Zpět výuka ZS 2011/12
Zpět PRM044

PRM044 Programování I paralelka Y ZS 2011/12

Co bylo na přednáškách

paralelka Y - čtvrtek 9:00 M1

  1. přednáška 6.října
  2. přednáška 13.října
  3. přednáška 20.října
  4. přednáška 27.října
  5. přednáška 3.listopadu
  6. přednáška 10.listopadu
  7. přednáška 24.listopadu
  8. přednáška 1.prosince
  9. přednáška 8.prosince
  10. přednáška 15.prosince
  11. přednáška 22.prosince
  12. přednáška 5.ledna
  13. přednáška 12.ledna

Soutěž v programování pro studenty prvního ročníku

  1. přednáška 6.října
    • Úvodní povídání o předmětu a studiu na MFF UK.
    • Několik dobrých cílů:
      1. Je třeba umět poznat zda něčemu rozumíme nebo ne
        • pokud víme, že věci rozumíme - a je to pravda - jsme "za vodou"
        • pokud víme, že věci nerozumíme, pak jsme v situaci, která nás bude provázet celým životem, je však známa naprosto spolehlivá metoda, jak ji "řešit" - několikrát zopakujeme kolečko (rozmyslet si, přečíst si, poradit se)
        • pokud nevíme, že nevíme, je to vážný psychologický (či osobnostní) problém, se kterým mohou pomoci rodiče, přítel/kyně, psychoanaliti-k/-čka, trenér (kick)boxu a pod. - ne však učitel, ten jen může pomoci stanovit diagnozu
        Pokud se Vám nepodaří tohoto cíle dosáhnout asi Vám na matfyzu nebude moc dobře
      2. Je třeba umět vysvětlit, to čemu rozumíme (jinak řečeno - neumíme-li to vysvětlit, může to být i tím, že tomu nerozumíme).
        Správným cílem při tom není vysvětlit to "panu profesorovi" (o kterém předpokládáme, že to umí lépe než my),
        ale stejně chytrému kolegovi jako jsme my, který ale o dané věci neví nic. To je těžké a ne všem se to v prním ročníku podaří, ale nejpozději do psaní bakalářské práce se to naučit musíte.
    • Podmínky k zápočtu, praktický test, zkouška v letním semestru
    • O nepovinném předmětu NPRM047 "Praktika z programování pro začátečníky", jeho cílech a způsobech výuky
      Tento předmět začne na ostro v týdnu od 18.října, bylo by však dobré přijít do skupiny, kam chcete chodit již v týdnu od 10.října.
      Zapsat půjde až před koncem měsíce.
    • Příklady konkrétních algoritmů:
    • Úloha o bludišti a jednoduchý "Ariadnin" algoritmus, který ji řeší (trasování na konkrétním bludišti).
    • Algoritmus je správný, když je
      • konečný (na každý přípustných datech skončí)
        a
      • parciálně správný (pokud skončí, tak dá správný výsledek)
      tuto ideu využijeme pro dokazování správnosti algoritmů
    • Důkaz konečnosti Ariadnina algoritmu
    • Pojem invariantu algoritmu
    • Důkaz parciální správnosti Ariadnina algoritmu
    • Beletristické zpracování Ariadnina algoritmu a důkazu jeho správnosti.
    • Ariadnin algoritmus je vlastně speciálním případem obecnějšího algoritmu prohledávání grafu do hloubky (backtracking), se kterým se ještě mnohokrát setkáme.
  2. Zpět začátek
  3. přednáška 13.října
    • O předmětu, literatuře, překladačích, praktiku, ....
    • Opakování: algoritmus backtrackingu, idea důkazu konečnosti algoritmů, pojem invariantu
    • Griesova úloha o tahání koulí z urny
    • Existují algoritmy, jejichž správnost jde (poměrně snadno) dokázat, ale jejichž výpočty na reálných datech trvají tak dlouho, že jsou prakticky nepoužitelné. Proto je třeba zabývat se složitostí algotritmů. O tom, jak se měří, budeme - mimo jiné - povídat příště.
    • Motivační příklad pro zavedení konstrukcí obvyklých v programovacích jazycích.
    • Proměnná - jméno místa pro uložení hodnoty, nikoli hodnoty samé. Přiřazovací příkaz. Příkazy pro čtení (read) a výstup (write).
