Elementi di Programmazione: con Java dal - Matematica - Università ...

Minicorso tematico:
“Elementi di Programmazione:
con Java dal Computer,
al Web, al Cellulare”
Dott. Francesco Ricca
Dipartimento Di Matematica
Università della Calabria
ricca@mat.unical.it

Presentiamoci
Mi chiamo Francesco Ricca
Ricercatore presso il Dip. Di Matematica
Mi occupo di:
Intelligenza Artificiale
Programmazione Logica
Insegno:
Introduzione all’Informatica
Ingegneria del Software
Programmazione ad Oggetti

Programma del Corso
Introduzione all’Informatica
Problemi, Algoritmi e Programmi
Fondamenti di Programmazione
… con il linguaggio Java
Siti dinamici con Java
J2ME: Java per i cellulari

Materiale Didattico
Lucidi delle Lezioni
Guide rapide
http://www.html.it
http://java.sun.com
Libri
L. Nigro, “Introduzione alla programmazione orientata agli
oggetti in Java”, Edizioni Luim
L.Cabibbo, “Fondamenti di Informatica: Oggetti e Java”,
McGraw-Hill
C.S. Horstmann – G. Cornell, “Core Java 2”, Prentice Hall

Orario ed Esame
Esame Finale giorno 9 Maggio:
Facoltativo
Chi lo supera consegue un attestato per riscattare 1CFU
L’attestato di frequenza valido per l’esame di stato
non è connesso all’esame

Introduzione
All’Informatica
Nozioni di base

Cosa è l’Informatica?
Scienza degli elaboratori elettronici
Computer Science
Scienza dell’informazione
rappresentazione
memorizzazione
elaborazione e trasmissione dell’informazione
Parente stretta della Matematica
2 anime: teorica, tecnico-pratica

Il Computer
Elaboratore elettronico (o “calcolatore”)
E’ uno strumento per la rappresentazione,
la memorizzazione e l’elaborazione delle
informazioni.
E’ programmabile: può essere predisposto
per eseguire un particolare insieme di
azioni, allo scopo di risolvere un problema.

Cosa possiamo fare con un
calcolatore?

Cosa possiamo fare con un
calcolatore?

Utilizzo di un elaboratore
Come utente:
Uso software applicativo esistente per creare
documenti e interfacce grafiche, effettuare
calcoli, navigare in rete
Come sviluppatore:
Creo nuovi programmi sullo strato del software
esistente
Nuovi programmi applicativi
Nuovi programmi di sistema (cioè che fanno funzionare il
calcolatore)

Cosa possiamo fare con un
calcolatore?
Word Processing. Memorizzare, elaborare testi.
Basi di Dati. Memorizzare grossi archivi di dati, recupero
veloce, produrre informazioni globali.
Accesso Remoto. Trasmissione e recupero di
informazioni.
Calcolo. Risolvere problemi matematici.
Simulazioni. Rappresentare e elaborare informazioni
che simulano l’ambiente reale.

Parole chiave:
Hardware
Software

Hardware
Contenitore con
CPU, RAM
Memoria Centrale
Fisso
Unità per Dischi - CD/DVD
Monitor
Tastiera
Ecc.

Hardware
Unità di Elaborazione (Processore o CPU):
Svolge le elaborazioni
Coordina il trasferimento dei dati
Cioè ‘esegue’ i programmi
Memoria Centrale
Memorizza dati e programmi per l’elaborazione
Volatile
Accesso rapido
Capacità limitata

Hardware
Memoria Secondaria (es. Harddisk,floppy)
Grande capacità
Persistente
Accesso piu lento della RAM
Unità Periferiche
Interfaccia verso l’esterno
Terminali (tastiera, video)
Stampanti

Software
Software di base:
Dedicato alla gestione dell’elaboratore
Esempio: Sistema Operativo (Windows, Linux, etc)
Software applicativo:
Dedicato alla realizzazione di specifiche applicative
Esempio: programmi per scrittura, gestione
aziendale, navigazione su internet, ecc

Problemi, Algoritmi
e Programmi
I concetti fondamentali dell’Informatica

Il problema
Abbiamo un problema quando ci poniamo un obiettivo
da raggiungere e per raggiungerlo dobbiamo mettere a
punto una strategia
Problema Strategia Obiettivo

Esempi di problemi
Trovare il numero di telefono di una persona
Individuare il numero più piccolo di una sequenza
Stabilire se una parola precede alfabeticamente
un’altra
Calcolare il costo totale di un certo numero di
prodotti
Trovare perimetro e area di una figura geometria
…

Risolvere un problema
Come si costruisce la soluzione a un problema?
Qual è il giusto “punto di partenza” per
pensare la soluzione a un problema?
Quali metodologie e tecniche usare?

