Algoritmos e Lógica de Programação - Fundamentos Essenciais para o Desenvolvimento
Alternativa 1: Introdução às Linguagens de Programação
Aprenda Algoritmos e Lógica de Programação: Desvenda o Mistério
A linguagem de programação é um sistema formal que permite especificar e expressar algoritmos. Elas são criadas principalmente pelo uso da computação e podem ser classificadas como formais ou programáveis. Uma linguagem formal deve possuir algum sistema rigoroso, o qual consiste em um conjunto limitado de sintaxes que são usados para especificar matematicamente os algoritmos ou protocolos de computação. A primeira tarefa do estudante é aprender a linguagem de programação. Várias disciplinas da ciência estão envolvidas na criação dessas linguagens, como lógica e teoria da computação. As principais características que diferenciam uma linguagem de programação da linguagem humana são a sintaxe formalizada e o processo de compilação ou tradução. A primeira é o conjunto de regras e diretrizes, estabelecidas pela linguagem para a criação dos códigos. A segunda refere-se ao processo em que o programa está sendo convertido do seu texto na língua original para um formato computacional e portátil (que o computador entende). Além da lógica e gramática da linguagem, a programação deve também contar com o uso adequado das estruturas e operadores aritméticos e lógicos. Diferentemente dos cálculos matemáticos tradicionais que usam regras, o processamento em computador funciona através de comandos. Esse tipo de linguagem é baseada na linguagem formal ou "linguagem formada" (Linguagens Formais) como elas são conhecidas na área matemática.
Alternativa 2: Compreender a Lógica dos Algoritmos e dos Programas
Um algoritmo é um conjunto de passos determinados que resolver um problema matemático. É a expressão da lógica que os programas executam na solução do problema apresentado. Para entender essa lógica, você precisa estudar técnicas como análise de algoritmos e desenvolvimento de código, bem como saber trabalhar com diversos paradigmas de programação, além de aplicar os principais métodos analíticos de cálculo e computação. Para esse propósito, estudar os mais diversos exemplos práticos é fundamental. A lógica pode ser entendida em termos de linguagens e regras definidas por cada modelo e expressada nas funções utilizadas pelos programas. Toda linguagem possui gramática, que é a base da sintaxe que deve ser respeitada pelo usuário quando escreve um código-fonte, seja em C ou Python. Esse conjunto de regras estabelece como as linhas do programa devem ser escritas para o computador ler corretamente cada linha, indicando que comando ele deve realizar no momento da execução. Quanto às linguagens mais antigas (C, C++ e Assembly), seus códigos-fonte eram mais difíceis para serem entendidos pelos próprios usuários devido ao detalhe das suas instruções. Por exemplo, no caso do C, existiam diferentes tipos de ponteiros e operadores que eram usados para definir como os dados seriam acessados em memória (uma variável é apenas um conjunto de bits que o programa pode ler e escrever). O programador tinha que ter atenção com os endereços de memória para que não acontecesse o overflow. Essas línguas são conhecidas por terem muita mais "baixo nível", ou seja, requerem interação direta e maior preocupação do programador com os detalhes de execução do código no hardware da computação. Já na área da informática contemporânea existem diversos frameworks, que são códigos que aceleram as atividades por meio da aplicação em um software prévio e que oferecem muitas vantagens para os usuários de tecnologias mais novas, como o Python. Esse exemplo mostra também porque as línguas são constantemente sendo desenvolvidas e aperfeiçoadas em função das necessidades da sociedade: atualizar suas gramáticas para que sejam compreensíveis pela máquina em nível prático (isto é, quando uma nova linguagem for inventada ela não consegue ser usada em hardware anterior), enquanto também melhorar sua funcionalidade (para evitar, por exemplo, o uso de excessivos ponteiros em aplicações mais atuais como o Python) e estrutura para que a sintaxe seja perfeita. Porém é importante notar que algumas gramáticas mais antigas ainda são usadas em nível acadêmico e na indústria, como o C, devido a sua performance em programação orientada a hardware.
