutions.” ― Albert Einstein
- Tentar enumerar estratégias possíves;
- Tentar dividir o problema e resolver os subproblemas.
A Descrição de Algoritmos usando Fluxogramas
Um fluxograma é uma linguagem semi-gráfica que pode ser utilizada para descrição de algoritmos.
Exemplo: O algoritmo de cálculo da média de dois números da aula anterior:
Pontos fortes:
- permite fácil entendimento do algoritmo, mesmo para pessoas leigas;
Ponto fraco:
- a descrição das estrutura dos dados inexiste. O usuário deve descrevê-los a parte;
Observe no exemplo anterior que nada é dito sobre as variáveis NUM1, NUM2 e MEDIA.
Símbolos de um Fluxograma
Teste de Mesa
Constantes, Variáveis
Algoritmos operam sobre dados. O que podem ser estes dados?
Variáveis e Constantes
No exemplo anterior podemos identificar três variáveis NUM1, NUM2 e MEDIA Também podemos identificar uma CONSTANTE. O número 2.
- Tipo de Variáveis:
- Numéricas: reais e inteiras
Ex: NUM1 = 5.5 /* NUM1 é uma variável real */
- Booleanas: true ou false
Ex: RES = TRUE /* RES é uma variável booleana */
- caracter:
Ex: LETRA = 'A'
- alfanumérica
Ex: FRASE = "ALO MUNDO"
E como estas variáveis armazenam os dados?? Depende da linguagem usada. Vamos passar uma primeira noção do C
Expressões
Expressões sentenças que relacionam variáveis e constantes através de operadores matemáticos e que RESULTAM em um valor. A instrução do algoritmo:
MEDIA = (NUM1 + NUM2) / 2
será considerada como uma expressão, que usa os operadores '+', '/' e '='
O operador '=' é um OPERADOR DE ATRIBUIÇÃO e indica que a expressão do lado direito do '=' será atribuída a variável do lado esquerdo.
Neste curso, para mantermos coerência com a Linguagem C, consideraremos que a expressão como um todo resulta no valor que é atribuído a variável.
Operadores Aritméticos
Os operadores aritméticos que usaremos neste curso serão os disponíveis no C:
Operador | Significado |
---|---|
+ | adição |
- | subtração |
* | multiplicação |
/ | divisão |
% | resto |
O único operador desconhecido aqui é o resto, cujo significado é o resto entre dois números inteiros. Exemplo, se B possui o valor 9, então o resultado da atribuição na expressão: A = B%2 será 1.
Operadores relacionais
Os operadores relacionais permitem realizar comparações entre dois operandos. Os operadores são os seguintes:
Operador | Significado |
---|---|
> | maior que |
>= | maior ou igual que |
< | menor que |
<= | menor ou igual que |
== | igual a (se o operando a esquerda é maior que o da direita) |
!= | diferente de (se o operando a esquerda é diferente do da direita) |
LINK PARA O EDITOR YED
Se você quiser um editor de fluxogramas pode utilizar a ferramenta abaixo:
Se baixar o zip com o java, descompactar, entrar no diretório e executar com:
java -jar yed.jar
Sheldon e o fluxograma da amizade
Vamos observar o fluxograma da amizade do Sheldom da série de TV "Big Bang Theory"
Observer que a caixa no formato de LOSANGO permite testar uma condição: é uma caixa de decisão.
Controle do Fluxo de Execução: Caixas de Decisão
Em algumas situações é necessário realizar algum teste sobre uma expressão. Seja o problema:
Problema do Controle de Acesso
PROBLEMA: Controlar o acesso a uma porta usando uma senha pré-configurada no sistema. DADO DE ENTRADA: SENHA (variável alfanumérica) DADO DE SAÌDA: porta aberta (simulado com msg "PORTA ABERTA") ou mensagem de "SENHA NAO CONFERE"
EXERCÍCIO: Elaborar um fluxograma para o o problema de controle de acesso prevendo um procedimento para modificar a senha de acesso. Para tanto, assuma a existência de uma senha de administrador fixa (por exemplo, "xY12"). Se a senha do administrador for fornecida, mostrar um menu de modificação de senha. A nova senha deve ser repetida.
