Clase Programación 9

ProgramaciónClase 9. Programación Modular

Prof. Gonzalo Müller [email protected]

Facultad de IngenieríaUniversidad Central de Venezuela

ProgramaciónClase 9. Programación Modular

Clase Anterior

� Algunas aplicaciones numéricas:

� Métodos Secuenciales� Sucesión, Sumatoria y Productoria.

� Estadística Descriptiva: Media, Varianza, Regresión.

� Integración: Suma de Riemann.

� Métodos Iterativos

Programación – Prof. Gonzalo Müller – Clase 9 – GM - 2

� Métodos Iterativos� Solución de una ecuación f(x) = 0: Newton

� Métodos Evolutivos� Búsqueda del Máximo o Mínimo de f(x): 1 + 1.

� Métodos Iterativos – Reducción de Intervalos� Solución de una ecuación f(x) = 0: Bisección.

� Búsqueda del Máximo o Mínimo de f(x): Sección Dorada.

Programación Estructurada

Técnica de programación donde:

� El algoritmo tiene un solo final.

� Toda operación realizada por el algoritmo estádefinida en un solo bloque.

� Todo el algoritmo está construido utilizando las


� Todo el algoritmo está construido utilizando lasestructuras básicas:

� Secuencial.

� Selectiva.

� Repetitiva.


Ejemplo: Algoritmos estructurados:

Leer A y B

Comienzo

Sumatoria

S = 0

k = 0

Leer N


A > BFV

B = A + B Escribir A

Escribir B

Fin

Leer N

S = S + k

k = k + 1

Mientras (k ≤ N)

Escribir S

FIN


En la programación estructurada se ataca el problemautilizando un solo bloque.


Programación Modular

Técnica de programación en la cual se descompone elproceso en pequeños módulos independientes.



Técnica de programación en la cual se descompone elproceso en pequeños módulos independientes.


Divide y Vencerás

Módulos

Conjunto de sentencias que realizan una tarea concreta.

� Cada módulo se comporta como un subprograma:el cual recibe entradas, realiza un proceso y generasalidas.


salidas.

MóduloEntradas Salidas

Las entradas recibe el nombre de parámetros

Módulos

Conjunto de sentencias que realizan una tarea concreta.

� Cada módulo se comporta como un subprograma:el cual recibe entradas, realiza un proceso y generasalidas.


salidas.

MóduloParámetros Salidas

ResultadoValor utilizado dentro

del algoritmo

Valor utilizado fuera

del algoritmo

Módulos

…

…

…Resultado

Valor utilizado

dentro del algoritmo


…

Mientras (…)

…

FIN

Salidas

dentro del algoritmo

Valor utilizado

fuera del algoritmo

Clases de Módulos

� Reciben parámetros y retorna un resultado.

MóduloParámetros


Ejemplo:

� sqrt(x): recibe un número x y devuelve el resultado

de x1/2

� pow(x, y): recibe dos número y devuelve xy

Resultado

Clases de Módulos

� No reciben parámetros y retorna un resultado.

Módulo


Ejemplo:

� rand(): devuelve un número aleatorio entre 0 y32767.

� random(): devuelve un número aleatorio entre 0 y 1.

Resultado

Clases de Módulos

� Reciben parámetros y no retorna resultado, pero cumplen un propósito(puede generar salidas).



Clases de Módulos

� Reciben parámetros y no retorna resultado, pero cumplen un propósito(puede generar salidas).



Ejemplo:

� write(texto): Escribe un texto en salida.

write(‘C++ #1’)

C++ #1

Salida

Clases de Módulos

� No reciben parámetros y no retorna resultado, pero cumplen un propósito(puede generar salidas).

MóduloSalidas


Clases de Módulos

� No reciben parámetros y no retorna resultado, pero cumplen un propósito(puede generar salidas).

MóduloSalidas


Ejemplo:

� version(): datos sobre versión de programa.

version()

COLARA

versión 1.101

Salida

Tipos de Módulos

� Se agrupan en:

� Funciones: realiza una operación y retorna elresultado de la misma.

Ejemplo: rand(), sqrt(x), etc.

� Subrutinas o procedimientos: realiza una tarea y


� Subrutinas o procedimientos: realiza una tarea yregresa a la instrucción siguiente a su llamada, esdecir, no generan un resultado.

Ejemplo: write(), version(), etc.

Ambos pueden o no recibir parámetros.


Algoritmo

� Existe un bloque principal en el cual se encuentranlas llamadas a los módulos.



