ขั้นตอนวิธีและเครื่องมือในการพัฒนาโปรแกรม (Algorithm and Program Development Tools) อ.จรรยา สายนุ้ย CS.313 ภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์

Notion of Algorithm problem algorithm Program or Software input output

Algorithm Definition An algorithm is a sequence of unambiguous instructions for solving a problem for any legitimate input in a finite time.

แนวทางการเขียนแสดงขั้นตอนวิธีที่ดี เขียนแสดงการทำงานเป็นลำดับ ตามหมายเลข หรือ จากบนลงล่าง ชัดเจนและกะทัดรัด เข้าใจได้ง่ายและใช้เวลาเรียนรู้ไม่นาน แก้ปัญหาและให้คำตอบที่ถูกต้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Algorithm Representation ใช้สำหรับอธิบายขั้นตอนวิธีที่ออกแบบ ใช้ติดต่อสื่อสารกับโปรแกรมเมอร์หรือผู้ใช้ นำไปใช้เป็นแนวทางในการพัฒนาโปรแกรม ใช้ตรวจสอบข้อผิดพลาดในการทำงานของโปรแกรมได้ เป็นส่วนหนึ่งในเอกสารประกอบโปรแกรม

Methods of Specifying an Algorithm There are 2 options that are most widely used nowadays: Pseudocode Flowchart

Pseudocode (รหัสจำลอง) A pseudocode is a mixture of a natural language and programming language like constructs. ไม่ขึ้นกับรูปแบบการเขียนของภาษาการโปรแกรมใดๆ เขียนอธิบายเพื่อให้อ่านได้เข้าใจง่าย แปลงเป็นโปรแกรมภาษาระดับสูงได้ง่าย มีข้อมูลเพียงพอสำหรับการแปลขั้นตอนวิธีจากรหัสลำลองไปเป็นโปรแกรมซึ่งเขียนด้วยภาษาการโปรแกรมใดๆ ที่ต้องการได้

ตัวอย่างรหัสจำลอง Algorithm mean Algorithm max, min total  0 , count  0 Loop (not end of file) 2.1 read number 2.2 total  total + number 2.3 count  count + 1 average  total / count Print average end Algorithm max, min read number max  number , min  number Loop (not end of file) 2.1 read number 2.2 if number > max 2.2.1 max  number 2.3 if number < min 2.3.1 min  number Print max, min end

ตัวอย่างรหัสจำลอง Algorithm mean Algorithm mean read N total  0 total  0 , count  0 while count < N do 2.1 read number 2.2 total  total + number 2.3 count  count + 1 average  total / count Print average end Algorithm mean read N total  0 For count  1 to N do 3.1 read number 3.2 total  total + number 3.3 count  count + 1 average  total / count Print average end

Flowchart (ผังงาน) ใช้สัญลักษณ์ที่มีความหมายเฉพาะอย่าง มีทิศทางการทำงานโดยใช้ลูกศร แปลเป็นโปรแกรมได้ง่ายเรียงตามลำดับที่แสดง

สัญลักษณ์ที่ใช้ในผังงาน Start /End Decision Input/Output Process Print Connector

ตัวอย่างผังงาน Start Print max not end of file read number Stop max  number read number Print max not end of file A number > max Stop Y N

โครงสร้างพื้นฐานการทำงานภายในขั้นตอนวิธี Standard Operations Basic Control Structures

Standard Operations Declaration Expression Assigning Values

Declaration module header : main, submodule data : input/output e.g. Algorithm Euclid() , Module Sum(), Subprogram Mean() data : input/output e.g. Input: integer n , character d , array A with integer 30 elements Output: summation of n elements

Expression consist of operand , operator types : arithmetic: a + (b – c) * 4 relational: x > y , i ≠ 10 logical: (i < 5) and (j < 10)

ตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์ Arithmetic operator

เครื่องหมายเปรียบเทียบ Relational operator

ตัวดำเนินการตรรกะ Logical operator

Assigning Value variable  expression Format: e.g. x  1 j  i * i sum  sum + a[n] check  (m<5) and (n<4) variable  expression

Example Algorithm degree_conversion Input : a number as degree Celcius Output : an equivalent degree Fahrenheit 1. read celcius 2. fahrenheit  9/5*celcius+32 3. write celcius , fahrenheit 4. end

Basic Control Structures Sequence Control Selection/Decision Iteration /Repetition

Sequence Control Assignment stmt. Input/Output stmt.

Sequence Control Assignment stmt. e.g. j  i+k*2 name  “hawaii” i  0

Sequence Control Input/Output stmt. e.g. open file fn1, fn2 close file fn1 read var1, var2, … from fn1 write var1, var2, … to fn2 read var1, var2, … write var1,var2, …

Selection/Decision simple (if-then-else) nested if multiple (switch-case)

Simple Selection if-then if-then-else sequence of if if-then (-else)

Simple Selection if-then e.g. if-then-else

Simple Selection sequence of if-then e.g.

Simple Selection sequence of if-then (-else) e.g.

