Elaborarea unui program

1. Gândirea computațională

Definiție. Gândirea computațională este modul de abordare a unei probleme prin care aceasta este pregătită pentru a fi rezolvată cu ajutorul calculatorului.

Gândirea computațională are la bază operațiile prin care un enunț scris în cuvinte devine o succesiune de prelucrări:

• descompunerea — problema este împărțită în subprobleme mai simple, fiecare rezolvată separat;
• recunoașterea tiparelor — sunt identificate prelucrările care se repetă sau care seamănă cu prelucrări cunoscute;
• abstractizarea — sunt reținute numai datele și relațiile care intervin în rezolvare, iar restul sunt lăsate deoparte;
• algoritmizarea — este stabilită succesiunea de pași prin care se ajunge de la datele de intrare la rezultat.

1.1. Cele patru operații pe un exemplu

2. Analiza problemei

Analiza răspunde la două întrebări: ce se cunoaște și ce se cere. Valorile care apar în rezolvare sunt împărțite după rolul lor.

2.1. Datele de manevră

Datele de manevră sunt cele care se recunosc cel mai greu, pentru că nu apar în enunț. La interschimbarea valorilor a două variabile, variabila aux este dată de manevră:

aux = a
a = b
b = aux

aux = a;
a = b;
b = aux;

Valoarea ei nu este citită și nu este afișată. Fără ea, prima atribuire ar pierde valoarea variabilei a. Tot date de manevră sunt contorul unei structuri repetitive și variabilele în care se adună rezultatele parțiale.

2.2. Restricțiile

Enunțul stabilește și limitele între care se află datele: câte valori sunt citite, ce semn au, între ce margini se încadrează. Din restricții se obțin cazurile-limită pe care programul este testat și tipurile de date folosite la declarare.

3. Etapele elaborării unui program

Elaborarea unui program parcurge cinci etape. Fiecare pornește de la rezultatul celei dinainte, iar erorile descoperite la testare duc la reluarea etapelor anterioare.

Testarea arată că programul dă un rezultat greșit. Depanarea arată de ce. Cele două sunt etape diferite: o eroare găsită la testare poate avea cauza în algoritm, deci în etapa de proiectare, nu în codul scris.

4. Etapele parcurse pe o problemă

Cele cinci etape sunt parcurse mai jos pe problema registrului de casă, enunțată în prima secțiune.

4.1. Analiza

Datele au fost stabilite în secțiunea a doua: se citesc n și cele n sume, se afișează totalul încasărilor, totalul cheltuielilor și soldul.

4.2. Proiectarea

Sumele sunt parcurse o singură dată, iar semnul fiecăreia arată la care total este adăugată. Algoritmul, scris în pseudocod:

citește n
incasari ← 0
cheltuieli ← 0
pentru i ← 1,n execută
    citește suma
    dacă suma > 0 atunci
        incasari ← incasari + suma
    altfel
        cheltuieli ← cheltuieli - suma
    sfdacă
sfpentru
sold ← incasari - cheltuieli
scrie incasari, cheltuieli, sold

Cheltuielile sunt adunate cu semn schimbat, cheltuieli - suma, pentru că sumele negative reprezintă plăți. Totalul cheltuielilor este astfel un număr pozitiv.

4.3. Implementarea

Algoritmul este transcris în cele două limbaje:

n = int(input())

incasari = 0
cheltuieli = 0

for i in range(n):
    suma = int(input())
    if suma > 0:
        incasari = incasari + suma
    else:
        cheltuieli = cheltuieli - suma

sold = incasari - cheltuieli

print(incasari)
print(cheltuieli)
print(sold)

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int n, suma;
    int incasari = 0, cheltuieli = 0;
    cin >> n;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cin >> suma;
        if (suma > 0)
            incasari = incasari + suma;
        else
            cheltuieli = cheltuieli - suma;
    }
    cout << incasari << '\n';
    cout << cheltuieli << '\n';
    cout << incasari - cheltuieli << '\n';
    return 0;
}

Algoritmul este același, iar deosebirile țin de regulile de scriere ale fiecărui limbaj: declararea variabilelor și tipul lor, marcarea blocurilor prin acolade sau prin indentare, forma structurii repetitive cu contor.

4.4. Testarea

Programul este executat pe seturi de date pentru care rezultatele sunt cunoscute dinainte. Între ele se află și cazurile-limită obținute din restricții.

4.5. Depanarea

Depanarea pornește de la un test căzut și caută instrucțiunea care produce valoarea greșită. Valorile variabilelor sunt urmărite pas cu pas, fie prin afișări puse temporar în program, fie cu depanatorul mediului de programare. Felurile de erori și semnele după care sunt recunoscute se află în secțiunea a șasea.