Alternativa 3: Aprender sobre Estruturas de Dados e Algoritmos
Não importa qual seja o estágio da sua carreira como programador (está começando ou já trabalha há alguns anos) o aprendizado continuado nunca é um erro, em especial quando se trata de áreas com rápido crescimento tecnológico. O entendimento do funcionamento de algoritmos e estruturas de dados é uma técnica básica da programação de computador e tem sido ensinado nos cursos de ciência da computação há mais de 60 anos. Estruturas são conjuntos de variáveis e outras construções que se utilizam em determinadas partes de um algoritmo, onde a relação entre elas forma padrões específicos, que possibilita um tipo especial de solução para o problema proposto. Uma estrutura pode ser um dado único, mas o mais comum é o caso de ela compor um grupo mais complexo de outras variáveis, cada uma contendo uma informação específica e conectada por relacionamentos. Por exemplo, considerando o contexto atual do uso da internet na nossa sociedade e o grande volume de informações que são disponibilizadas acessivelmente pelo mundo todo, podemos dizer que estruturas são fundamentais em muitas das nossas operações digitais (como armazenamento ou cálculo), porque permitem otimizar processos e organizar de forma mais eficiente grandes quantidades de dados. Quanto aos algoritmos, o principal intuito é garantir que todas as possíveis soluções estejam sendo verificadas até achar uma resposta viável ou aceitável para o problema apresentado pelo usuário. Para se entender melhor os algoritmos deve-se estudar sua complexidade e qualidade (qual o objetivo do seu desenvolvimento? quanto tempo levam para ser executados em computadores?). Você pode criar seus próprios algoritmos e programas desde que seja bem informado sobre como eles funcionam e entenda completamente cada etapa da resolução dos problemas. Por exemplo, algumas das soluções encontradas são:
1. Método Búsqueda (técnica que busca valores em uma matriz);
2. Ordenação de elementos (algoritmo que organiza dados em uma ordem específica ou definida).
É possível desenvolver muitas estratégias a fim de criar algoritmos de busca e ordenação mais rápidos. Os estudantes aprenderão com os recursos existentes, como por exemplo as bibliotecas, que contêm métodos implementados para ajudar na criação desses tipos específicos de programas. Alguns algoritmos podem ser melhor executados usando algum framework e outros mesmo desenvolvidos completamente na linguagem em questão ou em uma mistura delas, desde que respeite os padrões definidos pelos criadores da linguagem (ou seja, tenha as diretrizes de gramática, vocabulário e semântica corretamente implementadas para que não ocorram conflitos ou erros no processo).
Alternativa 4: Se aprofundando na Especialização na Programação em Alto Nível
A linguagem é um sistema formal, mas programar em uma linguagem de programação também exige do usuário o domínio das teorias de computação (sistemas operacionais, estrutura de arquivo) e da matemática, como a lógica (algoritmos que descrevem técnicas de resolução de problemas) e as estatísticas. Programar em uma linguagem de programação também requer conhecimento de diversos paradigmas: procedural, orientado à objeto, orientado à evento, funcional, lógico e paralelo (este mais presente na era atual da computação em paralelo ou computação em massa). Essas áreas não fazem parte do aprendizado inicial mas é fundamentais para que os desenvolvedores consigam se destacar na programação. Existem muitos tipos de linguagem, desde as mais simples e interpretadas, até as mais avançadas e compiladas ou as embutidas nas proprias máquinas (não precisam ter drivers, pois já vêm incorporadas ao sistema do hardware da computação). Por exemplo, temos o Java, a lua (linguagem) ou a Ruby, todas estas conhecidas por seu funcionamento interativo com outras linguagens de programação. Além dessas há ainda as chamadas línguas fracamente tipadas, que permitem mudança dinâmica entre variáveis, como o Python (também conhecido como linguagem orientada a objeto). A estrutura de um algoritmo consiste basicamente em: entrada do dado; transformação desses dados por meio das fórmulas e operações matemáticas específicas até se chegar ao resultado esperado, ou então a solução para o problema apresentado.
Alternativa 5: Alguns Paradigmas na Lógica de Programação
Como vimos, existem muitos tipos de paradigma (método e técnica usados na escrita dos programas). Esses se subdividem em dois grupos básicos: os que se destacam por serem baseados no comportamento da lógica (ou algoritmos) de desenvolvimento da estrutura e os que apresentam uma construção mais orientada à resolução do problema por meio das variáveis ou dos dados, tendo um propósito prático e mais orientado à resolução específica de cada caso. Abordaremos apenas algumas técnicas:
1. Imperativo: é o mais simples de se entender em que o programador instrui (comandos como entrada ou saída) a solução até que ele possa ter a certeza da existência dessa solução para ser encontrada. Seja criado para executar uma série de operações sequenciais, tais como:
* Exibir "Bom dia" no terminal.
