Fondamenti di Informatica, anno accademico 2010-2011
(Statistica Gestionale, 9 crediti)
Docente: Paolo Franciosa

Introduzione al corso

Descrizione dei pacchetti JRE (Java Runtime Environment) e SDK (Software Development Kit)

Editing di programmi Java con Blocco Note

Compilazione ed esecuzione da "Prompt dei comandi" usando gli strumenti javac e java del SDK

Assegnazioni, uso di semplici espressioni

Cenni sull'uso di cicli e istruzioni condizionali

Esempi di semplici programmi Java

• Un semplicissimo programma Java PrimoProgramma.java

Costruzione di espressioni complesse

Precedenza tra operatori

Operatori relazionali:    >   >=   <    <=   ==   !=

Istruzione if() ... else ...

Istruzione if() ...

Istruzioni if nidificate

• Date tre variabili double, contenenti valori distinti a piacere, che rappresentano i coefficienti di una equazione di secondo grado in una variabile, trovare le soluzioni (se reali) oppure stampare un messaggio (se complesse). Il programma deve funzionare correttamente per qualsiasi terna di interi.
  La radice quadrata si può calcolare con l'espressione Math.sqrt(....), dove i puntini rappresentano una qualsiasi espressione numerica con valore non negativo
• Date tre variabili int, contenenti valori distinti a piacere, stamparli in ordine crescente. Il programma deve funzionare correttamente per qualsiasi terna di interi

Correzione di errori sintattici e semantici

Input/output attraverso un oggetto della classe Scanner

Esercizi su assegnazioni e istruzioni condizionali

Istruzione composta { ... } e ambito di visibilità delle variabili

Espressioni booleane complesse: operatori && || !

Istruzioni di ciclo: l'istruzione while

• Ordina tre numeri: Ordina3.java
• Verifica se tre interi sono i lati di un triangolo e individua il tipo di triangolo: Triangolo.java
• Decidere se tre reali sono i lati di un triangolo rettangolo, acutangolo od ottusangolo
• Dato capitale iniziale e interesse annuo, calcolare il capitale dopo un anno e dopo 3 anni
• Date le coordinate di due punti trovare la loro distanza euclidea (usare il metodo Math.sqrt() per il calcolo della radice quadrata)

Operatori di preincremento e postincremento ++, predecremento e postdecremento --

Uso di variabili boolean per il controllo di cicli

Istruzioni di assegnazione con modifica += -= *= /= %=

• Calcola il numero di anni necessari per raggiungere un dato importo a partire da un capitale iniziale e un tasso di interesse annuo dati CapitaleObiettivo.java
• Incremento di capitale con capitalizzazione degli interessi Capitale.java
• Verifica se un naturale è primo
  • versione semplice Primalita.java
  • versione migliorata PrimalitaEfficiente.java
  • altri miglioramenti proposti:
    • terminare il ciclo appena trovato un divisore
    • evitare la divisione per numeri pari maggiori di 2
    • scrivere un programma che combina tutti i miglioramenti elencati
• Stampa il numero di divisori di un naturale (si possono utilizzare alcune delle idee a proposito del test di primalità)

• Analisi di una sequenza di numeri da tastiera
• Successione di Fibonacci

Istruzione break;

Istruzione di ciclo for, analogie con istruzione while

Istruzione di ciclo do ... while, differenze rispetto all'istruzione while

Esempi di semplici programmi con cicli e istruzioni di selezione

• Primalità (vedi lezione precedente)
• Stampa della tavola pitagorica n per n TavolaPitagorica.java, assicurando che che l'input (n) sia compreso nell'intervallo [1,18]
• Stampa di un triangolo di asterischi di lato n (fornito in input) con vari orientamenti (l'utente sceglie l'orientamento voluto inserendo un intero tra 1 e 4) StampaTriangolo.java

    ****      *            *      ****
  1 ***     2 **      3   **    4  ***
    **        ***        ***        ** 	
    *         ****      ****         *
  
  

• Stampa di un albero di natale di altezza n (fornito in input), con base del tronco, centrata, di altezza 2 AlberoDiNatale.java. Ad esempio, per n=6 bisogna visualizzare il seguente disegno:

        *
       ***
      *****
     *******
    *********
   ***********
        *
        *
  

Soluzione dell'esercizio proposto nella esercitazione precedente: stampa di un triangolo di asterischi di lato n con vari orientamenti StampaTriangolo.java

