UNIDAD II Desarrollo de Algoritmos Numéricos Objetivo: El alumno aprenderá a desarrollar algoritmos numéricos para la resolución de problemas de ingeniería.
2.0 Concepto de Algoritmo y sus características Un algoritmo es una serie de instrucciones o pasos ordenados y finitos, que se siguen para realizar una actividad o tarea específica. Para realizar un algoritmo, primeramente se debe definir un estado inicial y una entrada; una vez que se han seguido todas las instrucciones se obtiene un estado final y una solución. Características de un algoritmo: •
Debe ser preciso. Se refiera a que debe indicar el orden de realización de cada instrucción.
•
Debe estar definido. Si dicho algoritmo se sigue dos veces, se deberá obtener el mismo resultado.
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Debe ser finito. Es decir que, debe terminar en algún momento
•
Su definición debe definir las tres partes siguientes: o
Entrada.
o
Proceso.
o
Salida.
Ejemplo: un algoritmo de una receta de cocina se tendrá lo siguiente: o
Entrada: los ingredientes y todos los utensilios de cocina.
o
Proceso: la elaboración de la receta.
o
Salida: finalización del platillo.
2.1 Planteamiento del problema a resolver
En el área de la ingeniería frecuentemente se requiere resolver problemas numéricos, como por ejemplo: procesos matemáticos complejos y repetitivos. Dichos procesos suelen necesitar de la inversión de bastante tiempo para solucionarlos; dependiendo de qué tan complejos sean. La manera de reducir dicho tiempo para la solución, es por medio de herramientas de la informática, que nos permitan programar una aplicación numérica para dar solución a dicho problema. El planteamiento del problema se refiere básicamente a definir específicamente cuál es el resultado al que queremos llegar, el cual dará solución a la problemática planteada. 2.1.2 Identificación de entradas y salidas Después de plantear concretamente el problema a resolver, se debe definir qué datos necesitamos que nos proporcione el usuario. Se refiere a la información necesaria para realizar los procedimientos para dar solución al problema. La salida se refiere a toda la información que se debe presentar al usuario, información que fue el resultado de los procedimientos realizados en el programa. Para comprender mejor, puedes pensar en que el problema sea: dar solución de una simple suma. Para realizar el procedimiento de una suma mediante un programa; necesitamos pedir al usuario los números a sumar. Esos números serían las entradas de dicho programa. Después de efectuar la operación correspondiente, que en este caso sería una suma; se obtendrá un resultado. Ese resultado es la salida de nuestro programa, pues contiene la información que el usuario necesita para solventar el problema planteado.
2.1.3 Análisis de los procesos requeridos para resolver un problema con apoyo computacional El proceso de diseño de un programa computacional consta de los siguientes pasos: 1. Planteamiento del Problema 2. Diseño del Algoritmo 3. Codificación 4. Compilación y Ejecución
El punto 1 que se refiere al planteamiento del programa, ya fue descrito en la sección 2.1. Enseguida se explicará el punto 2. 2. Diseño del Algoritmo: esta parte del proceso se refiera a la especificación de los pasos a seguir para obtener la solución al problema planteado. La solución se puede plasmar mediante un algoritmo o un diagrama de flujo o pseudocódigo; también podrían ser las tres, en el orden en el que se han mencionado. En el subtema 2.1.4 se ahondará en el tema: Diagramas de flujo; por lo que en este momento continuaremos con la parte de la codificación. 3. Codificación: Es la etapa en la que transformamos el algoritmo en un programa computacional. Dicho programa lo implementamos mediante un lenguaje de programación; por ejemplo: Java, C, o C++. Para será necesario contar con un compilador o intérprete que se encargue de traducir los programas a lenguaje binario, que es el lenguaje que entiende la máquina. 4.- Compilación y Ejecución. Como se mencionó anteriormente el programa que se ha implementado debe ser compilado (traducido a lenguaje máquina) para que se pueda ejecutar. Ejecutar se refiera a realizar las tareas para las cuales fue programado. Como ejemplo podemos citar: un programa que resuelva integrales; se estará ejecutando en el momento en que nos pida los datos necesarios para solventar una integral y después nos entregue los resultados de dicha operación.