    • Datový typ, deklarace proměnných.
    • Identifikátor, zápis číselné konstanty, klíčové slovo.
    • Strukturované příkazy. Úplný a neúplný podmíněný příkaz, složený příkaz, cykly while a repeat.
    • Syntaktická nejednoznačnost konstrukce podmíněného příkazu.
    • Vývojové diagramy řečené bloková schémata - "blokáče"
    • Tvar programu v Pascalu
    • Programové konstrukce Pascalu jsou strukturované, lze tedy při návrhu programu postupovat "shora dolů"
    • čísla ve světě, rychlost růstu exponenciely
  4. Zpět začátek
  5. přednáška 20.října

    Pokud jste tak již neučinili, pořiďte si účet v laboratoři Karlín a zaregistrujte se do systému Codex !!!
    Pokud chcete navštěvovat praktika NPRM047, přijďte nejpozději v tomto týdnu na příslušné praktikum nebo se ozvěte jeho vedoucímu.
    Informace o obsazenosti jednotlivých praktik najdete na stránce předmětu

    • Opakování: Proměnná, přiřazovací příkaz,
      Úplný a neúplný podmíněný příkaz, složený příkaz, cykly while a repeat. Tvar programu v Pascalu.
    • Čísla ve světě, v matematice, "počítačová" čísla.
    • Typ integer, aritmetické operace a jejich priority, konstanta maxint, přetečení hodnoty.
      (ukázka, že díky němu není sčítání integerů asociativní)
    • Celočíselné typy v Borland Pascalu a Free Pascalu:
      integer, shortint, longint
    • V učebnicích i na přednášce se setkáte s typem integer, v konkrétních případech je ho z důvodů malé hodnoty maxint často vhodné nahradit (zejména v Borland Pascalu) typem longint
    • Konstanty jako nástroj pro snadnou modifikaci programů.
      Ukázkové programy.
    • Typ real, standardní funkce.
    • Ukázkový program, demonstrující, že není rozumné používat pro kontrolu běhu výpočtu programu výsledek testu reálný čísel na rovnost.
    • Typová ochrana přiřazovacího příkazu. Funkce trunc a round.
    • V případech citlivých na přesnost zobrazení je vhodné nahradit typ real typem double
      zmenší se tím reativní chyba (zvětší počet platných cifer), nejde o zvětšení rozsahu čísel
    • Typ boolean.
    • Program, který testuje, zda číslo na vstupu je prvočíslo.
  6. Zpět začátek
  7. přednáška 27.října
    • Typ char, funkce ord a chr.
    • Zápis čísla v poziční soustavě, výpočet jeho hodnoty Hornerovým schématem
      Hornerovo schéma je vlastně lineární algoritmus pro zjištění hodnoty polynomu v zadaném bodě
    • Příklad programu, který čte ze vstupu řádky obsahující vždy číslo k udávající základ soustavy a zápis nějakého čísla X v této soustavě a spočítá a vytiskne hodnotu čísla X.
    • "Zoologie" typů v Pascalu (jednoduché - strukturované, standardní - definované programátorem, ordinální).
    • Výčtové typy
    • Typ interval. Hostitelský typ, běhové kontroly a možnost je vypínat (a proč to není žádoucí).
    • for cyklus jako opakování zadaný počet krát,
      je zakázáno měnit uvntř těla cyklu hodnotu řídící proměnné cyklu, případná změna horní meze uvnitř těla cyklu nemá vliv na počet průchodů tělem cyklu
      jednoduché příklady dvou cyklů v sobě.
    • Pole, indexový typ, typ složky, přístup ke složce pole pomocí indexového výrazu.
  8. Zpět začátek
  9. přednáška 3.listopadu
    • Opakování: pole, for cyklus
    • Vícerozměrná pole
    • Jednoduchý příklad - hledání maxima čísel ležících pod hlavní diagonálou čtvercové matice
    • Znakové řetězce - stringy, funkce length
    • Funkce v Pascalu, příklady jednoduchých funkcí.
    • Faktoriál
    • Výpočet kombinačních čísel - není vhodné volat funkci faktoriál, výpočet s prevencí přetečení
    • Rozmyslete: Kolik násobení stačí k výpočtu N-té mocniny?