Sviluppo di algoritmi: approccio top-down

Algoritmo di bisezione per la soluzione di una equazione in una variabile, e sua implementazione BisezioneSemplice.java

• Modificare il programma BisezioneSemplice.java, applicando il metodo delle secanti.
• Leggi da tastiera un numero reale positivo e calcola una approssimazione della sua radice cubica, a meno di un errore relativo minore di 10^-10.
• Leggi da tastiera un numero intero positivo n e calcola il suo fattoriale n!
• Leggi da tastiera un numero intero positivo n e calcola il valore 1/(0!) + 1/(1!) + 1/(2!) + 1/(3!) + ... + 1/(n!), dove per definizione 0! = 1

Metodi di input/output della classe JOptionPane

Generazione di numeri pseudocasuali con Math.random()

Esempi di programmi con cicli: verificare se una sequenza di numeri reali in input è crescente.

Esercizi su cicli

Soluzione degli esercizi proposti nella esercitazione del 20 ottobre 2010

• TavolaPitagoricaIncolonnata.java
• sequenza random: VerificaSequenzaRandomAlmenoUnMaggiore.java
• sequenza random: VerificaSequenzaTuttiMaggiori.java
• sequenza random: VerificaSequenzaCrescente.java
• sequenza random: ContaSequenzeMassimaliCrescenti.java
• sequenza random: MisuraMassimaSequenzaMassimaleCrescente.java

Introduzione agli array monodimensionali: dichiarazione, allocazione ed uso

Inizializzazione di array

La proprietà .length di array

Input e output di array

Esercizi di base su array:

• Leggi da tastiera una sequenza di double, memorizzala in un array, stampa la somma degli elementi SommaArray.java
• Leggi da tastiera una sequenza di double, memorizzala in un array, crea un array che contiene una copia degli elementi del primo array CopiaArray.java
• Leggi da tastiera una sequenza di double, memorizzala in un array, crea un array che contiene una copia degli elementi del primo array, ma in ordine inverso CopiaOrdineInverso.java
• Leggi da tastiera una sequenza di int che rappresenta delle frequenze, memorizzala in un array, crea un array che contiene le frequenze cumulate e stampa, in due colonne, la sequenza delle frequenze (sulla sinistra) e la sequenza delle frequenze cumulate (sulla destra) Cumula.java

Data in input una sequenza di interi che rappresentano frequenze:

• stampare la frequenza massima e la frequenza minima;
• calcolare l'array delle frequenze relative e stamparlo;
• calcolare l'array delle frequenze relative cumulate e stamparlo;
• stampare in quale posizione si trovano la frequenza massima e la frequenza minima.

Variabili riferimento: il caso degli arrays

Assegnazione tra arrays

Arrays multidimensionali

Esempi di algoritmi su arrays

• Ricerca sequenziale in un array disordinato RicercaValore.java
• Ricerca sequenziale di più valori in un array disordinato RicercaRipetutaValore.java
• Leggi da tastiera una sequenza di interi (la lunghezza è data anch'essa da tastiera), memorizzala in un array, verifica se la sequenza è in ordine non decrescente VerificaOrdine.java
• Modificare il programma precedente per verificare se la sequenza è crescente, non decrescente, non crescente o decrescente
• Leggi da tastiera una sequenza di interi (la lunghezza è data anch'essa da tastiera), memorizzala in un array, inverti l'array, stampa l'array ottenuto. Il problema deve essere risolto SENZA USARE ALTRI ARRAYS
• Dato un array bidimensionale di int (preferibilmente inizializzato nel codice):
  • stamparlo in forma di tabella (questo punto è risolto in StampaMatrice.java)
  • stampare la somma di tutti gli elementi
  • costruire un array nel quale memorizzare la somma di ciascuna riga
  • trovare qual è la riga di somma massima (risolvere questo problema sia usando il risultato del punto precedente, sia senza utilizzare alcun altro array)
• Dato un array bidimensionale che rappresenta una matrice quadrata, trovare il massimo elemento della diagonale
• Dato un array di double, che rappresenta i valori di una funzione di due variabili calcolati sui punti di una griglia bidimensionale, individuare i punti in cui la funzione presenta un massimo locale (definiamo un punto di massimo locale come un punto interno alla griglia nel quale la funzione assume un valore strettamente maggiore di tutti gli otto punti adiacenti ad esso). I punti sul bordo della griglia non possono essere punti di massimo locale

