PROGRAMMAZIONE II M - Z

Il corso di Programmazione 2 ha lo scopo di fornire gli strumenti per la risoluzione di semplici problemi connessi all'uso di alcune strutture dati elementari attraverso l'utilizzo della programmazione ad oggetti. In particolare il corso parte dall'introduzione del concetto di modello di dati astratto per poi introdurre ed approfondire diversi modelli dei dati quali: pile, code, liste e alberi e grafi.

Verranno inoltre studiati i principali algoritmi di gestione delle strutture dati. In particolare i principali algoritmi di ordinamento, tra cui bubble sort, insertion sort, quicksort e mergesort.
Il linguaggio C++ verrà usato come strumento principale per presentare le implementazioni delle strutture dati e degli algoritmi.

Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi.

1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): l'obiettivo del corso è quello di far acquisire conoscenze che consentano allo studente di comprendere le idee ed i principi che stanno alla base della programmazione orientata agli oggetti; in particolare lo studente acquisirà le conoscenze dei principali costrutti del linguaggio C++ e delle strutture dati di base.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente acquisirà le competenze necessarie per utilizzare in modo corretto i concetti legati al polimorfismo, all'ereditarietà e all'uso delle classi. Inoltre, lo studente acquisirà le competenze necessarie ad utilizzare correttamente strutture dati di base quali, liste concatenate, pile, code e alberi binari.
3. Autonomia di giudizio (making judgements): Attraverso esempi concreti di programmazione lo studente sarà in grado di utilizzare autonomamente gli strumenti forniti a lezione.
4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'ambito della programmazione in C++.
5. Capacità di apprendimento (learning skills): il corso si propone, come obiettivo, di fornire allo studente le necessarie metodologie teoriche e pratiche per poter affrontare e risolvere autonomamente nuove problematiche che dovessero richiedere l'utilizzo della programmazione ad oggetti e delle strutture dati di base

L'insegnamento sarà svolto attraverso delle lezioni frontali (per un totale di 72 ore) in cui verranno presentati i contenuti del corso, anche attraverso delle dimostrazioni pratiche di programmazione in aula. Lo studente avrà a disposizione ulteriori ore di lezione frontale da svolgere con un tutor didattico, durante le quali avrà la possibilità di perfezionare la propria preparazione o colmare eventuali lacune. Inoltre lo studente avrà a disposizione una piattaforma di apprendimento attraverso la quale sarà possibile esercitarsi durante le ore di studio e autovalutarsi sui contenuti appresi a lezione. La medesima piattaforma fornisce un valido strumento per la preparazione all'esame.

Lo studente che accede al corso di Porgrammazione II dovrà conoscere i fondamenti della programmazione ad oggetti e del paradigma di programmazione imperativa. Per poter sostenere l'esame è obbligatorio aver superato l'esame di Programmazione 1.

La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata.

Il Programma didatico è diviso nelle seguenti parti:

Parte Introduttiva (0.5 CFU): Ripasso e approfondimento di concetti ntrodotti nel corso di Programmazione 1

• Array: inizializzazione di un array, array di caratteri e stringhe di testo, array multidimensionali, passaggio di vettori come parametri.
• Puntatori e riferimenti: Riferimenti, puntatori, puntatori null, puntatore a puntatore, puntatori e array, array di puntatori, puntatori a stringhe, aritmetica dei puntatori, puntatori costanti e puntatori a costanti, puntatori come argomenti di funzioni, puntatori a funzioni, puntatori a strutture.
• Allocazione dinamica della memoria: Gestione dinamica della memoria, l’operatore new, l’operatore delete, gestione dell’overflow di memoria, tipi di memoria in C++.

Parte 2 (2 CFU): Cenni di complessità e tecniche ricorsive: applicazione all’ordinamento e alla selezione.

• Cenni di complessità asintotica: Complessità di un problema computazionale, complessità spaziale e temporale, caso pessimo, caso migliore e caso medio, limite superiore, calcolo del limite superiore del tempo di esecuzione, alcuni semplici casi d’esempio.
• Algoritmi elementari di ordinamento e ricerca: Analisi degli algoritmi di ordinamento elementari: ordinamento per selezione, ordinamento per inserimento, ordinamento a bolle. Ricerca sequenziale e binaria nei vettori, analisi degli algoritmi di ricerca.
• Ricorsione ed algoritmi di ordinamento e ricerca basati sulla ricorsione: Funzioni ricorsive, confronto tra ricorsione e iterazione, ricorsione di coda e ricorsione doppia, trasformazione di un algoritmo ricorso in un algoritmo iterativo, esempi di utilizzo della ricorsione, algoritmo Quicksort, algoritmo Mergesort, algoritmi di selezione basati sulla ricorsione.

