Bai 1 giới thiệu tổng quan về lập trình

Trung tâm Đào tạo E-Learning Cơ hội học tập cho người BÀI : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LẬP TRÌNH Mục đích: Bài cung cấp khái niệm khái niệm lập trình, khái niệm ngơn ngữ lập trình, phân loại ngơn ngữ lập trình, khái niệm thuật tốn, cách trình bày thuật toán Đặc biệt, cung cấp cho người học làm quen với việc thực bước để giải toán chặt chẽ, logic dạng chạy bước thuật toán đề Điều tạo cho người học lập trình phong cách tư logic bước chặt chẽ việc giải tốn máy tính Trong u cầu người học, hiểu biết mình, tự đưa thuật toán để giải số tốn đơn giản thơng thường 1.1 Lập trình ngơn ngữ lập trình 1.1.1 Khái niệm lập trình Thuật ngữ lập trình (programming) nhằm nói đến q trình xây dựng - sản xuất chương trình phần mềm cho máy tính, ứng dụng để giải tốn thực tế Quá trình gồm nhiều giai đoạn khảo sát, phân tích thiết kế, mã hóa chương trình, kiểm thử chương trình, bảo trì nâng cấp, Giai đoạn khảo sát nhằm làm rõ yêu cầu toán giới hạn toán cần giải quyết, phân tích yêu cầu chi tiết quy trình nghiệp vụ xử lý tốn để từ thiết kế thành phần cho chương trình phần mềm Giai đoạn mã hóa chương trình (hay coding) giai đoạn quan trọng, thiết kế phần mềm chuyển hóa thành nội dung chương trình Người thực giai đoạn gọi lập trình viên (programmer) Các giai đoạn q trình xây dựng chương trình phần mềm bao gồm: khảo sát; phân tích & thiết kế; mã hóa chương trình; kiểm tra (hình vẽ) Sản phẩm cuối chương trình phần mềm (software), chương trình thực máy tính qua hỗ trợ, giúp người giải toán đặt ban đầu Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning Bài toán cần giải Khảo sát Phân tích & thiết kế Cơ hội học tập cho người Mã hóa chương trình Kiểm tra Chương trình phần mềm Chúng ta khơng sâu tìm hiểu chi tiết giai đoạn mà đề cập đến giai đoạn mã hóa chương trình hay cịn gọi viết mã lệnh Giai đoạn thực dựa phân tích thiết kế chương trình Các thiết kế chương trình gồm nhiều thành phần quan trọng quy trình tính tốn xử lý cho tốn máy tính, hay cịn gọi thuật tốn Phần quy định cấu trúc trình tự mà người lập trình viết mã lệnh cho chương trình Khái niệm vấn đề thuật tốn trình phần sau Thực tiễn đặt nhiều toán cho việc xây dựng chương trình phần mềm ứng dụng Có số tốn giải sức lao động người, nhiên có tốn khơng thể giải khối lượng tính tốn khổng lồ hay diễn mơi trường đặc biệt… Điều cần đến việc tự động hóa thơng qua sử dụng hệ thống máy tính chương trình phần mềm ứng dụng Mặt khác, với đặc trưng tính trung thực, khơng bị phụ thuộc vào ngoại cảnh tính tốn xử lý… nên việc ứng dụng máy tính giải tốn giúp người nhằm đem lại hiệu cao 1.1.2 Ngôn ngữ lập trình Các mã lệnh viết lập trình chất sử dụng ký hiệu 1, máy tính điện tử xử lý tín hiệu dạng nhị phân (tương ứng với trạng thái ON/OFF) Các lệnh gọi dạng mã máy Tuy nhiên khơng phải lập trình lệnh mã máy, mà sử dụng lệnh dạng tương tự ngôn ngữ tự nhiên (chủ yếu tiếng Anh), nhờ cung cấp ngơn ngữ lập trình Ngơn ngữ lập trình tập ký pháp, quy tắc, quy ước để viết mã lệnh cho chương trình Hiện có nhiều loại ngơn ngữ lập trình chia thành nhóm sau: - Ngơn ngữ máy: sử dụng ký hiệu nhị phân với quy tắc máy nên khó áp dụng khơng dùng để viết chương trình - Nhóm ngơn ngữ bậc thấp: sử dụng ký