Algoritmo


� El algoritmo estará construido con:

� Estructuras:


� Estructuras:

� Secuenciales.

� Selectivas.

� Repetitivas.


Algoritmo


� El algoritmo estará construido con:

� Estructuras:


� Estructuras:

� Secuenciales.

� Selectivas.

� Repetitivas.

� Dentro de las estructuras existirán:

� Llamadas a módulos previamente definidos.


Estructuras

Secuenciales, Bloque Principal

Nombre

…

…


Secuenciales,

Selectivas, Repetitivas

y Llamadas a módulos.

Bloque Principal …

Mientras (…)

…

FIN

Ni el bloque principal ni los módulos debe

ocupar más de 20 líneas

Representación de Algoritmos Modulares

� Definición de una subrutina.

PC

� Con parámetros:

Nombre(parámetro1, parámetro2, …)

{

…


…

}

� Sin parámetros:

Nombre()

{

…

}


� Definición de una subrutina.

PC



{

…


…

}


Nombre()

{

…

}

← Los paréntesis permiten

diferenciar un módulo del

bloque principal


DRE



…



…

Fin

Nombre()

…

Fin


DF




� Sin parámetros:Fin

Nombre()

Fin


Ejemplo: Construir una subrutina para presentar en lasalida el máximo de dos números.

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DRE ó DF y LV.



� Definición de una función.

PC



{

…

retorna valor


retorna valor

}


Nombre()

{

…

retorna valor

}


DRE



…



…

retorna valor

Nombre()

…

retorna valor


DF




� Sin parámetros:retorna valor

Nombre()

retorna valor


Ejemplo: Construir una función para calcular elmáximo de dos números.

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DRE ó DF, LV.



� Llamada a una subrutina.

PC

� Con argumentos:

…

Nombre(argumento1, argumento2, …)



…

� Sin argumentos:

…

Nombre()

…


DRE

� Con argumentos:

Nombre(argumento1,argumento2,…)


� Sin argumentos:


Nombre()


DF

� Con argumentos:



� Sin argumentos:


Nombre()


� Llamada a una función.

PC

� Con argumentos:

…

variable = Nombre(argumento1, argumento2, …)


variable = Nombre(argumento1, argumento2, …)

…

� Sin argumentos:

…

Escribir Nombre()

…


DRE

� Con argumentos:

Mientras (Nombre(argumento1, …) ==…)


� Sin argumentos:

Variable = Nombre()

Mientras (Nombre(argumento1, …) ==…)


DF

� Con argumentos:

Escribir Nombre(argumento1, argumento2, …)


� Sin argumentos:

variable = Nombre()


Ejemplo: Construir dos algoritmos para calcular elmáximo de dos números que utilicen los módulosdesarrollados previamente.

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DRE ó DF y LVdel Bloque Principal.


Corrida en frío de Algoritmo Principal

Dato

1…

Dato

N

Módulo1

(…)…

MóduloZ

(…)

Condición

1…

Condición

MSalida


… … … … … … … … …

Variables Llamadas Condiciones

Corrida en frío de Subrutinas

Parámetro

1…

Parámetro

W

Dato

1…

Dato

N

Condición

1…

Condición

MSalida


… … … … … … … … … …

Parámetros Variables Condiciones

Corrida en frío de Funciones

Parámetro

1…

Parámetro

W

Dato

1…

Dato

N

Condición

1…

Condición

MRetorno


… … … … … … … … … …

Parámetros Variables Condiciones

Corrida en frío de Módulos

Ejemplo: Realizar una corrida en frío para el algoritmoprincipal y módulos del ejemplo anterior.



Llamada

…


…


DefiniciónNombre(parámetro1, parámetro2, …)

…

Fin


Llamada

Asigna el argumento al parámetro antes de continuar la ejecución:

1

…


…


continuar la ejecución:

parametro1 = argumento1


…

Fin


…


…

Continua la ejecución el

2



…

Fin

Continua la ejecución el

módulo correspondiente


…


…



…

Fin

Ejecuta todas las

sentencias del módulo

3


…


…

Regresa y continua la

4



…

Fin

Regresa y continua la

ejecución el algoritmo

principal

Metodología de la Programación Modular

� Diseño Modular del algoritmo

� Estructurar la resolución del problema pormódulos.

� Cada módulo se encarga de resolver una parcialidaddel problema.


del problema.

� Cada módulo debe realizar una función especifica ydebe ser sencillo e independiente.

Divide y Vencerás


� Se debe realizar una descomposición jerárquica,utilizando el diseño top-down o diagramas deestructuras.

