Pojęcia związane z aplikacjami internetowymi. 3

Podział algorytmów ze względu na obszar zastosowań.
• algorytmy numeryczne (matematyczne) – wykonują obliczenia arytmetyczne,
• algorytmy przeszukujące – badają zbiór w celu wyszukania wyróżnionego elementu,
• algorytmy porządkujące – ustawiają elementy zbioru, wymaganej kolejności,
• algorytmy rekurencyjne – rozwiązują problemy, które da się rozbić na mniejsze części,
stanowiące kopie wzorca,
• algorytmy szyfrujące – zmieniają dane tak, by ich odczyt nie był możliwy bez znajomości
klucza kodującego,
• algorytmy kompresji danych – określają taki sposób zapisu danych, by zmniejszyć
objętość pliku kompresowanego,
Złożoność algorytmów.
Teoria złożoności jest to nauka której głównym celem jest określanie ilości zasobów potrzebnych
do rozwiązania problemów obliczeniowych. Rozważanymi zasobami są takie wielkości jak czas,
pamięć lub liczba procesorów.
Złożoność algorytmów
Ilość zasobów niezbędnych do wykonania algorytmu można rozumieć jako jego złożoność. W
zależności od rozważanego zasobu mówimy o złożoności czasowej czy też pamięciowej.
Oczywiście w większości wypadków ilość potrzebnych zasobów będzie się różnić w zależności od
danych wejściowych z zakresu danego zagadnienia. Złożoność algorytmu jest więc funkcją
rozmiaru danych wejściowych.
Kolejnym problemem jest fakt, iż złożoność zwykle nie zależy wyłącznie od rozmiaru danych, ale
może się znacznie różnić dla danych wejściowych o identycznym rozmiarze. Dwoma często
stosowanymi sposobami podejścia są: rozpatrywanie przypadków najgorszych (złożoność
pesymistyczna) oraz zastosowanie określonego sposobu uśrednienia wszystkich możliwych
przypadków (złożoność oczekiwana). Ostatnim sposobem najrzadziej używanym jest szacowanie
(złożoność optymistycznej) czyli złożoności obliczonej dla przypadku najkorzystniejszego dla
danego algorytmu.
Operacja elementarna (dominująca) – w teorii obliczeń operacja charakterystyczna dla danego
algorytmu, na ogół zajmująca w nim najwięcej czasu. Za jednostkę złożoności czasowej przyjmuje
się wykonanie jednej operacji elementarnej.
Złożoność czasowa Przyjętą miarą złożoności czasowej jest liczba operacji podstawowych w
zależności od rozmiaru wejścia. Dlatego w charakterze czasu wykonania rozpatruje się zwykle
liczbę operacji podstawowych (dominujących). Operacjami podstawowymi mogą być na przykład:
podstawienie, porównanie lub prosta operacja arytmetyczna. Algorytmy analizuje się,
wykorzystując abstrakcyjne modele obliczeń. Nie uwzględniając specyfiki sprzętu ni języka
programowania.
Złożoność pamięciowa jest miarą ilości wykorzystanej pamięci. Jako tę ilość najczęściej przyjmuje
się użytą pamięć maszyny abstrakcyjnej w funkcji rozmiaru wejścia. Możliwe jest również
obliczanie rozmiaru potrzebnej pamięci fizycznej wyrażonej w bitach lub bajtach.
Porównywanie złożoności algorytmów przy porównywaniu bierzemy jak zachowuje się funkcja
określająca złożoność dla odpowiednio dużych, granicznych argumentów (rozmiarów danych
wejściowych) ignorując zachowanie dla małych danych. Ponadto złożoności algorytmów różniące
się o stałą uważamy za takie same, co eliminuje wpływ szybkości działania komputera, na którym
dany algorytm ma być wykonany.
Klasa złożoności problemy, do rozwiązania których potrzebna jest podobna ilość zasobów łączymy
w klasy. Przykładowo mówimy o problemach o liniowej złożoności pamięciowej, jeśli ilość
potrzebnej pamięci rośnie liniowo względem rozmiaru danych; czy też o problemach o
kwadratowej złożoności czasowej, jeśli liczba operacji podstawowych rośnie z kwadratem rozmiaru
danych. Podobne określenia stosujemy do algorytmów.
Rzędy złożoności czasowej(obliczeniowej)
Złożoność czasowa
Opis
O(1)
stała złożoność – algorytm wykonuje się w stałej ilości operacji,
najszybszy
niezależnie od liczby danych wejściowych.
