Algoritmy a programování

Algoritmus má sedm vlastností: konečnost, správnost, resultativnost, determinovanost, univerzálnost, opakovatelnost a konečnost human prevented looping.

Algoritmus končí po určitém počtu kroků a nenajde se v cyklu (konečnost).

Výsledek vytvořený algoritmem musí být správný (správnost).

Algoritmus dospije k řešení po určitém počtu kroků (resultativnost).

Jednoznačný způsob pokračování práce algoritmu je určen v každém kroku (determinovanost).

Algoritmus lze použít pro řešení obecné úlohy (univerzálnost).

Algoritmus vedoucí k stejným výsledkům, pokud jsou zadána stejná data (opakovatelnost).

Neexistují jen čtyři generace programovacích jazyků: 1. generace (strojový kód), 2. generace (symbolické adresy), 3. generace (procedurální jazyky) a 4. generace (objektově orientované jazyky), ale existuje 5. generace s GUI.

První generace programovacích jazyků: jednoúčelové programy, instrukce jsou tvořeny posloupností nul a jedniček, hardwarově závislý, obtížné ladit, prakticky nečitelný.

Druhá generace programovacích jazyků: obecné příkazy, zkracované pomocí symbolických názvů, hardwarově závislý, čitelnost je lepší.

Třetí generace programovacích jazyků: procedurální jazyky, vyšší úroveň programování, hardwarově nezávislí, předchůdce OOP, procedury (funkce), jazyky: C, Pascal, SQL.

Čtvrtá generace programovacích jazyků: objektově orientované jazyky, reprezentace reálného světa pomocí objektů, jedná se o snahu zobrazit reálný svět, jazyky: C#.

Rozdíl mezi jazyky Wiring, PHP a C#: Wiring = interpretované jazyky (skriptovací jazyky), C# = kompilované jazyky, různý způsob překladu jejich zdrojového kódu.

V jazyce C#: základní struktura programu: seznam knihoven (= using), jmenný prostor (= namespace), třída (= zapouzdřuje hlavní metodu), hlavní metoda (= spustí se po startu konzolové aplikace).

V jazyce Wiring: metoda setup() = vykoná se při startu programu, metoda void() = vykonává se opakovaně po dobu běhu programu, a to ihned po dokončení metody setup().

V jazyce PHP: kód se píše mezi tagy do souboru s příponou .php.

V jazyce JavaScript: kód se (v základu) píše do souboru s příponou .js, konzolová funkce k vypisání textu.

V jazyce Assembler: kód se píše do souboru s příponou .asm, využívá se přiměřeně snadné složité skládání, produkuje strojový kód.

Identifikátory: pojmenovávají entity jazyka, např. proměnné, typy, funkce, struktury, objekty.

Zásady názvů identifikátorů záleží na konkrétním jazyku.

Obvykle se liší oblasti platnosti (scopes): globální, modulová, funkční a kódového bloku.

Algoritmy se dělí podle implementace: rekurzivní a iterativní.

Rekurzivní algoritmus: funkce obsahuje kód algoritmu zapouzdřený v rekurzi, rozděluje problém na několik podproblemů, výsledky podproblemů "vybublávají" napovrch, až je k dispozici výsledek pro vyřešení rozloženého problému.

Rozdíl mezi rekurzivním a iterativním algoritmem: rekurzivní algoritmus si představuje funkci, ve které je kód algoritmu zapouzdřený v rekurzi, opakuje se na částech vstupních dat, iterativní algoritmus používá smyčku a iteruje se, dokud nejsou splněny určité podmínky.

Výhody rekurzivního algoritmu: efektivní pro vyřešení problémů s hierarchickou strukturou, vhodné pro problematiky, kde se koncepce podproblemů vyskytují.

Rekurzivní algoritmus:

• Ujednodučený kód může být kratší pro jednodušší problémy
• Používá zásobník (LIFO) pro předání parametrů volání
• Vyžaduje paměť a musí být pečlivě implementováno, aby se končila, jinak může dojít k nekonečnému volání a StackOverflow exception

Iterativní algoritmus:

• Algoritmus, který se opakuje v cyklu, dokud nedojde k požadovanému výsledku
• Může být snadnější ke implementaci a má menší spotřebu paměti
• Může být obtížné ke implementaci pro složité úlohy

Sériový algoritmus:

• Vykonává všechny příkazy jeden po druhém (v sérii)
• Není vždy možné převést sériový na paralelní
• Může být zrychlené při malém množství repetitivních příkazů, jejichž synchronní provedení je příliš pomalé

Paralelní algoritmus:

• Vykonává všechny příkazy zároveň (ve více vláknech)
• Využívá vícevláknové zpracování
• Dosahuje rychlejšího výsledku na více strojích

Jazyky podle míry abstrakce:

• Nízkoúrovňové jazyky: – Složí se z registru, paměťových adres a zásobníku volání – Pracují se strukturou, která se blíží strojovému kódu – Hlavní výhoda: nejvyšší rychlost programu – Nevýhody: nepřenositelnost na jiný typ procesoru, složité programování, nepříliš srozumitelný zápis
• Vysokoúrovňové jazyky: – Umožňují zapisovat programy, které se blíží lidskému jazyku – Pracují s proměnnými, poli, objekty, funkcemi, cykly, vlákny – Dělení na kompilované, interpretované a transpilované

Kompilované jazyky:

• Převáděné přeložkou (kompilátorem) přímo na strojový kód
• Jednou překladem se program spustí
• Výhody: pokud se překlad nepovede, spuštění programu nebude možné (chyby se odhalí hned při kompilaci), přeložený program běží rychleji, jako by byl napsán v Assembleru
• Nevýhody: při změně zdrojového kódu je nutné provést znovu překlad, určitá závislost na platformě

Interpretované jazyky:

• Kód je vyhodnocován řádek po řádku při běhu programu
• Interpret provádí každé volání znovu
• Výhody: řeší problém přenositelnosti programů mezi různými platformami, dynamické typování
• Nevýhody: zjištění chyb až při spuštění chybného kódu, pomalejší než kompilované jazyky

Transpilované jazyky:

• Program se přeloží/transpiluje do zdrojového kódu v jiném jazyce
• Výhody: můžeme psát kód v novějším jazyce, který se automaticky přemění na jiný, převod kódu ze staršího jazyka do nového, převod již existujícího kódu do modernější podoby

Transpilátor:

• Speciální typ kompilátoru převádí zdrojový kód z jednoho vysokoúrovňového programovacího jazyka na druhý