Nested Selection stmt. if-then (if-then) if-then-else (if-then-else)

Nested Selection stmt. ตัวอย่าง if (เงื่อนไข) then ….. end if รูปแบบ: if-then (if-then) ตัวอย่าง if (เงื่อนไข) then ….. end if

Nested Selection stmt. ตัวอย่าง if-then-else (if-then-else) …. Else … [else] end if

Nested Selection stmt. ตัวอย่าง if-then (if-then-else) -else (if-then-else) ตัวอย่าง if (เงื่อนไข) then …. [else] end if Else …

Multiple Selection stmt. case/switch case ans of 1 : x  n * n 2 : x  n * m 3 : x  n * n * m 4 : x  n * n * n else write “input error !” end case

Iteration /Repetition (Loop) for while-do repeat-until (do-while)

Iteration /Repetition (Loop) for statement e.g. 1.for i0 to 10 1.1 read num 1.2 sumsum+num 2.write “sum =”,sum Requirement specification คือ ? <ขั้นตอนวิธีนี้แก้ปัญหาอะไร?>

Iteration /Repetition (Loop) while-do statement e.g. 1.i  1 , sum  0 2.while (i<10) do 2.1 read num 2.2 sum  sum + num 2.3 i  i + 1 3.write “sum =”,sum

Iteration /Repetition (Loop) repeat-until (do-while) statement e.g. 1.i  1 , sum  0 2.repeat 2.1 read num 2.2 sum  sum + num 2.3 i  i + 1 until (i>10) 3.write “sum =”,sum

Exercise1 เขียนขั้นตอนวิธีเพื่อหาค่า sum square (n) แบบที่ 2 = {n (n+1)(2n+1)}/6

Answer แบบที่ 1 = 12 + 22 + 32 + … + n2 Algorithm sumsqr(n) read n for i  1 to n 3.1 sumsq  sumsq + i * i 4. display “sumsquare of ”,n,“=”,sumsq 5. end

Answer แบบที่ 2 = {n (n+1)(2n+1)}/6 Algorithm sumsqr(n) 1. read n 2. sumsq  n * (n+1) * (2n+1) / 6 3. display “sumsquare of ”,n,“=”,sumsq 4. end

Exercise2 เขียนโปรแกรมเพื่อคำนวณหาค่า BMI = น้ำหนัก(กิโลกรัม) / (ส่วนสูง(เมตร))2 ของกลุ่มตัวอย่างจำนวน 10 คน และสรุปตามเงื่อนไขดังนี้ ค่า BMI ข้อสรุป >= 40 อ้วนเกินไป >= 30 แต่ไม่เกิน 40 อ้วน >= 25 แต่ไม่เกิน 30 ท้วม >= 18.5 แต่ไม่เกิน 25 เหมาะสม < 18.5 ผอมเกินไป 344-211 Algorithmic Process and Programming , created by Dararat Saelee

Answer 1.4 if (bmi >= 40) then display (“too fat”) 2. end Algorithm BMI 1. for i  1 to 10 1.1 read w,h 1.2 bmi  w / (h * h) 1.3 display “BMI = ”, bmi 1.4 if (bmi >= 40) then display (“too fat”) else if (bmi >= 30) then display (“fat”) else if (bmi >= 25) then display (“quite fat”) else if (bmi >=18.5) then display (“slim”) else display (“too slim”) 2. end 344-211 Algorithmic Process and Programming , created by Dararat Saelee

Exercise3 เขียนขั้นตอนวิธีด้วยรหัสลำลองเพื่อคำนวณหาค่า s จากสูตร s = a + ar + ar2 + ... + arn โดยการอ่านค่า a, r และ n เข้ามาทางแป้นพิมพ์ 344-211 Algorithmic Process and Programming , created by Dararat Saelee

การออกแบบข้อมูลสำหรับใช้ในการเขียนขั้นตอนวิธี Input/Output Data Constant/Variable Data

Input/Output Data Input: data to be known before/while processing a program Output: result from program execution Types: decide appropriate type of input /output data ; e.g. int , longint, char, float , double Structure: relationship of each data : struct or record, series of data set (array)

Constant/Variable Data Constant: its value is fixed before running until stop running e.g. 50, ‘y’ , “male” Variable: its value can be changed during the execution e.g. x = y + z

Data Design Exercise การแปลงค่าองศาเซลเซียสเป็นค่าองศาฟาเรนไฮต์ ค่าองศาฟาเรนไฮต์ f = (9 /5)* c + 32 ค่าคงที่ ตัวแปร ข้อมูลเข้า ข้อมูลผลลัพธ์

เครื่องมือในการพัฒนาโปรแกรม Programming Environment Program Development Tools

S/W Development Environments set of tools and techniques provided for users to develop programs in easier way and more convenient use e.g. compiler + editor + debugger + file system + GUI or windowed interface

Programming Environment Integrated Development Environment (IDE) : Editor Compiler Preprocessor Libraries debugging tools and other utilities e.g. Turbo C, C-Free, DevC

Programming Environment Development kits : compiler, libraries e.g. JDK/JRE Tools : only editor e.g. Notepad editor & tools e.g. EditPlus

Program Development Tools Editor Libraries Preprocessor Compiler Debugger Utilities

Program Development Tools Editors : Notepad , Turbo C/C++ editor , EditorPlus , EClipse Libraries : Header files (C - #include) Packages (Java - import)

Program Development Tools Preprocessor : C - #define Compilers : C – gcc , cc , Turbo C/C++ Java – javac , java

Program Development Tools Debuggers : Turbo C/C++  trace , watch DOS  debug Utilities : C - online help Java – help message