� Diagramas Top-Down: Son una representacióngráfica de la jerarquía existente entre los módulos.


gráfica de la jerarquía existente entre los módulos.

� Cada módulo se representa con un rectángulo.

� Existen dos tipos de módulos:

� Primitivos o Terminales: Es independiente.

� No Primitivos: Requiere de otros módulos.


� Los módulos debe ser organizados de tal maneraque la secuencia de ejecución de los mismo sea deizquierda a derecha.

1. Se desarrolla un bosquejo inicial.


1. Se desarrolla un bosquejo inicial.

Programa

Inicialización Entrada Proceso Salida

Secuencia de Ejecución

Módulo Primitivo

Módulo No Primitivo


� Cuando la descripción de la tarea realizada por unmódulo no es lo suficientemente sencilla se debesubdividir en varios módulos.

� Se debe subdividir en al menos dos módulos.

2. Se refina paso a paso de forma de enriquecer la


2. Se refina paso a paso de forma de enriquecer lajerarquía inicial con niveles adicionales.

Programa


Validación Tarea 1Lectura Tarea 2


Programa



Bottom-Up



Ejemplo: Se requiere un programa para obtener lasraíces de una ecuación cuadrática. Realizar el diseño,utilizando una descomposición jerárquica.



� Luego de realizar el diagrama Top-Down, se continuacon la construcción del algoritmo el cual secomplementa con dos nuevos pasos muy importantes:

� Definición de módulos: se desarrolla el algoritmoque define a la subrutina.


que define a la subrutina.

� Cada módulo dispone de su propio diagrama.

� Llamada a los módulos: Se pone en ejecución elmodulo previamente definida donde sea necesario.


� Algunos módulos clásicos son:

� Módulos de entrada de datos.

� Módulos de proceso.

� Módulos de presentación de resultados.


� Los módulos se caracterizan por su:

� Acoplamiento.

� Cohesión.

Acoplamiento

Describe la dependencia de un módulo respecto de otro.

� Acoplamiento de zonas: Los módulos manejan losdatos de entradas y de salida a través de variablescomunes, llamadas variables globales.


Datos

(Variables

Globales)

Acoplamiento

de Alto Nivel

Módulo A Módulo B

comunes, llamadas variables globales.

Diagrama de

acoplamientoEfecto Colateral

Acoplamiento

� Acoplamiento de datos: Los módulos manejan losdatos de entradas y de salida haciendo uso deparámetros.

Acoplamiento Módulo A Módulo B


de Bajo NivelMódulo A Módulo B

Datos(Parámetros)

Datos(Parámetros)

Un buen programa contiene módulos con

acoplamiento de bajo nivel, ya que al

realizar modificaciones no es necesario

preocuparse por el impacto en los otros

módulos.

Cohesión

Establece como se interrelacionan el conjunto de sentencias y datos que forman al módulo.

� Cohesión funcional: Todas las sentencias se destinan

a llevar a cabo una y solo una sola tarea.

Cohesión de Alto Nivel


a llevar a cabo una y solo una sola tarea.

� Cohesión secuencial: Los resultados generados por

una sentencia son utilizados en la siguiente.

� Cohesión en datos: Las sentencias realizan varias

tareas a las vez utilizando los mismo datos.

Nivel

Cohesión

� Cohesión temporal: Las sentencias realizan varias

tareas sin importar el orden con distintos datos cuyo

significado es el mismo. Por ejemplo: Módulo de

inicialización.

� Cohesión lógica: Las sentencias realizan una de

varias tareas a partir de datos de control. PorCohesión


varias tareas a partir de datos de control. Por

ejemplo: Módulo de selección de un menú.

� Cohesión coincidental: Las sentencias realizan varias

tareas sin relación alguna.

Cohesión de Bajo Nivel


Un buen programa contiene módulos con cohesión de

alto nivel, donde sus sentencias y datos se interrelaciona

fuertemente entre sí y no depende de otros módulos, ya

que es más sencillo realizar modificaciones cuando éstos


que es más sencillo realizar modificaciones cuando éstos

se destina a realizar funciones especifica.

Un módulo debe tener una o pocas responsabilidades de

lo contrario debería dividirse en varios para facilitar una

fuerte cohesión.

Acoplamiento de datos básico

El bloque principal se construye solo con los bloquesterminales del diagrama Top-Down y módulos solodeben poseer parámetros de entrada.