Parte 3 (1.5 CFU): Programmazione avanzata a oggetti - ripasso ed approfondimento

• Classi e oggetti: funzioni membro, metodi set, get e predicati, costruttori e distruttori standard, overloading e overriding di funzioni membro, altri costruttori.
• Classi derivate: ereditarietà e polimorfismo: Classi derivate, tipi di ereditarietà, distruttori, ereditarietà multipla e composizione, binding, funzioni virtuali, polimorfismo, vantaggi del polimorfismo.
• Template: Genericità, template in C++, template di funzioni, templatedi classi.
• Sovraccaricamento degli operatori: Sovraccaricamento degli operatori unari e binari, sovraccaricamento degli operatori + e - e dell’operatore di assegnamento, sovraccaricamento degli operatori di inserimento, estrazione, new e delete, conversione di dati e operatori di conversione forzata di tipi.
• Implementazione di un insieme mediante array dinamici: Interfaccia per l’implementazione di un insieme, espansione e contrazione di un array, elementi privati ed elementi pubblici, iteratore degli elementi di un insieme.

Parte 4 (5 CFU): Strutture dati elementari e loro implementazione in C++

• Liste: Implementazione di un insieme mediante liste, liste ordinate e liste non ordinate; operazioni con le liste: inserimento, cancellazione e ricerca; implementazione standard di una lista ed implementazione mediante sentinelle, liste doppiamente concatenate e liste circolari.
• Pile e code: Concetto e gestione di una pila, operazioni enqueue e dequeue; concetto e gestione di una coda, operazioni push e pop. Implementazione di pile e code mediante liste concatenate e mediante array. Utilizzo di uno stack per la conversione di una procedura ricorsiva in una procedura iterativa.
• Alberi: Gli alberi, alberi binari ed n-ari, alberi posizionali, struttura di un albero binario, alberi di espressione, visita di un albero: preorder, postorder e inorder, implementazione iterativa ed implementazione ricorsiva; alberi binari di ricerca: inserimento, ricerca e cancellazione, iteratore degli elementi di un albero; calcolo della profondità di unnodo, calcolo dell’altezza di un albero.
• Grafi: Definizione di grafo, grafi orientati e non orientati, inserimento di un nodo, rappresentazione con matrici di adiacenza e con liste di adiacenza, inserimento di un arco. Visita in ampiezza e calcolo dei cammini minimi, visita in profonditàe calcolo dei tempi di inizio e fine visita, colorazione dei nodi ed identificazione degli archi, aciclicità di un grafo, calcolo dell’ordinamento topologico, calcolo delle componenti connesse e delle componenti fortemente connesse di un grafo.

Esercitazione (0.5 CFU): Risoluzione guidata di specifici problemi.

Libro di testo.

Fondamenti di Programmazione in C++
Algoritmi, strutture dati e oggetti
Autore: Luis Joyanes Aguilar
Casa Editrice: McGraw-Hill
sito web del libro

Questo volume introduce ai principi della programmazione scegliendo come linguaggio didattico proprio il C++, nonostante non lo si possa certamente definire tale. Il motivo che ci spinge in questa direzione è il desiderio di ridurre i tempi di formazione del programmatore, facendolo applicare, fin dai primi algoritmi, su un linguaggio professionale realmente utilizzato in grandi suite software.

Libri consigliati.

Effective C++ e More Effective C++
Autore: Scott Meyers
Casa Editrice: Addison-Wesley
sito dei libri

I testi sono consigliato agli studenti che intendono approfondire il tema della programmazione C++ avanzata. Ogni capitolo dei libri è costituito da più "temi" presentati sotto forma di brevi trattazioni indipendenti che forniscono consigli specifici, spiegazioni sulle sottigliezze del C++ ed esempi di codice esaurienti. La descrizione articolata di ogni tema rende chiaro cosa fare, cosa non fare e perché.

L'esame si svolegrà in due prove. La prima prova di laboratorio consiste nello sviluppo di un programma in C++ che prevede l'implementazione di alcune tre le strutture dati previste dal corso e/o la risoluzione di alcuni problemi computazionali di livello intermedio. La seconda prova consiste in un esame orale sui contenuti del corso.

I testi delle prove di laboratorio in C++ saranno disponibili sul sito internet dei docente. Inoltre lo studente avrà a disposizione una piattaforma di apprendimento attraverso la quale sarà possibile esercitarsi durante le ore di studio e autovalutarsi sui contenuti appresi a lezione. La medesima piattaforma fornisce un valido strumento per la preparazione all'esame.