O(log2(n))
złożoność logarytmiczna – algorytm wykonuje logarytmiczną ilość
operacji w stosunku do liczby danych wejściowych.
bardzo
*n
jest
to
liczba
danych
wejściowych;
szybki
*podstawa logarytmu zazwyczaj wynosi 2, jednak czasami może być
większa (np. w B-drzewach).
O(n)
złożoność liniowa – algorytm wykonuje wprost proporcjonalną ilość
operacji
do
liczby
danych
wejściowych.
szybki
*n jest to liczba danych wejściowych.
O(n*log2(n))
złożoność
liniowo-logarytmiczna
*n jest to liczba danych wejściowych.
O(n2)
złożoność kwadratowa – ilość operacji algorytmu jest wprost
proporcjonalna do liczby danych wejściowych podniesionej do potęgi niezbyt
drugiej.
szybki
*n jest to liczba danych wejściowych.
O(nX)
Szybkość
szybki
złożoność wielomianowa – ilość operacji algorytmu jest wprost
proporcjonalna do liczby danych wejściowych podniesionej do potęgi
X.
*n
jest
to
liczba
danych
wejściowych;
*X
jest
stałą
o
dowolnej
wartości.
wolny
Uwaga!
Pamiętaj, że zarówno funkcja liniowa jak i funkcja kwadratowa są również
wielomianami. W informatyce posługując się terminem złożoności
wielomianowej zazwyczaj mamy na myśli algorytmy, których złożoność
obliczeniowa (lub pamięciowa) jest co najmniej kwadratowa.
O(Xn)
złożoność wykładnicza – ilość operacji algorytmu jest wprost
proporcjonalna do stałej X większej lub równej 2, podniesionej do
bardzo
potęgi
równej
liczbie
danych
wejściowych.
wolny
*n
jest
to
liczba
danych
wejściowych;
*X jest stałą większą niż 2.
Narzędzia programistyczne.
Podstawowe narzędzia programistyczne to:
•
Edytor
•
Debugger.
•
Zintegrowane środowisko programistyczne (IDE)
Edytor programistyczny – do tworzenia programu można użyć dowolny edytor tekstu np.
Notatnik w Winows. Vi, Nano Pico w Linux Text w Macintosch. Jednakże pisząc program należy
kontrolować składnię języka itd. więc często wykorzystuje się wyspecjalizowane edytory kodu
źródłowego.
Edytor kodu źródłowego to program komputerowy wspomagający pisanie kodu źródłowego.
Rozpoznaje i wyróżnia składnie (np. poprzez nadawanie koloru czy kroju czcionki) i zapisuje w
odpowiednim formacie. Często ma dodatkowe funkcję jak: auto uzupełnianie kodu, możliwość
pisania makr, itp. Może stanowić samodzielny program lub być częścią zintegrowanego środowiska
programistycznego.
Przykładowy edytor dla Windows to Notepad++ pozwalający na pracę w C,C++,Java, C#
JavaScript, VB, ASP
Debug tool, Debugger (po polsku - program do usuwania błędów, czytaj dibager - z ang.
odpluskwiacz) – program komputerowy służący do analizy innych programów, w celu odnalezienia
i identyfikacji zawartych w nich błędów, zwanych z angielskiego bugami (robakami). Proces
nadzorowania wykonania programu za pomocą debuggera określa się mianem debugowania.
Podstawowym zadaniem debuggera jest sprawowanie kontroli nad wykonaniem kodu, co
umożliwia zlokalizowanie instrukcji odpowiedzialnych za wadliwe działanie programu.
Współczesne debuggery pozwalają na efektywne śledzenie wartości poszczególnych zmiennych,
wykonywanie instrukcji krok po kroku czy wstrzymywanie działania programu w określonych
miejscach. Debugger jest standardowym wyposażeniem większości współczesnych środowisk
programistycznych.
Wadą debuggera jest to że jest wstanie tylko wykryć wadliwe działanie programu nie wykrywa
natomiast błędów wynikłych z powodu niewłaściwego zrozumienia problemu przez programistę
(program nie robi to co powinien, ale robi to co programista żeby robił).
Zintegrowane środowisko programistyczne (ang. Integrated Development Environment, IDE)
– aplikacja lub zespół aplikacji (środowisko) służących do tworzenia, modyfikowania, testowania i
konserwacji oprogramowania. Charakteryzują się tym, że udostępniają złożoną, wieloraką
funkcjonalność obejmującą edycję kodu źródłowego, kompilowanie kodu źródłowego, tworzenie
zasobów programu (tzn. formatek / ekranów / okien dialogowych, menu, raportów, elementów
graficznych takich jak ikony, obrazy itp.), tworzenie baz danych, komponentów i innych,
debugowanie itd.