      Navrhněte algoritmus a potom ho zkuste i naprogramovat
    • Příklad na hledání maximálního jedničkového obdélníku v 0/1 obdélníku rozměrů m x n.
      animace (nemusí vám ve Windows 7 chodit)
      • Trivální algoritmus složitosti n3*m3 ,
        ani chytrá implementace naivního algoritmu příliš nepomůže
      • Algoritmus se složitostí n*m2
        využívající předvýpočet "počtu jedniček pod danou jedničkou", rozmyslete
      • Zkuste najít algoritmus pracující v čase n*m návod: postup je založený na myšlence, že v matici obroubené nulami každý maximální jedničkový obdélník přiléhá zprava k nějaké nule, a předvýpočtech počtů jedniček nad a pod danou jedničkou
    • Motivace k pojmu asymptotické složitosti
    • Ekvivalence dvou definic pojmu "funce f je velké O z funkce g"
    • Měření časové složitosti algoritmu, asymptotická složitost - formální definice pomocí O(f).
    • Nejlepší, nejhorší a průměrný případ
    • Použitelnost odhadu asymptotické složitosti pro konkrétní výpočet
  10. přednáška 10.listopadu
    • Funkce počítající n- tou mocninu s optimálním počtem násobení (2*log2(n))
    • ilustrativní příklad o vyčíslování výrazů
    • Zjednodušená sémantika příkazů read, readln, write, writeln:
      • vstup číselných typů
      • formátování výstupů, jeli formát moc malý, hodnota se nezkazí, je-li velký, doplní se zleva mezerami
      • hodnoty typu integer se při výstupu bez formátovacího výrazu "slepí"
      • hodnoty typu real mohou vystupovat v semilogaritmickém tvaru nebo jako desetiná čísla
    • Ukázkový program demonstrující formátovaný výstup číselných hodnot a jeho výstup
    • Podprogramy a jejich význam pro programování.
    • Procedury, funkce, formální a skutečné parametry.
    • Bloková struktura programu a viditelnost objektů.
      Lokální a globální deklarace. Lokální definice zastiňuje globální.
    • Předávání parametrů hodnotou a referencí. Jednoduchý příklad.
    • Alokace lokálních objektů (parametrů a lokálních proměnných) na zásobníku.
  11. Zpět začátek
  12. přednáška 24.listopadu
    • upozornění na soutěž studentů 1.ročníku v programování pátek 2.12. 15-18 hodin
    • Opakování:
      • Procedury, funkce, formální a skutečné parametry.
      • Bloková struktura programu a viditelnost objektů.
        Lokální a globální deklarace. Lokální definice zastiňuje globální.
      • Předávání parametrů hodnotou a referencí. Jednoduchý příklad.
      • Alokace lokálních objektů (parametrů a lokálních proměnných) na zásobníku.
    • Kdy použít předávání parametrů hodnotou resp. referencí
    • Je výrazně lepší používat komunikaci s podprogramy přes parametry než používat globálních proměnných (vyjímky budou později)
    • Je vhodné se vyhýbat používání podprogramů lokálních v jiných podprogramech, protože to ve většině dnes používaných jazyků (c-like) nejde
    • Dobrá zásada:
      Vždy hned po návrhu hlavičky podprogramu napište komentář, který v "řeči parametrů" popíše, co podprogram má udělat (nikoli jak, ale co), teprve pak pište její kód
    • Najděte chyby v podprogramu, který má transponovat matici
      řešení
    • Příklad "neintuitivního" chování podprogramu, který byl zavolán se stejným skutečným parametrem pro dva různé formální parametry předávané referencí.
    • Typ záznam (record) a příkaz with,
      jednoduché příklady.
      Používání příkazu with je analogie vět se zamlčeným podmětem, podstatně zjednodušuje zápis, jeho nadužívání však může vést ke zcela nesrozumitelným programům.
    • Typická reprezentace vektoru jako záznamu o dvou složkách: pole a jeho skutečně využitá délka.
    • Hledání prvku v tabulce.
      • první výskyt, použití zarážky pro urychlení testu, prostřední výskyt.
      • Hledání prvku v uspořádané tabulce, metoda půlení intervalu - klikátko.