Risolvere un problema
Problema
Interpretazione
Modello Procedimento
risolutivo
Verifica dei risultati
Esecuzione

Algoritmo
Un algoritmo è una sequenza finita di
operazioni elementari che porta alla
risoluzione in un tempo finito una classe di
problemi.
In generale un algoritmo può essere visto come una
funzione da un dominio d’ingresso ad uno d’uscita
Dati(INPUT)
X
Algoritmo
Risultati(OUTPUT)
f(X)

Algoritmi: proprietà fondamentali
Eseguibilità: ogni azione deve essere
eseguibile da parte dell’esecutore
dell’algoritmo in un tempo finito
Non-ambiguità: ogni azione deve essere
univocamente interpretabile dall'esecutore
Finitezza: il numero totale di azioni da
eseguire, per ogni insieme di dati di
ingresso, deve essere finito.

Algoritmi equivalenti
forniscono lo stesso risultato
ma possono avere diversa efficienza
e possono essere profondamente diversi !
Esempio: moltiplicare tra loro due numeri
Algoritmo 1: Somme successive:
12x12 = 12+12+…+12=144
Algoritmo 2
12x
12=
24
12=
144

Esecuzione

Algoritmi e programmi
Algoritmo
Sequenza finita di passi che risolve in tempo finito un problema.
Codifica
Fase di scrittura di un algoritmo in un qualche linguaggio di
programmazione, che specificano le azioni da compiere.
Programma
Testo scritto in accordo con la sintassi e la semantica di un
linguaggio di programmazione.
PROBLEMA ALGORITMO PROGRAMMA

Linguaggi di Programmazione
Linguaggi per esprimere in maniera rigorosa
un algoritmo
Linguaggio macchina (seq. Istruzioni)
Linguaggi ad alto livello
(vicini al ling. naturale)
Pascal, C e C++, Basic, Cobol
Java

Esempio: potenza
Problema: Calcolare a n
Algoritmo:
Fino a che N>0
Calcola Ris*a e memorizzalo in Ris
Decrementa N
Nota che:
Al termine Ris=a n

Esempio …in Java
int potenza(int a, int n)
{ int ris = 1;
}
while ( n > 0 ) {
}
ris = ris * a; n = n-1;
return ris;

Riassumendo…
Un algoritmo è il processo risolutivo di un problema
Ogni elaboratore è una macchina in grado di
eseguire azioni elementari su dati dette istruzioni
Le istruzioni sono espresse attraverso frasi di un
opportuno linguaggio di programmazione
Un programma è la formulazione testuale di un
algoritmo in un linguaggio di programmazione

Esistono problemi che un
elaboratore non può risolvere?
Sì. Ci sono problemi non calcolabili da
nessun modello di calcolo reale o
astratto
Esempio: data una funzione f : N N,
stabilire se f(x) è costante per ogni
valore di x

Fondamenti di
Programmazione
…con Java

Linguaggi di Programmazione
Linguaggi per esprimere in maniera rigorosa
un algoritmo
La “lingua del Computer”
Diversi tipi di linguaggi:
Imperativi
Dichiarativi
Ad Oggetti

Linguaggi Imperativi
“Comandano” il computer indicando le azioni da
compiere
Si specificano le azioni da fare per ottenere il risultato
Algoritmo = “insieme di operazioni da compiere sui dati”
Algoritmo = DATI + Controllo

Linguaggi Dichiarativi
“Chiedono” al computer di trovare una soluzione
Si specifica quello che si vuole e non come deve essere
calcolato
Linguaggi Funzionali: Lisp
Linguaggi Logici: Prolog
Questo è stato espresso da Robert Kowalski con la
formula:
Algoritmo = Logica + Controllo

Linguaggi ad Oggetti
Sono basati sul concetto di oggetto software
Un oggetto software rappresenta un oggetto del mondo reale
un numero, un archivio, un testo, una matrice, una persona...
I dati sono rappresentati come oggetti
Le azioni da compiere come operazioni da effettuare sugli
oggetti.
Di solito sono realizzati come estensione dei linguaggi
imperativi.
Un programma modella un problema reale come una
collezione di oggetti software che interagiscono.

