Algoritmi e Formalizzazione dell'Informazione

Informatica (Fisica - Informatica - Statistica)

• Corso di Laurea Magistrale a ciclo unico in Medicina Veterinaria
• Anno Accademico 2024/2025
• Coordinatore del Corso Integrato: Prof. Nicola Toschi
• Docente: Dr. Luigi Vesce
• Email: [email protected]

Formalizzazione dell'Informazione - Algoritmi

• Problema: Descrizione di un problema, individuazione di una soluzione, identificazione del punto di partenza, dati necessari, scelta di metodologie/tecniche e ordine di esecuzione.
• Fase dell'Analisi: Dalla specifica di un problema al linguaggio macchina, comprensione del problema, modellazione del problema e ricerca della soluzione.
• Problema - Comprensione: Eliminare ambiguità della formulazione, focalizzare gli obiettivi, evidenziare obiettivi, regole, dati espliciti ed impliciti, eliminare dettagli inutili ed ambigui.
• Problema - Soluzione: La soluzione è presentata come una sequenza di operazioni, l'algoritmo risolutivo, che, una volta eseguite, portano alla soluzione del problema. Dati, Algoritmo, Soluzione.
• Algoritmo - Definizione: Una sequenza di azioni che trasformano i dati iniziali in un numero finito di passi elementari e non ambigui per ottenere il risultato finale. Deve essere valida per un insieme definito di dati iniziali e eseguibile da un esecutore. Dati iniziali, Algoritmo, Dati finali (soluzione).
• Algoritmo - Proprietà: Finitezza (numero finito di passi elementari), non ambiguità (determinismo), realizzabilità, efficienza (auspicabile).
• Esempio (Caso pratico): Come si cucina un uovo al burro
  • Sciogliere il burro (20 g.),
  • Aspettare che il colore del burro cambi,
  • Rompere il guscio dell'uovo,
  • Far scivolare albume e tuorlo nel tegamino,
  • Salare,
  • Spegnere il fuoco quando l'albume è ben rappreso.
• Procedura non chiara: Operazioni non semplici/elementari, necessità di scomporre il problema in sottoproblemi più semplici.
• Esempio – scomporre il problema: Problema diviso in sottoproblemi (es. spezzare un guscio d'uovo, calcolo di aree complesse).
• Esempio – Gestione Biblioteca
  • Posizione univoca di ogni libro: numero scaffale e posizione nello scaffale.
  • Schede ordinate per autore/titolo, con cognome/nome autore, titolo, data pubblicazione, numero scaffale, posizione del libro sullo scaffale.
• Scheda della Biblioteca (Esempio): Autore/i e titolo, scaffale e posizione.
• Formulazione Algoritmo: Decidere il libro richiesto, prelevare il libro richiesto. Se un passo non è chiaro, occorre scomporlo in un algoritmo più semplice. Top-Down o raffinamenti successivi.
• Algoritmo per il prelievo: Decidere il libro, ricercarne la scheda, annotare numero scaffale e posizione, trovare lo scaffale, accedere alla posizione ed ottenere il libro, registrare il prestito.
• Sotto-algoritmo:
  • Prendere la prima scheda.
  • Valutare se è quella cercata; se non lo è, prendere la successiva e ripetere l’operazione.
  • Se non c'è nessuna scheda corrispondente, il libro non esiste.
• Sotto-algoritmo migliore: Procedere con una ricerca binaria sulla metà superiore o inferiore dello schedario schedario.
• Ulteriore Miglioramento (caso pratico): L'algoritmo termina se la scheda centrale corrisponde al libro cercato o se la parte di schedario da consultare è vuota.
• Il crivello di Eratostene: Metodo per trovare tutti i numeri primi compresi tra 2 ed n in modo efficiente.
• Esempio (algoritmo setaccio): - Si crea una lista di numeri da 2 a n. - Si estrae il primo numero (primo). - Si eliminano tutti i multipli del primo. - Se la lista non è vuota, si torna al passo precedente.
• Miglioramento: Non è più necessario setacciare la lista quando si supera n/2; tutto ciò che rimane è un numero primo. Miglioramento dell'analisi e della terminazione dell'algoritmo.
• Osservazioni: Analisi attenta del problema, comprensione degli invarianti, concetto di algoritmo parametrico, algoritmo organizzato come iterazione su un insieme di dati (elaborazione e smaltimento).
• Esempio – Algoritmo Risveglio: Alzarsi dal letto, togliere il pigiama, fare la doccia, vestirsi, fare colazione, prendere il bus (o l'ombrello se piove).
• Strutture di controllo:
  • Sequenza: Le istruzioni vengono eseguite nell'ordine in cui sono presentate.
  • Iterazione: Le istruzioni vengono ripetute fino a quando non si verifica una condizione.
    • Esempio: Ripeti: componi una cifra del numero, fino al completamento
  • Condizione: Le istruzioni vengono eseguite a seconda di una condizione.
    • Esempio: Se il numero è libero, allora attendi la risposta, conduci la conversazione, deponi il ricevitore; altrimenti, deponi il ricevitore.
• Algoritmo (di nuovo): Sequenza finita di istruzioni comprensibili da un esecutore. Descrive come realizzare un compito (es. montaggio elettrodomestico, utilizzo bancomat).
• Esecutori e linguaggi: Definizione degli elementi per definire un esecutore (insieme operazioni, sintassi, semantica); calcolatore che capisce le istruzioni in linguaggio macchina (es. operazioni semplici, attenzione ad efficienza, velocità, complessità).
• Soluzione per l'esecutore: Se il problema è semplice per l'esecutore, lo esegue; altrimenti lo scompone in sottoproblemi più elementari, la soluzione è effettiva se l'esecutore le può comprendere ed eseguire.
• Azione elementare: Proprietà: Finitezza (azione che termina in tempo finito), osservabilità (effetto osservabile), riproducibilità (stesso risultato con lo stesso input).
• Realizzazione soluzione automatica: Specificare requisiti (cosa), progettazione (come), soluzione (algoritmo).
• Algoritmi - Proprietà: Correttezza (l'algoritmo perviene alla soluzione corretta), efficienza (minimi risorse fisiche – tempo, memoria).
• Algoritmi - Proprietà (di nuovo): Ingresso specificato (risultato coerente con l'input), uscita specificata (dati in uscita), determinatezza/univocità (nessun grado di libertà nel processore), efficacia (operazioni eseguibili meccanicamente), terminazione (in numero finito di passi).
• Verifica algoritmo: Valutazione di una ricetta (es. preparazione della crema pasticcera) per verificare se soddisfa le proprietà dell'algoritmo.
• Concetti – riepilogo: Algoritmo, programma, linguaggio macchina, linguaggio di programmazione, attenzione all'efficienza. Compito del programmatore: capire la sequenza dei passi per arrivare ad una soluzione, codificare in un linguaggio che il calcolatore capisce.

Questo quiz esplora le fasi della formalizzazione dell'informazione e la risoluzione di problemi attraverso algoritmi. Si concentrerà sui passaggi dall'analisi iniziale alla modellazione, fornendo chiarimenti sulle tecniche e metodologie necessarie. È rivolto agli studenti del Corso di Laurea Magistrale in Medicina Veterinaria per l'Anno Accademico 2024/2025.