Esercitazione su arrays multidimensionali

I metodi

Definizione e chiamata di metodi static

I metodi void

Parametri formali e parametri attuali: il passaggio dei parametri parametri.pps

Passaggio di parametri per valore

• Esempio di metodi con o senza parametri o valore di ritorno Metodi.java
• Stampa i primi compresi tra 1 e un intero N fornito in input, utilizzando un metodo che verifica la primalità di un intero restituendo un boolean
• Scrivere un metodo che trova la radice cubica di un intero (la soluzione sarà un intero che approssima la soluzione esatta)
• Scrivere un metodo che trova la radice cubica di un double x, utilizzando un metodi di ricerca binaria. L'intervallo iniziale di ricerca sarà da 0 a x, il metodo si ferma appena viene raggiunta una approssimazione fissata a priori

La signature di un metodo

overloading di metodi

import di packages e classi

Accesso a metodi di classi esterne, chiamata di metodi public static

Passaggio di parametri array (parametri riferimento)

Calcolo del fattoriale

Metodi che restituiscono un riferimento a array

Ricerca sequenziale su un array (non ordinato)

• Metodi per creare un array letto da input, invertire un array, ricerca sequenziale su array AlcuniMetodiArray.java
• Calcolo del fattoriale di un intero non negativo Fattoriale.java
• Riuso di classi, il package di default: copiare e decomprimere la cartella riusoMetodi.zip e osservarne il contenuto.
• Utilizzando i metodi definiti nei listati precedenti:
  • verificare qual è il massimo intero di cui è possibile calcolare il fattoriale in una variabile di tipo long

Esercitazione su metodi su arrays

Esercitazione6.java

Ecco un esempio di soluzione (da leggere solo dopo aver tentato a lungo di risolvere l'esercizio) Esercitazione6Svolta.java

L'algoritmo di ordinamento per selezione (selection sort)

Analisi della complessità computazionale del selection sort

• SelectionSort.java
• Valutare la complessità dell'algoritmo di ricerca binaria nel caso in cui l'intervallo di ricerca non fosse diviso ogni volta a metà, ma in due porzioni di lunghezza rispettivamente un terzo e due terzi della lunghezza dell'intervallo di ricerca precedente. Riferirsi al caso più sfavorevole.
• Utilizzando i metodi definiti nei listati precedenti:
  • efficienza del selection sort: stampare una tabella nella quale vengono mostrato il tempo impiegato per ordinare array random di double di dimensione crescente (100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, ...).
    I tempi possono essere calcolati attraverso la differenza tra i valori restituiti dal metodo System.currentTimeMillis(), chiamandolo immediatamente prima e immediatamente dopo l'ordinamento; il metodo restituisce, sotto forma di long, il numero di millisecondi trascorsi da una origine convenzionale del tempo.
    È utile definire un metodo che alloca e restituisce un array random, la cui dimensione viene passata come parametro, e modificare il metodo ordinaConSelectionSort in modo che invece di essere void restituisca il numero di millisecondi impiegati;
  • come al punto precedente, ordinando però con il metodo Arrays.sort() (importare java.util.Arrays).

Algoritmo di ordinamento a bolle (Bubble sort) e suoi miglioramenti

Analisi della complessità computazionale del bubble sort

L'algoritmo di ricerca binaria su array ordinati

Analisi della complessità dell'algoritmo di ricerca binaria

• Ricerca binaria in array ordinato RicercaBinaria.java
• Scrivere un programma che:
  • genera un array di dimensione letta da tastiera
  • lo inizializza con interi random tra 0 e 1000000
  • lo ordina (usando un qualsiasi metodo di ordinamento)
  • chiede ripetutamente un intero da cercare nell'array e stampa ogni volta il numero di iterazioni eseguite dall'algoritmo di ricerca binaria per trovare l'elemento o per verificarne l'assenza
• Valutare la complessità dell'algoritmo di ricerca binaria nel caso in cui l'intervallo di ricerca non fosse diviso ogni volta a metà, ma in due porzioni di lunghezza rispettivamente un terzo e due terzi della lunghezza dell'intervallo di ricerca precedente. Riferirsi al caso più sfavorevole.

Esercitazione su:

• packages
• parametri del main
• Javadoc
• calcolo del numero di elementi distinti in un array

Misure di complessità: le notazioni asintotiche O(), Ω(), Θ()

Esempi di classi di funzioni

Uso delle notazioni asintotiche per esprimere limitazioni superiori e inferiori della complessità di algoritmi

Capitolo 12 e seguenti

Cormen, Leiserson, Rivest, pagg. 21-26

Introduzione alla ricorsione.

