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)

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

• Apostila sobre Lógica de Programação

AULAS

AULA 1

Como fazer um churrasco

Vamos observar atentamente este vídeo para iniciarmos o nosso curso de programação:

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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

EmbedVideo received the bad id "yifW9XueSaI#!" for the service "youtube".

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:

EmbedVideo received the bad id "hLnuMXO95f8#!" for the service "youtube".

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:
  • UCP (CPU) (Unidade Central de Processamento)
  • Barramentos
  • Memórias: Primária (semicondutora -> RAM e ROM) e Secundárias (disco, pendrive)
  • Dispositivos de Entrada e Saída de Dados (Teclado, Monitor etc)

• 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

• Editor Yed

Sheldon e o fluxograma da amizade

Vamos observar o fluxograma da amizade do Sheldom da série de TV "Big Bang Theory"

EmbedVideo received the bad id "VAX4jLlNo-Q#!" for the service "youtube".

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.

1. Apresentar um fluxograma para ler 3 números e fazer a média;
2. Fazer um teste de mesa usando como valores de entrada 2.0, 5.0 e 3.0;
3. Construir um fluxograma para ler 3 números e calcular a média dos dois maiores números lidos;
4. Refazer o exercício anterior, para calcular a média do maior e do menor número entre os 3 lidos.
5. 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;
6. Modifique o algoritmo acima para calcular, além do comprimento, a área da circunferência;
7. Considere que a função de uma reta é dada por: $y=5x+2$. Elabore um fluxograma para calcular o valor de y dado o valor de x.
8. 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 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

1. Construir um fluxograma para ler 3 números e calcular a média dos dois maiores números lidos;
2. Construir um fluxograma para ler 3 números e calcular a média do maior e do menor número entre os 3 lidos.

1. Refazer o exercício para ler 3 números e calcular a média dos dois maiores números lido usando variáveis auxiliares MAIOR e MENOR;
2. Refazer o exercício 4 para calcular a média do maior e do menor número entre os 3 lidos usando variáveis auxiliareas MAIOR e MENOR;
3. Construir um fluxograma para ler 6 números e calcular a média dos dois maiores números lidos. Faça um teste de mesa;

1. 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;
2. Fazer um algoritmo para computar a área e perímetro de um retângulo. Entrar com os dois lados;
3. 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;