Exercícios
OBS: sempre anote antes do fluxograma os tipos e significado das variáveis usadas, caracterizando os dados de entrada e os de saída.
- Apresentar um fluxograma para ler 3 números e fazer a média;
- Fazer um teste de mesa usando como valores de entrada 2.0, 5.0 e 3.0;
- Construir um fluxograma para ler 3 números e calcular a média dos dois maiores números lidos;
- Refazer o exercício anterior, para calcular a média do maior e do menor número entre os 3 lidos.
- Considere um algoritmo para calcular o comprimento de uma circunferência. Quem são os dados de entrada e os dados de saída. Fazer um fluxograma para resolver o problema;
- Modifique o algoritmo acima para calcular, além do comprimento, a área da circunferência;
- Considere que a função de uma reta é dada por: . Elabore um fluxograma para calcular o valor de y dado o valor de x.
- Um estudo sobre sensibilidade de pessoas a temperaturas da água identificou que a maioria das pessoas considera fria a água com temperaturas abaixo de 25 graus, morna entre 25 e 30 graus, e quente acima de 30 graus. Escreva um algoritmo na forma de fluxograma que mostre as palavras "fria", "morna" ou "quente" dependendo da temperatura da água que for informada;
AULA 3
Objetivos
O aluno deverá ser capaz de:
- construir fluxogramas usando estruturas de repetição;
- compreender o aninhamento de estruturas de controle de fluxo
- mapear estruturas do fluxograma em estruturas do Scratch;
- dividir problemas em subproblemas e utilizar subrotinas para organizar a solução.
Quebrando um problema em subproblemas: SUBPROGRAMAS
PROBLEMA: Aprimorar o exemplo do controle de acesso para que, no caso de 3 tentativas de acesso seguidas, com senha errada, o sistema seja bloqueado.
DADOS DE ENTRADA: SENHA /* variável que armazena a senha entrada pelo usuário ou administrador */ DADOS DE SAÍDA: mensagem de abertura da porta / usuário bloqueado*/ VARIÁVEIS INTERMEDIÁRIAS: CONT_ACESSO /* valor inicial zero - incrementada a cada senha inválida */
Note que a variável CONT_ACESSO é iniciada com zero e incrementada a cada erro no fornecimento da senha. A atribuição CONT_ACESSO = CONT_+ACESSO + 1 deve ser interpretada da forma: acesse o valor de CONT_ACESSO e some 1 a este valor. Coloque o resultado novamente em CONT_ACESSO (o conteúdo anterior é sobrescrito!)
Neste procedimento pode ser observado que:
- começa a aparecer uma certa complexidade no fluxograma;
- Além disto, não ficou uma abordagem muito interessante, pois se for o administrador que erra a senha, ele pode bloquear o usuário;
- não existe forma de desbloquear a senha (zerar o contador), a não ser mudando a senha.
Em síntese, existem subproblemas adicionais a serem resolvidos. Como podemos resolvê-los sem deixar um fluxograma complexo?
Usaremos a caixa de processos pré-definidos que usaremos para invocar funções que resolvem determinado subproblema.
Inicialmente, vamos construir três subprogramas:
- Iniciar_Sistema(): inicia variáveis do sistema, colocando o sistema em um estado inicial conhecido;
- Tratar_Admin(): é o código que trata a funcionalidade associada ao administrador;
- Tratar_User(): é a funcionalidade que trata o usuário (procedimento de abrir porta, bloquear etc).
OBS: Note que foi usada uma variável auxiliar AUX que permite ajustar o valor de número de acessos a ser mostrado no display. Note também que na caixa DISPLAY foi usado uma string a ser impressa e a variável AUX cujo conteúdo deve ser impresso. Ambos separados por vírgula.