Esempio di algoritmo ricorsivo per il calcolo del fattoriale FattorialeRicorsivo.java

L'algoritmo di Euclide per il calcolo del Massimo Comun Divisore: versione ricorsiva MCDricorsivo.java

L'algoritmo di ordinamento per fusione (Merge Sort) MergeSort.java

Capitolo 12 e seguenti

Cormen, Leiserson, Rivest

Eccezioni: eccezioni controllate e non controllate

Gestione delle eccezioni (costrutto try ... catch ... finally) e propagazione delle eccezioni (costrutto throws ...)

Posizionamento della gestione delle eccezioni

Il paradigma divide et impera.

L'algoritmo Quick sort: QuickSort.java

Versione animata dell'algoritmo Quick sort, che mostra il funzionamento per ciascuna chiamata ricorsiva: QuickSortAnimato.java

Algoritmo per il calcolo del k-esimo elemento: Selection.java

Versione animata dell'algoritmo Selection, che mostra il funzionamento per ciascuna chiamata ricorsiva: SelectionAnimato.java

Analisi della complessità computazionale di algoritmi ricorsivi.

Soluzione di equazioni di ricorrenza attraverso il teorema principale (senza dimostrazione).

Esempi di applicazione del teorema principale: ricerca binaria, merge sort, algoritmo di Euclide per il MCD, quick sort nel caso migliore, algoritmo per il k-esimo elemento (selection).

Analisi della complessità computazionale del merge sort senza utilizzare il teorema principale.

Esercizi di programmazione: Esercitazione 9

Introduzione alla programmazione a oggetti

Principio dell'information hiding

Da variabile-tipo a oggetto-classe

Variabili membro e metodi membro

Privatezza delle variabili membro

Definizione della classe Contatore

• descrizione dei requisiti
  • creazione dell'oggetto
  • incremento
  • restituzione del valore
• signature dei metodi membro
• variabili membro
• costruttori
• implementazione dei metodi membro

Definizione della classe Osservazioni

• descrizione dei requisiti
  • creazione dell'oggetto
  • aggiunta di un valore osservato
  • restituzione del numero di valori osservati
  • restituzione della media dei valori osservati

• realizzazione di una semplice classe Contatore (Contatore.java)
• programma che usa un oggetto di classe Contatore (Divisori.java)
• realizzazione della classe Osservazioni (Osservazioni.java)
• programma che usa un oggetto di classe Osservazioni (UsaOsservazioni.java)

• Scrivere una classe Java in grado di soddisfare le richieste del codice ProfittoStudente.java

Esempio di definizione ed uso di una classe

Sovraccarico del costruttore: uso del this()

L'oggetto di invocazione: uso del this nella disambiguazione dei riferimenti

Definizione ed invocazione di metodi static e metodi membro

Alcune classi predefinite con metodi static: Arrays, Math

Alcune classi predefinite per costruire oggetti (quindi con metodi non static): String, Scanner, Random

• schema della soluzione: EsamiSchema.java
• soluzione completa: Esami.java

Definizione di sottoclassi, ... extends ....
Chiamata del costruttore della superclasse super(...) e chiamata di metodi della superclasse super.nomeMetodo(...)

Ereditarietà di campi e metodi. Specializzazione di metodi per la sottoclasse attraverso la loro riscrittura (overriding).
La classe Object.

Il metodo toString() e sua ridefinizione (overriding). I metodi clone() e equals(Object)

la classe String: metodi length, charAt, indexOf, lastIndexOf, trim

Codifica dell'informazione:

• Generalità sulla notazione posizionale per numeri naturali, interpretazione di numeri espressi in base b
• conversione da base b a base 10 e da base 10 a base b
• rappresentazione di numeri interi in modulo e segno
• rappresentazione di numeri interi in complemento a due
• Codifica ottale ed esadecimale, conversione da e verso la base 2
• codifica di caratteri: ASCII, ASCII esteso, Unicode, codifica delle interruzioni di linea

CodificaPosizionale.java

• la classe Scanner:
  • costruttori Scanner(String) e Scanner(File)
  • metodi hasNextInt(), hasNextDouble(), ...
  • metodi nextInt(), nextDouble(), nextLine(), ...
• classi wrapper: Integer, Double, ...

La classe BigInteger

Esercitazione 10: accesso a file di testo. Nella stessa pagina è disponibile una soluzione alla esercitazione

Esercizi di programmazione

Uso della classe StringTokenizer per la lettura di righe contenenti numeri interi