      • Unity utab a seektab realizující probírané algoritmy vyhledávání v tabulce
      Přečtěte i si kód procedur, které jsme na přednášce detailně neprobírali, připravte si případné dotazy
    • Úplné a neúplné vyhodnocování booleovských výrazů.
      Přepinač B ovlivňujicí činnost překladače Pascalu
    • Programové jednotky - unity, klausule uses, části interface a implementation
    • Význam použití souborů pro ladění programů
    • Datové a textové soubory - rozdíl v použití, (file of char není textový ale datový soubor!),
      v zimním semestru budeme používat jen textové soubory !
    • Textové soubory v Pascalu - abstraktní model a konkrétní reprezentace.
    • Procedura assign
    • Otevření textového souboru ke čtení, k zápisu a přípisu. Zavírání textového souboru.
    • Všechny procedury mají nepovinný první parametr udávající, ze/do kterého souboru se má číst/psát
      pokud není uveden jde o vstup/výstup z/do souboru input/output,
      vše, co jsme dosud řekli o vstupu a výstupu, platí i pro vstup a výstup do textových souborů
  13. Zpět začátek
  14. přednáška 1. prosince
    Na přednášce pravděpodobně bude
    • upozornění na soutěž studentů 1.ročníku v programování pátek 2.12. 15-18 hodin
    • Opakování textové soubory: procedura assign, otvírání souboru,
      je lepší pracovat s abstarktním modelem textového souboru než s jeho fyzickou reprezentací (s konci řádků budeme pracocvat výhradně pomocí procedur eln, readln, writeln)
    • Vstup z textového souboru.
      • Testy eof, eoln,
      • Procedura read, readln,
      • Čtení znaků
      • Čtení čísel
      • Anomální chování programu s testem
        while not eof(F) do
        begin read(F,I); ..... end;
      • Testy seekeof, seekeoln.
      • Čtení znakových řetězců,
        pozor chová se neočekávaně!
    • Výstup do textového souboru
      • Formátování
      • Procedura write, writeln,
      • výstup znaků
      • výstup integerů (bez formátu se výsledky mohou "slepit")
        Pascalův trojúhelník jako příklad programů, kde formát je "složitější" výraz
      • výstup čísel typu real, zokrouhlování, výstup v semilogaritmickém a "desetinném" tvaru
      • Ukázkový program demonstrující formátovaný výstup číselných hodnot a jeho výstup
      • výstup řetězců
      • Výstup hodnot typu boolean - normální člověk nepoužívá
      • Chyba Borland Pascalu - při ukončení programu nezavře výstupní soubory (a tedy nevyprázdní buffery do souboru)
        proto se doporučuje na konci programu vždy zavřít všechny výstupní soubory procedurou close
    • Standardní podprogramy pro práci se stringy:
      + , lenght, pos, delete, insert,
      konverze mezi číselnou hodnotou a jejím zápisem ve stringu
      a komentář k jejich používání
    • Rekursivní algoritmy a podprogramy
    • Rekursivní funkce - faktoriál, je (mírně) lepší naprogramovat iterativně
    • Fibonnaciova posloupnost - chybné řešení s exponenciální složitostí - animace
      naprogramujte si iterativní řešení i rekursivní řešení bez této chyby(přidáte parametr/y)
    • Rekursivní řešení problému Hanojských věží a jeho animace
    • Výstup otočeného řetězce pomocí rekursivní procedury s lokální proměnnou, implicitně využíváme zásobník volání podprogramů
    • Hledání všech pozic N nezávislých dam na šachovnici N x N - volba datových struktur umožňujících inkrementální aktualizaci - Program
      Rozmyslete si dobře a důkladně tento algoritmus i jeho technické provedení. Příště se k němu vrátíme.
      Velmi mnoho rekursivních algoritmů můžete "napasovat" na toto schéma.
  15. Zpět začátek
  16. přednáška 8.prosince

    Pokud se v látce ztrácíte, je nyní nejvyšší čas nějak na to reagovat (studium, dotazy na přednáškách a cvičeních, konzultace, počítání více příkladů, diskuse s kolegy). Později Vás to může stát neúměrně více úsilí a nemusí se to ani povést.
    Stav, kdy víte, že nevíte, je normální a zvládne se studijním úsílím a konzultacemi.