- ANINHAMENTO DE DECISÔES
A função Tratar_User() se utiliza de aninhamento de decisões. Em um primeiro momento é testado se a senha confere com a senha do usuário. SE ela conferir ENTÂO é testado se o contador de bloqueios está dentro do aceitável.
Estruturas de repetição
No exemplo de controle de acesso da aula passada já construímos uma estrutura de repetição (um loop infinito). Vamos elaborar um pouco mais estas estruturas de repetição.
Uma das grandes vantagens de um sistema computacional é a capacidade de repetir um conjunto de instruções possivelmente sobre dados diferentes, a uma velocidade muito grande.
PROBLEMA: Calcular a somatório de N valores a serem fornecidos pelo teclado.
DADOS DE ENTRADA:
- N /* número de valores */,
- a_i /* valor de um dos N números a serem inseridos */
DADOS DE SAÌDA = S /* somatório */
EXERCÌCIOS
EXERCÍCIO 1: Modificar o sistema de controle de acesso para incluir a inserção de nome de usuário (USERID) e senha (SENHA). Prever a existência de dois usuários (USERID_1, USERID_2, SENHA_1, SENHA_2). O admin poderá ser identificado pelo nome ADMIN. Prever bloqueio por usuário (duas variáveis contadores). Sugestão: criar funcões separadas para tratamento de cada usuário. Em breve veremos como podemos contornar esta duplicação através da parametrização de funções/subprogramas.
EXERCÌCIO 2: Implementar o sistema do exercício 1 com o Scratch. Simule as funções usando envio de sinais (isto foi feito no projeto integrador do semestre passado).
AULA 4
AULA 5
AULA 6
AULA 7
AULA 8
AULA 9
AULA 10
AULA 11
AULA 12
AULA 13
AULA 14
AULA 15
AULA 16
AULA 17
AULA 18
AULA 19
AULA 20
AULA 21
AULA 22
AULA 23
AULA 24
AULA 25
AULA 26
AULA 27
AULA 28
AULA 29
AULA 30
AULA 31
AULA 32
AULA 33
AULA 34
AULA 35
SOLUÇÔES:
1.Atravessar G 2.Retornar 3.Atravessar M 4.Retornar G 5.Atravessar R 6.Retornar 7.Atravessar G
1.ATR CP 2.RET P 3.ATR CC 4.RET C 5.ATR PP 6.RET PC 8.ATR PP 9.RET C 10.ATR CC 11.RET C 12.ATR CC
PROBLEMA: determinar as raízes da equação do segundo grau (Baskara) DADOS DE ENTRADA: coeficientes reais A, B e C DADOS DE SAÍDA: raízes X1-REAL,X1-IMG e X2-REAL, X2-IMAG VARÍAVEIS INTERMEDIÁRIAS: DELTA COMENTÁRIO: DELTA pode ser positivo, 0 ou negativo. O valor de DELTA deve ser testado.
FLUXOGRAMA
- Construir um fluxograma para ler 3 números e calcular a média dos dois maiores números lidos;
- Construir um fluxograma para ler 3 números e calcular a média do maior e do menor número entre os 3 lidos.
- Refazer o exercício para ler 3 números e calcular a média dos dois maiores números lido usando variáveis auxiliares MAIOR e MENOR;
- Refazer o exercício 4 para calcular a média do maior e do menor número entre os 3 lidos usando variáveis auxiliareas MAIOR e MENOR;
- Construir um fluxograma para ler 6 números e calcular a média dos dois maiores números lidos. Faça um teste de mesa;
- Faça um algoritmo para fazer a divisão de dois números reais. Antes de dividí-los deve ser feito um teste de validade. Caso não seja possível dividi-los, deve ser mostrada uma mensagem de erro. Se for possível, deve-se mostrar o resultado da divisão;
- Fazer um algoritmo para computar a área e perímetro de um retângulo. Entrar com os dois lados;
- Fazer um programa para computar as áreas de um retângulo e de um círculo. O programa deve mostrar uma mensagem indicando qual figura possui maior área;