ProgramaBloque Principal




Bloques Terminales


El bloque principal se construye solo con los bloquesterminales del diagrama Top-Down y módulos solodeben poseer parámetros de entrada.

ProgramaBloque Principal


Inicialización Salida


Bloques Terminales


� Subrutinas:

� Pueden recibir Valores o Parámetros de Entrada.

� No retorna resultado, pero realizar una operacióndada.

� Utilizadas usualmente para presentación de datos en

…


� Utilizadas usualmente para presentación de datos en

pantalla.

� Funciones:

� Pueden recibir Valores o Parámetros de Entrada.

� Retorna 1 resultado.

…

1


Ejemplo: Construir el algoritmo modular conacoplamiento de datos básico para obtener las raícesde una ecuación cuadrática.



� Tabla de Módulos: Una vez desarrollados losalgoritmos de todos los módulos es de utilidad para laposterior implementación en el lenguaje construir unatabla donde se listen todos los módulos, sus tipos yparámetros.


Modulo Parámetros Retorno Tipo

Nombre del

módulo

Lista de

parámetros

Valor

retornado

Subrutina o

Función


Ejemplo: Construir la tabla de módulos del algoritmoanterior.



� Reutilización: Separa en un módulos los procesos quese repita más de una vez el programa.

� Disminuye el tamaño del programa.

Ejemplo: La lectura de un punto (X, Y)






� Facilita las modificaciones y localización de errores: Se


� Facilita las modificaciones y localización de errores: Secomprueba o modifica de forma individual cada unode los módulos.





� Facilita las modificaciones y localización de errores: Se


� Facilita las modificaciones y localización de errores: Se comprueba o modifica de forma individual cada uno de los módulos.

� Reduce el tiempo de desarrollo: Se reparte laconstrucción de los módulos entre diferentes equiposde trabajo.

Ejercicios

a) Definir un módulo para:

1) Establecer el mínimo de dos valores.

2) Determinar la distancia entre 2 maquinas.

3) Calcular f(x) = sen(2*x)+x4.


3) Calcular f(x) = sen(2*x)+x4.

4) Determinar si un número entero es par.

5) Establecer el signo de un valor (-1, 0, 1).

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DRE ó DF, LV yCF del Módulo.

Ejercicios

b) Partiendo de los módulos creados

anteriormente construir un algoritmo modular para:

1) Establecer el menor de 3 valores.

2) Determinar las distancias entre 3 maquinas.


2) Determinar las distancias entre 3 maquinas.

3) Calcular f(x) = sen(2*x)+x4 para N puntos.

4) Contar la cantidad de números pares de N datos.

5) Establecer si 2 valores tienen el mismo signo.

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DRE ó DF, LV yCF del Bloque Principal.

Ejercicios

c) Construir un algoritmo modular para:

1) Calcular el factorial de N números.

2) Dado un conjunto de N números, establecercuales son números compuestos.

3) Promediar los pares y promediar los impares delos números entre A y B.


los números entre A y B.

4) Dado N intervalos, calcular la sumatoria de losnúmeros que contiene cada intervalo.

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DTD

DES, DRE ó DF y LV de Módulos y TM.

DRE ó DF, LV y CF del Bloque Principal.

Ejercicios

c) Construir un algoritmo modular para:

5) Dado un conjunto de puntos en R2 por el usuariodeterminar cuales se encuentra por encima, pordebajo y sobre una recta dada por el usuario.

6) Encontrar por Newton 1 solución para f(x) = 0.


7) Encontrar 1 Mínimo de f(x) por 1+1.

Fase 1: Diseño y Análisis: DES, DTD

DES, DRE ó DF y LV de Módulos y TM.

DRE ó DF, LV y CF del Bloque Principal.

Resumen

� Programación estructurada.

� Programación modular.

� Algoritmo: Bloque principal, llamadas, 20 líneas.

� Módulos.

� Clases.


� Clases.

� Tipos: Subrutinas y Funciones.

� Representación de Algoritmos Modulares

� Definición: subrutinas, funciones.

� Llamada: subrutinas, funciones.

Resumen

� Metodología de la Programación Modular

� Diseño Modular: Diagrama Top-Down.

� DRE, DF, PC y CF.

� Tabla de Módulos.

� Características: Acoplamiento y Cohesión.


� Características: Acoplamiento y Cohesión.

� Acoplamiento de datos básico.

� Solo bloques terminales del DTD.

� Subrutinas: No generan resultado.

� Funciones: Generan 1 resultado.

� Beneficios: reutilización, cambios, errores y tiempo.

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