Ma è davvero questa
la lingua del computer?
Questi sono linguaggi ad alto livello
Più simili al nostro modo di esprimerci
Il computer “conosce” solo i bit e le operazioni
elementari su questi (linguaggio a basso livello)
C’è bisogno di un traduttore!!!
Il Compilatore traduce un programma scritto in un
linguaggio di programmazione ad alto livello in bit e
operazioni elementari
Si trovano negli ambienti di sviluppo: e.s. JDK e/o Eclipse

Dal programma all’esecuzione…
Scrivo il
programma
In JAVA
Il
compilatore
lo traduce
Il Computer lo
ESEGUE
Se è scritto male,
saranno segnalati gli errori
(attenti, è molto pignolo!)

Concetti di base della POO
POO = Programmazione Orientata agli Oggetti

Il concetto di Classe
Una classe è un insieme di oggetti che hanno le stesse
caratteristiche e lo stesso comportamento
Definire una classe =
Elencarne le caratteristiche (~ definire i dati)
Specificarne il comportamento (~ definire le operazioni)
Una classe definisce il “progetto” di un oggetto
software
Quando un oggetto software appartiene ad una classe
ha tutte le caratteristiche ed il comportamento
specificate per questa.

Esempio: la classe dei libri
Ogni libro ha:
un titolo
un numero di pagine
un elenco numerato di pagine
…
Su ogni libro possiamo operare
Leggiamo il titolo
Vediamo quante pagine ha
Cerchiamo una pagina
Stampiamo una pagina o tutto il libro
…
Caratteristiche:
Dati
Un’altra
classe!!!
Comportamento:
Operazioni o
Metodi

La visibilità
Un po di “privacy”
Non tutti possono vedere tutte le caratteristiche di un
oggetto: Information Hiding
Il mago Silvan non rivela a tutti il trucco con cui ha fatto
comparire un coniglio o sparire l’assistente
Mostrereste dove si trova la cassaforte a casa vostra?
Dareste a tutti il PIN del vostro cellulare?
Tre parole chiave per proteggere o meno le
caratteristiche e i metodi di una classe:
public, private, protected

La classe Diamo libro il nome
in Java
class Libro {
}
// Caratteristiche
private Titolo nomeLibro;
private Numero numeroDiPagine;
private Lista pagine;
// Metodi
public Titolo dammiTitolo();
public Numero dammiNumeroDiPagine();
…
Indichiamo la
classe ed il
nome della
proprietà
Indichiamo il
nome del metodo
e il tipo di oggetti
che calcola

Il concetto di variabile
Come manipoliamo un oggetto software?
Gli oggetti software “vivono” nella memoria del computer
Abbiamo bisogno di nomi che riferiscono direttamente
gli oggetti per “manipolarli”
Es. somma 3 al numero X
X = X + 3
X è una variabile, che consente di manipolare un certo tipo
di oggetti (in questo caso dei numeri)
Le variabili associano nome e tipo ad un oggetto nella
memoria

Manipolazione di oggetti
Se vogliamo ottenere il titolo di un libro dobbiamo chiamare
il metodo dammiTitolo()
Supponiamo che la variabile l riferisca un libro
Titolo t = l.dammiLibro();
Si usa la notazione col punto (dot notation)
VARIABILE . PROPRIETÀ
VARIABILE . METODO( PARAMETRI )
Pagina p = l.dammiPagina( 33 );

Il mio primo programma
Stampiamo “ciao” sullo schermo.
class StampaCiao {
}
public static void main(String args []) {
System.out.println(“Ciao”);
}
Oggetto
sistema
Ha la
proprietà out
che è lo
schermo
Il sistema si aspetta
un metodo così fatto:
Main = Principale
Chiamiamo il metodo
Println = stampa linea

Scriviamo davvero
i Programmi
L’ambiente di sviluppo Eclipse
Tanti, tanti esempi