5. Proiectarea modulară

Definiție. Un modul este o parte de sine stătătoare a rezolvării, care îndeplinește o singură sarcină și care comunică cu restul programului prin datele primite și prin rezultatul întors.

Proiectarea modulară înseamnă descompunerea problemei în module înainte de scrierea codului. Pentru problema registrului de casă, descompunerea poate fi:

5.1. Două organizări ale aceleiași rezolvări

Aceeași problemă poate fi descompusă în mai multe feluri. Organizarea A calculează fiecare total într-un modul propriu, care parcurge sumele memorate; organizarea B parcurge sumele o singură dată și actualizează amândouă totalurile la fiecare pas.

Niciuna dintre organizări nu este mai bună în toate privințele. Organizarea B este mai eficientă, iar programul din secțiunea a patra o urmează. Organizarea A se citește mai ușor și se modifică mai ușor, iar pentru date de dimensiuni mici deosebirea de timp nu se observă. Criteriul după care se alege este cerința problemei: volumul datelor, numărul rezultatelor cerute și felul în care aplicația va fi extinsă.

6. Încadrarea erorilor

Erorile dintr-un program se încadrează în trei categorii, după momentul în care apar și după felul în care se manifestă.

6.1. Eroare de sintaxă

Lipsește semnul cerut de regulile de scriere ale limbajului:

n = int(input())
if n > 0
    print(n)

int n;
cin >> n
cout << n;

În Python lipsește caracterul : de la sfârșitul condiției, iar în C++ lipsește caracterul ; de la sfârșitul instrucțiunii. Programul nu pornește: eroarea este semnalată înainte de executare.

6.2. Eroare de logică

Programul următor ar trebui să afișeze media a n numere întregi, dar afișează câtul împărțirii întregi:

n = int(input())
suma = 0
for i in range(n):
    suma = suma + int(input())

print(suma // n)

int n, suma = 0, x;
cin >> n;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    cin >> x;
    suma = suma + x;
}
cout << suma / n;

Pentru valorile 8, 9, 7 și 10 se obține 8 în loc de 8.5. Programul se execută până la capăt și nu afișează niciun mesaj de eroare, deci greșeala se descoperă numai comparând rezultatul cu cel așteptat. În Python, operatorul // dă câtul împărțirii întregi, iar / dă rezultat real. În C++, operatorul / aplicat la doi operanzi întregi dă tot câtul împărțirii întregi, deci unul dintre operanzi trebuie convertit la un tip real.

6.3. Eroare de executare

Chiar corectat, programul de mai sus se oprește atunci când n are valoarea 0, pentru că împărțirea la zero nu poate fi efectuată:

n = int(input())
suma = 0
for i in range(n):
    suma = suma + int(input())

print(suma / n)

În Python programul se oprește cu mesajul ZeroDivisionError. În C++, împărțirea întreagă la zero nu are un rezultat definit de limbaj, iar programul se oprește fără ca eroarea să fi fost semnalată la compilare. Eroarea se înlătură verificând valoarea lui n înainte de împărțire, așa cum se face la problema temperaturilor din activitatea practică.

7. Activitate practică

Pentru fiecare problemă se stabilesc mai întâi datele de intrare, de ieșire și de manevră, apoi se scrie algoritmul în pseudocod și abia la urmă programul, în Python și în C++.

1. Media notelor

   Se citește n, apoi n note. Să se afișeze media lor, rotunjită la două zecimale.

   Intrare: 4 | 8 9 7 10 → Ieșire: media 8,5

   Intrare: n și cele n note. Ieșire: media. Manevră: contorul i și variabila suma, în care se adună notele. Împărțirea trebuie să dea rezultat real, deci variabila suma este declarată de tip real. Programul Python afișează 8.5, iar cel în C++ afișează 8.50, pentru că numărul zecimalelor este fixat prin setprecision.

   n = int(input())
   
   suma = 0
   for i in range(n):
       nota = float(input())
       suma = suma + nota
   
   print(round(suma / n, 2))

   #include <iostream>
   #include <iomanip>
   using namespace std;
   
   int main() {
       int n;
       double nota, suma = 0;
       cin >> n;
       for (int i = 1; i <= n; i++) {
           cin >> nota;
           suma = suma + nota;
       }
       cout << fixed << setprecision(2) << suma / n;
       return 0;
   }

   Încarcă programul Python în casetă

2. Maximul și numărul aparițiilor

   Se citește n, apoi n numere întregi. Să se afișeze cea mai mare valoare și de câte ori apare ea.