    Stav kdy nevíte, že nevíte, je nebezpečný, deprimující a demotivující, neměli byste se do něj dostat. V něm už nestačí jen se učit, je ale je třeba se hlouběji zamyslet nad motivacemi ke studiu, které máte, sebrat síly a a najít odvahu se s tím poprat - možná pak budete potřebovat i psychologickou podporu Vašich blízkých.
    • Opakování:
      rekurse, rekursivní naprogramování prohledávání stavového prostoru do hloubky
      Hledání všech pozic N nezávislých dam na šachovnici N x N - volba datových struktur umožňujících inkrementální aktualizaci - Program
    • Nerekursivní a rekursivní verze programu hledajícího všechny rozklady zadaného čísla na sčítance
      rekursivní verzi jsme probrali detailně, rozmyslete si nerekursivní
    • Strukturované a modulární programování - měli byste se zamýšlet nad strukturou svých programů a tvořit spíše podprogramy, které budou data dostávat a odevzdávat prostřednictvím parametrů, než hlavní programy, které řeší vše.
    • Kriteria pro užitečné rozdělení systému na části:
      • Vazby jednotlivých částí (jejich inteface) musí být jednoduché
      • Funkce celého systému musí jít jednoduše popsat jako spolupráce jeho částí aniž bychom museli znát (detailní) vnitřní strukturu jeho částí
    • Použití globálních proměnných může vést k sideefectům a pokud pro to nejsou vážné důvody, měl by podprogram komunikovat jen "přes svoji hlavičku" - pomocí parametrů
      Jednou z vyjímek je použití globálních proměnných při tvorbě rekurzivních podprogramů (alternativa - předávat stále stejný parametr odkazem - je očividně horší)
    • Přímá a nepřímá rekurse, direktiva forward,
      někdy se používá i jen k tomu, abychom hlavičky podstatných podprogramů umístili hned na začátek programu
    • Prohledávání grafu do hloubky a šířky .
    • Společná implementace se seznamy OPEN a CLOSE, ve které se tyto algoritmy liší jen implementací seznamu OPEN (zásobník/fronta)
    • Animace: do hloubky, do šířky, tyto animace obsahují (poměrně závažnou chybu) Najděte ji!
    • Algoritmus vlny - prohledávání do šířky bez fronty, přímo do vrchlů grafu se zapisují vzdálenosti od startu
      "zpětný chod" pro nalezení nejkratší cesty
    • V úloze o dominanci šachovnice dámami (hledáme nejmenší počet dam, které by ohrožovaly všechna políčka šachovnice)
      pro inkrementální aktualizaci stavu si nestačí pamatovat pro každé políčko zda je ohrožováno, ale stačí pamatovat si kolikrát je ohrožováno
    • Komentář k programování úlohy o hledání nejkratší cesty dané figury po šachovnici se zakázanými políčky, šachovnici se zakázanými poli je vhodné si "nakreslit" v editoru a jednoduše přečíst,
      srovnej se čtením seznamu zakázaných políček
    • Vnitřní třídění - specifikace úlohy, adresní a asociativní (založené na porovnávání klíčů) algoritmy
    • radixové třídění jako zástupce adresních algoritmů
  17. Zpět začátek
  18. přednáška 15.prosince
    • Opakování radixového třídění, bucketsort
    • adresní třídění pro malý rozsah čísel - bucketsort
    • Jednoduché asociativní algoritmy složitosti O(n2):
      • přímé zatřiďování
      • binární zatřiďování - polohu najdeme v logaritmické čase, ale posun pole je lineární
      • třídění výběrem
      • třídění výměnami - bubblesort, shakesort
        implementace bez pamatování si místa poslední výměny je programátorská nešikovnost
    • vlastnosti třídích algoritmů: přirozenost, stabilita, třídění na místě (in situ)
    • datová struktura heap (hromada) a dvě základní operace s ní: delete-min a přidej prvek
    • hromada jako část pole, reprezentace hromady v poli,
      algoritmus heap sortu
    • zdrojové texty procedur realizujících jednotlivé třídící algoritmy
    • Různé reprezentace grafu,
      Matice sousednosti, matice incidence, seznam hran, seznamy následníků (lze "dát do jednoho pole")
    • Mocnina grafu sousednosti - použití pro hledání komponent souvislosti
  19. Zpět začátek
  20. přednáška 22.prosince
    • Typ množina, jeho realizace v Borland Pascalu.