Fazy powstawania programu komputerowego:
1. Określanie wymagań (specyfikacja),
2. Wybór języka programowania,
3. Tworzenie algorytmu,
4. Projektowanie systemu,
5. Implementacja,
6. Scalanie systemu,
7. Testy końcowe,
8. Tworzenie dokumentacji użytkowej,
9. Konserwacja systemu.
Określanie wymagań – służy do sprecyzowania potrzeb. Na tym etapie formułuje się wyobrażenia
o programie i jego działaniu oraz precyzuje wymagania. Na podstawie wymagań tworzona jest tzw.
specyfikacja projektu, czyli zakres czynności, jaki dany program ma wykonywać. Jeżeli program
jest tworzony na zamówienie, należy w pewnym momencie zażądać zamrożenia specyfikacji – w
przeciwnym razie klient może zażądać zmian (nawet po napisaniu programu), a wykonawca będzie
to musiał zrobić nieodpłatnie. Czasami nawet mała zmiana wymagań może w decydujący sposób
wpłynąć na sposób realizacji zamówienia, co może nawet doprowadzić do konieczności
rozpoczęcia praktycznie od nowa.
Określanie wymagań należy przeprowadzić razem z osoba zamawiająca program tak długo aż obie
strony nie będą zgodne że program robi to co chcemy … i w tym momencie zamrażamy projekt.
Z fazy określenia należy przegotować dokumentacje zawracającą:
zakres systemu, opis ewolucji systemu, specyfikację wymagań funkcjonalnych i niefunkcjonalnych,
modelu systemu, opis wymagań sprzętowych, słownik pojęć fachowych i informatycznych.
Jeżeli program komputerowy powstaje na użytek programisty, faza określania wymagań może
zostać skrócona do minimum.
2. Wybór języka programowania – zależy głównie od przeznaczenia aplikacji. Przeważnie istnieje
przynajmniej kilka języków programowania nadających się budowy systemu spełniającego
wymagania. Wybór języka programowania może być dokonany przed lub po stworzeniu algorytmu.
Jeżeli wybór jeżyka nie jest narzucony przez zamawiającego to jest on podyktowany najczęściej
preferencjami zespołu programistycznego.
3. Tworzenie algorytmu - jest to jeden z najważniejszych etapów projektowania, wymaga on od
programisty (bądź projektanta) starannego przemyślenia i przygotowania. Nie należy przystępować
do pisania programu nie mając wyobrażenia o jego budowie.
4. Projektowanie systemu – służy do stworzenia szkieletu kodu źródłowego (systemu).
Może być to projektowanie strukturalne lub obiektowe.
5. Implementacja – jest to właściwa faza budowy programu. Małe systemy informatyczne mogą
być realizowane przez jednego programistę. Systemy większe wymagają utworzenia zespołu bądź
też grupy zespołów programistycznych.
6. Scalanie systemu – w przypadku tworzenia aplikacji przez zespół programistów należy połączyć
wszystkie moduły w jedną całość. Rozróżnia się trzy podstawowe techniki integracji systemu
informatycznego:
●metoda zstępująca – najpierw integrowane są moduły sterujące, a później moduły wykonawcze,
nazywana inaczej od ogółu do szczegółu
●metoda wstępująca – najpierw integrowane są moduły wykonawcze a później sterujące, nazywana
inaczej od szczegółu do ogółu.
●metoda mieszana – moduły sterujące integrowane są metodą zstępującą, a wykonawcze –
wstępującą.
7. Testy końcowe– służą do ostatecznego potwierdzenia poprawności systemu. Rozróżnia się
następujące etapy testów:, testowanie przez Dział Kontroli Jakości, alfa-testy przez wybraną
(najczęściej małą) grupę użytkowników, beta-testy przez wybraną (większą) grupę użytkowników,
testy akceptacji (na rzeczywistych danych), wykonywane przez odbiorcę.
8. Dokumentacja użytkowa – powinna zawierać następujące elementy: opis funkcjonalny,
podręcznik użytkownika, kompletny opis systemu.
9. Konserwacja systemu – zawiera zespół czynności, dokonywanych po stworzeniu aplikacji,
obejmujących:
●poprawianie błędów,
●udoskonalanie produktu,
●dostosowywanie do nowych warunków.