   Intrare: 5 | 3 9 2 9 1 → Ieșire: 9 2

   Intrare: n și cele n numere. Ieșire: maximul și numărul aparițiilor lui. Manevră: contorul i, valoarea citită x, variabilele maxim și aparitii. Maximul se inițializează cu prima valoare citită, nu cu zero: numerele pot fi negative.

   n = int(input())
   
   maxim = int(input())
   aparitii = 1
   
   for i in range(n - 1):
       x = int(input())
       if x > maxim:
           maxim = x
           aparitii = 1
       elif x == maxim:
           aparitii = aparitii + 1
   
   print(maxim, aparitii)

   #include <iostream>
   using namespace std;
   
   int main() {
       int n, x, maxim, aparitii = 1;
       cin >> n >> maxim;
       for (int i = 1; i <= n - 1; i++) {
           cin >> x;
           if (x > maxim) {
               maxim = x;
               aparitii = 1;
           } else if (x == maxim)
               aparitii = aparitii + 1;
       }
       cout << maxim << ' ' << aparitii;
       return 0;
   }

   Încarcă programul Python în casetă

3. Temperaturile unei săptămâni

   Se citește n, apoi temperaturile înregistrate în n zile. Să se afișeze câte zile au avut temperatura negativă și media temperaturilor pozitive. Dacă nu a existat nicio temperatură pozitivă, se afișează mesajul „fara temperaturi pozitive".

   Intrare: 5 | −3 4 0 6 −1 → Ieșire: 2 zile și media 5

   Intrare: n și cele n temperaturi. Ieșire: numărul zilelor cu temperatură negativă și media temperaturilor pozitive. Manevră: contorul i, temperatura citită t, variabilele suma_pozitive și numar_pozitive. Cazul-limită apare când nicio temperatură nu este pozitivă: împărțirea ar fi făcută la zero.

   n = int(input())
   
   zile_negative = 0
   suma_pozitive = 0
   numar_pozitive = 0
   
   for i in range(n):
       t = float(input())
       if t < 0:
           zile_negative = zile_negative + 1
       elif t > 0:
           suma_pozitive = suma_pozitive + t
           numar_pozitive = numar_pozitive + 1
   
   print(zile_negative)
   if numar_pozitive > 0:
       print(round(suma_pozitive / numar_pozitive, 2))
   else:
       print("fara temperaturi pozitive")

   #include <iostream>
   #include <iomanip>
   using namespace std;
   
   int main() {
       int n, zile_negative = 0, numar_pozitive = 0;
       double t, suma_pozitive = 0;
       cin >> n;
       for (int i = 1; i <= n; i++) {
           cin >> t;
           if (t < 0)
               zile_negative = zile_negative + 1;
           else if (t > 0) {
               suma_pozitive = suma_pozitive + t;
               numar_pozitive = numar_pozitive + 1;
           }
       }
       cout << zile_negative << '\n';
       if (numar_pozitive > 0)
           cout << fixed << setprecision(2) << suma_pozitive / numar_pozitive;
       else
           cout << "fara temperaturi pozitive";
       return 0;
   }

   Încarcă programul Python în casetă

4. Cea mai lungă serie de încasări

   Se citește n, apoi n operații de casă, ca la problema din lecție. Să se afișeze lungimea celei mai lungi serii de încasări consecutive.

   Intrare: 7 | 10 20 −5 30 40 50 −1 → Ieșire: 3

   Intrare: n și cele n sume. Ieșire: lungimea celei mai lungi serii de valori pozitive consecutive. Manevră: contorul i, suma citită, seria curentă și seria cea mai lungă. Seria curentă se reia de la zero la fiecare valoare care nu este încasare, iar seria cea mai lungă se actualizează la fiecare pas.

   n = int(input())
   
   serie = 0
   maxim = 0
   
   for i in range(n):
       suma = int(input())
       if suma > 0:
           serie = serie + 1
           if serie > maxim:
               maxim = serie
       else:
           serie = 0
   
   print(maxim)

   #include <iostream>
   using namespace std;
   
   int main() {
       int n, suma, serie = 0, maxim = 0;
       cin >> n;
       for (int i = 1; i <= n; i++) {
           cin >> suma;
           if (suma > 0) {
               serie = serie + 1;
               if (serie > maxim)
                   maxim = serie;
           } else
               serie = 0;
       }
       cout << maxim;
       return 0;
   }

   Încarcă programul Python în casetă

Scrie și execută programul Python aici

Programul se execută direct în browserul tău. Codul nu este trimis pe server, nu este salvat și nu poate fi văzut de alte persoane.

Datele de intrare se scriu în caseta de alături, câte o valoare pe rând: întâi n, apoi cele n sume.

⚠️ Atenție: C++ nu se poate rula în pagină. Programele scrise în C++ trebuie mai întâi compilate, iar asta se face în laborator, în mediul de programare.