hiệu chữ cái, chữ số, dấu… hay gọi ký tự với quy tắc gần với quy tắc máy nên khó áp dụng Chẳng hạn ngơn ngữ Assembler Các ngơn ngữ thuộc nhóm thường áp Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning Cơ hội học tập cho người dụng để viết chương trình phần mềm dạng hệ thống, can thiệp sâu bên thiết bị vật lý để điều khiển - Nhóm ngơn ngữ bậc cao: sử dụng ký hiệu ký tự để viết lệnh với quy tắc gần gần với quy tắc ngôn ngữ tự nhiên nên dễ áp dụng Chẳng hạn Pascal, C/C++, Java, Ngơn ngữ lập trình chất cung cấp cho người lập trình vấn đề chính: thứ nhất, cung cấp ký hiệu quy tắc viết mã lệnh để cho đơn giản dễ triển khai; thứ hai, cung cấp chế để chương trình sau viết ngơn ngữ chuyển dạng mã máy để thực máy tính Q trình chuyển đổi gọi biên dịch (compile) chương trình Chương trình viết sử dụng ngơn ngữ lập trình gọi chương trình nguồn (source programs), sau biên dịch thành chương trình gồm lệnh mã máy gọi chương trình thực thi (executive programs) Lập trình Chương trình nguồn Biên dịch Chương trình mã máy Chạy thử 1.2 Thuật toán 1.2.1 Khái niệm thuật toán (algorithms) Thuật toán hệ thống chặt chẽ rõ ràng qui tắc nhằm xác định dãy thao tác đối tượng, cho sau số hữu hạn bước thực thao tác này, ta thu kết qủa mong muốn Chúng ta phải phân biệt hai khái niệm cách làm thuật toán Hai khái niệm phương pháp giải toán, khái niệm cách làm thể dạng ý tưởng chủ u, khơng địi hỏi tiêu chí chặt chẽ, rõ ràng… yêu cầu thuật toán Một cách hiểu đơn giản khái niệm cách làm dừng lại việc người trao đổi với phương pháp giải tốn, cịn khái niệm thuật toán thể cách làm mà máy tính giải thơng qua việc mã hóa thành chương trình 1.2.2 Các đặc trưng thuật tốn - Tính kết thúc : thuật tốn phải kết thúc sau số hữu hạn thao tác - Tính rõ ràng, chặt chẽ : thao tác trình bày thuật tốn phải rõ ràng, phải thực máy tính Các bước có thứ tự định, thay đổi trật tự thuật tốn bị sai Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning Cơ hội học tập cho người - Tính phổ dụng : thuật tốn mở rộng, áp dụng cho lớp toán tương tự nhau, khơng giải tốn đặt - Tính hiệu : thể không gian thời gian Về không gian thuật toán phải thực điều kiện khả máy tính tại, thời gian địi hỏi thuật tốn phải cho kết sớm 1.2.3 Cách thể thuật tuán Có hai cách để biểu diễn thuật toán: - Cách thứ nêu trình tự bước từ bước đến bước cuối cùng, bước sử dụng ngôn ngữ giả lập trình với ngơn ngữ tự nhiên để trình bày Các mơ tả phải xác rõ ràng, đơn nghĩa dễ hiểu - Cách thứ hai sử dụng sơ đồ khối: sử dụng hình vẽ với ý nghĩa sau Ý nghĩa Hình vẽ thể bắt đầu kết thúc thuật tốn thể tính tốn thể cho thao tác nhập liệu vào, đưa kết liệu thể chiều thuật toán thể lựa chọn sai, có chiều vào chiều tương ứng với trường hợp Một thuật tốn trình bày dạng sơ đồ rõ ràng tường minh hơn, người lập trình dễ dàng triển khai chương trình từ thuật tốn Tuy nhiên thuật tốn lớn q việc trình bày mơ tả bước đơn giản hơn, bước phải trình bày rõ chi tiết thao tác để người lập trình nắm bắt triển khai chương trình dễ dàng Thơng thường, thuật tốn lớn, phức tạp chúng trình bày theo cách thể phần nội dung sau: Tên thuật toán Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning Cơ hội học tập cho người Các tham số, liệu đưa vào (input) Các kết tính tốn đầu (output) Các hành động (bước) tính tốn, xử lý (actions/steps): phần trình bày mơ tả tiết hành động bước 1.2.4 Một số ví dụ thuật tốn  Ví dụ 1.1: Thuật tốn “đổi chỗ”, có hai thùng A B, thùng A đựng thóc thùng B đựng ngơ, đổi chỗ thóc ngơ cho A B (thóc) (ngơ) Để thực thuật tốn phải sử dụng thêm thùng trung gian thứ 3, ký hiệu C thuật tốn trình bày theo cách sau: - Tên thuật toán: Đổi chỗ - Input: hai thùng A (đựng thóc) B (đựng ngô) - Output: hai thùng A (đựng ngô) B (đựng thóc) - Actions: Bước 1) Chuyển thóc thùng A vào thùng C Bước 2) Chuyển ngô thùng B vào thùng A Bước 3) Chuyển thóc thùng C vào thùng B Hình minh họa sau: (B2 - chuyển ngơ) A B (thóc) (ngơ) (B1 - chuyển thóc) C (B3 - chuyển thóc) (trung gian)  Ví dụ 1.2: Thuật tốn “nấu cơm” Một cơng việc hầu hết biết làm, nhiên có chưa lần thực thực tế khơng thể phải đưa thuật tốn cho người Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning Cơ hội học tập cho người thực hiện, thuật tốn trình bày sau (để đơn giản ta bỏ qua phần name, input, output): Bước 1) Thu thập nguyên liệu gạo, nước xác định công cụ sử dụng để nấu cơm nồi (giả sử nồi điện), nguồn điện Bước 2) Nếu nguyên liệu khơng có thiếu cơng cụ thơng báo khơng thể nấu cơm chuyển đến bước Bước 3) Lấy gạo cho vào nồi Bước 4) Vò gạo đổ nước Bước 5) Cắm điện bật công tắc nồi Bước 6) Kết thúc Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning  Cơ hội học tập cho người Ví dụ 1.3: Thuật tốn giải phương trình bậc có dạng sau ax  bx  c  Thuật tốn trình bày dạng sơ đồ sau: Bắt đầu Nhập hệ số a, b, c ? a=0? Đúng Khơng phải phương trình bậc Đúng Phương trình vơ nghiệm Sai Tính   b  4ac  n chuyển sang bước Bước 6) Nếu Xi < Min đặt lại Min = Xi Bước 7) Tăng i lên (i = i + 1) quay lại bước Bước 8) Thông báo kết : Min kết thúc Chuyển thuật toán thành sơ đồ sau: Bắt đầu Nhập số n X1,X2, ,Xn ? nn? Sai Xi < Min ? Sai i=i+1 Đúng Min = Xi Giá trị nhỏ : Min Kết thúc Cơ sở lập trình – Bài Trang Trung tâm Đào tạo E-Learning Cơ hội học tập cho người  Ví dụ 1.5: Trình bày thuật tốn tìm ước số chung lớn số nguyên dương Về ý tưởng, áp dụng thuật tốn Ơclít dạng đơn giản, lấy số lớn trừ số bé hai số kết cần tìm Có thể tăng tốc độ cách lấy số lớn chia dư cho số bé thay dùng phép trừ Chẳng hạn, có hai số 24 9, thực bước sau: Bước 1) Trừ 24 cho 15  số (15,9) Bước 2) Trừ 15 cho  số (6,9) Bước 3) Trừ cho  số (6,3) Bước 4) Trừ cho  số (3,3) chúng nhau, kết cần tìm Thuật tốn trình bày dạng sơ đồ sau Bắt đầu Xác định số nguyên dương a,b a>b? Đúng a = a-b Sai a Đúng Sai a chia hết b? b=b+1 Đúng a = a/b In thừa số b phân tích Bắt đầu Chúc Anh/ Chị học tập tốt ! Cơ sở lập trình – Bài Trang 11 ... chương trình gồm lệnh mã máy gọi chương trình thực thi (executive programs) Lập trình Chương trình nguồn Biên dịch Chương trình mã máy Chạy thử 1. 2 Thuật toán 1. 2 .1 Khái niệm thuật toán (algorithms)... Ngôn ngữ lập trình Các mã lệnh viết lập trình chất sử dụng ký hiệu 1, máy tính điện tử xử lý tín hiệu dạng nhị phân (tương ứng với trạng thái ON/OFF) Các lệnh gọi dạng mã máy Tuy nhiên lập trình. .. tiếng Anh), nhờ cung cấp ngơn ngữ lập trình Ngơn ngữ lập trình tập ký pháp, quy tắc, quy ước để viết mã lệnh cho chương trình Hiện có nhiều loại ngơn ngữ lập trình chia thành nhóm sau: - Ngơn