    • Sekvenční algoritmus pro nalezení reflexního, symetrického a transitivního uzávěru binární relace ze vstupujícího seznamu jejich dvojic. - Program a jeho realističtější verze;
      faktorová množnina - animace
    • Velká množina jako pole množin.
    • Opakování procházení grafu do šířky a hloubky
    • typické implementace zásobníku a fronty (fronta pomocí "zacykleného pole")
    • Porovnání použití prohledávání do šířky a do hloubky pro hledání nejkratší cesty
    • Pseudonáhodná čísla, pojem a jejich použití, hnízdo generátoru náhodných čísel
    • Pseudonáhodná čísla v Borland Pascalu ( RandSeed, Randomize, Random, Random(n) )
    • Metoda Monte Carlo
    • komentář k praktickým testům a přihlašování na ně
  21. Zpět začátek
  22. přednáška 5.ledna
    Na přednášce pravděpodobně bude
    • Dijkstrův algoritmus pro hledání nejkratší cesty v grafu s nezáporně ohodnocenými hranami
      invarianty, složitost - klikátko
    • třetí způsob předávání parametrů v Borland Pascalu - const
    • "typované" konstanty (pozor nejsou to konstanty !) jako příjemný způsob inicializace hodnot proměnných (i strukturovaných) typů
    • Kvadratický algoritmus pro nalezení nejdelší rostoucí vybrané posloupnosti (program).
    • příkaz goto - je lepší nepoužívat
      "kultivované" formy skoků: break, continue, exit, halt
    • zadání aritmetického výrazu stromem a třemi notacemi: inorder, postorder, preorder
      klikátka:
    • vyčíslování hodnoty aritmetického výrazu zadaného postorder notací - klikátko
    • vyčíslování hodnoty aritmetického výrazu zadaného preorder notací
    • vyčíslování hodnoty aritmetického výrazu z inorder notace
      • metoda shora dolů - nalezení "nejvnějšnějšího" operátoru a rekursivní volání - klikátko
      • metoda zdola nahoru - postupné vyčíslování toho, co jde "hned vyčíslit"
      • převod na postfix klikátko
      • algoritmus převodu na postfix jde rovnou spojit a algorimem vyčíslování postfixu
    • Vyčíslování hodnoty aritmetického výrazu (čtyři operace +, -, *, / s prioritami, závorky, bez znamének)
      metodou rekursivního sestupu:
      Formální definice aritmetického výrazu a z něj odvozené rekursivní procedury pro vyčíslení hodnoty aritmetického výrazu - klikátko
    • Rozmyslet: Modifikace programu pro vyčíslování hodnoty aritmetického výrazu metodou rekursivního sestupu tak, aby nepoužíval podprogramů lokálních v jiném podprogramu. Jak se musí změnit hlavičky podprogramů a jejich vzájemná komunikace?
    • podrobněji se o vyčíslování aritmetických výrazů můžete dočíst ve 12. kapitole knihy Algoritmy a programovací techniky
      k programování těchto úloh se vrátíme v letním semestru až budeme mít k dispozici lepší způsob reprezentace stromů
  23. přednáška 12.ledna
    • vyčíslování hodnoty z prefixové notace
    • technické poznámky k programování vyhodnocování výrazů
    • reprezentace "dlouhých čísel" a programování oprací s nimi
    • opakování pojmu asymptotické složitosti
    • Kvadratický algoritmus pro nalezení nejdelší rostoucí vybrané posloupnosti (program)
      jako příklad "dynamického programování"
    • Algoritmus Quicksort, jeho rekursivní verze (bude na internet doplněna)
      a nerekursivní verze - přečtěte si
    • Využití prvku tříděného pole jako pivota - mohu použít jako zarážku
    • Složitost quicksortu v nejhoším a v nejleším případě
    • Paměťová složitost - třída algoritmů pracujících "na místě" - "in situ"
    • Paměťová složitost quicksortu - netřídí na místě
    • Přepinače kompilátoru
    • standardní unity Pascalu
    • unita CRT
    • odpovědi na dotazy -- budou-li
  24. Zpět začátek
Zpět PRM044
Zpět výuka ZS 2011/12