1. Declarativo: refere-se às linguagens de programação que não requerem a estrutura de um algoritmo para a execução. O desenvolvimento pode ser tanto orientado a objetos (OOP) quanto procedural ou funciomal. Em muitas ocasiões, usa-se em cálculos mais complexos, em matemática avançada e na criptografia:
* Declarar uma matriz de números que comporá o vector da solução e exibir todos os elementos da estrutura.
1. Orientado a Objetos (OOP): este se baseia no desenvolvimento de classes e objetos e em sua relação mútuo para a resolução dos problemas propostos, com ênfase no que têm em comum entre si, o comportamento. Cada objeto é instanciado através das propriedades que os compõem:
* Definir uma classe "Bolha de ar" com características como: formato (esférica); material; cor; e outras propriedades físicas;
1. Funcional: baseada em algoritmos ou ainda expressões matemáticas para que haja otimização do código na computação, permitindo maior simplicidade no desenvolvimento do problema proposto e com uma semântica mais expressiva para ser utilizada em resolução de diversos tipos de problemas:
* Utilizar um método que busca a menor soma de uma sequência com valores constantes para obter o número mínimo. Ou então buscar a maior soma por meio da somatória dos valores na seqüência com o objetivo de obter o valor mais elevado possível obtido nessa solução:
Eis algumas outras dicas que podem ser usadas para auxiliar no desenvolvimento
* Tudo começa e termina entre chaves { } (ou seja, sempre são as delimitações do que está sendo solicitado em um determinado código). O conteúdo dentro das chaves pode ter ainda uma subestrutura de declarações menores que possam ser separadas por outros caracteres que fazem parte dessas delimitações, como vírgulas;
* Declarar variáveis: quando está sendo definido um novo valor a ser atribuído em alguma expressão ou dentro de uma fórmula, este pode ser salvo e acessado pelo computador ou por outra linguagem usando variáveis (nome dado a esses novos valores), que são criadas na sintaxe;
* Utilizar espaços em branco: não é recomendado utilizar apenas um espaço entre linhas e linhas da linguagem. Ou seja, utilize o espaço corretamente quando declara uma variável ou algum novo objeto, a fim de ter um layout maior do que os demais códigos;
* Declarar tipos de dados: muitas linguagens permitem a definição de um tipo de dado para uma determinada expressão matemática e que seja conhecida pelos algoritmos. Em muitas ocasiões, estes podem ser armazenados como variáveis simples em que podem ser referenciadas diretamente;
* Condicionais: utilizar comandos de condicional quando um resultado for true ou falso e a solução seja baseada nesta condição específica para determinar se é verdadeiro ou falsa uma determinada declaração dentro do código. Esses tipos de condições, quando colocados em conjunto com comandos if, else e else if, ajudam a manter o programa mais compacto e claro;
* Loop: utilizar ciclos para definir que a solução precisa ser buscada através de um determinado objeto e, portanto, repeti-lo conforme estiver previsto na linguagem. Existem alguns tipos de loop, como while (para when x == 1) ou for (uma variação do anterior);
* Chamar funções: ao executar comandos para verificação e solução dos problemas propostos por programas, é possível que você precisa acessar funções específicas em outros arquivos (como outras classes). O método de chamada permite essa execução remota.
* Utilizar a palavra "return": usado para finalizar o fluxo do código, a fim de que seja realizada alguma operação e não continua executando o comando até que possa terminar naturalmente;
* Comentários: em muitas linguagens, pode-se criar comentários para que possam ser utilizados pelos outros desenvolvedores na compreensão dos algoritmos de resolução dos problemas. Esses podem ser adicionados antes do começo da função (quando o código é compilado) e até mesmo no meio do arquivo de origem, que seja compilado para executá-lo corretamente. A sintaxe dessa linguagem é muito parecida com os comentários HTML;
* Estruturas condicionais: como verificar alguma condição que tenha uma solução, podem ser usados o then ou else, sendo o último opcional quando não há um comportamento a ser executado conforme se espera. O método utilizado nesse caso deve estar definido no topo do arquivo:
```
def if_statement(expression):
result = expression
if(result == True)
return 0
else:
return -1
```
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Referências: Algoritmos, Lógica de Programação, Estruturas de Dados, Desenvolvimento de Software, Fluxo de Controle, Fluxo de Dados, Estratégias de Busca, Problemas Computacionais, Códigos Fonte, Alocação de Memória,
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