3 - Perguntas básicas para implementar um algoritmo

No restante desta apostila procuraremos mostrar como desenvolver programas utilizando as linguagens C e Python. Os problemas que abordaremos são, em sua maioria, bastante simples, no sentido de ser possível resolvê-los manualmente (sem o auxílio de programas de computador). A dificuldade consiste em obter soluções computacinais para tais problemas, ou seja, em escrever um processo que resolva tais problemas servindo-se de uma linguagem extremamente rígida e um pouco limitada.
Um programa pode ser entendido como uma sequência finita de comandos que manipulam um numero limitado de variaveis e que deve devolver algum conjunto-resposta. Em geral, os problemas que admitem solucoes via computador apresentam caracterısticas de repeticao, isto ́e, permitem que uma mesma sequência de passos seja repetida (um numero finito de vezes) ate que se obtenha o resultado desejado.
Sugerimos ao leitor, principalmente aos iniciantes em programação, que se concentre em quatro questões chaves à resolução de problemas via algoritmos, independentemente da linguagem a ser utilizada, seja ela qual for.

1ª Pergunta: Quais variáveis são necessárias?
2ª Pergunta: Quais comandos devem apareceer dentro de um bloco de repetição?
3ª Pergunta: Qual a condição para que continue a repetição?
4ª Pergunta: Quais os comandos neceessários antes e depois do bloco de repetição?

Nem sempre é possível responder completamente estas perguntas nesta sequência. Muitas vezes, ao longo da descrição do programa surge a necessidades de novas variáveis, que devem ser acrescentadas à lista inicialmente pensada como resposta à 1ª pergunta. Por outro lado, com o passar do tempo (e aquisiçao de experiência na programação), será natural que ao tentar responder a 2ª pergunta ja se note a necessidade de alguns comandos que devem aparecer antes do bloco de repetição (4ª pergunta). Alem disto, somente “problemas pequenos” possuem um ́unico bloco de repetição, sendo que as perguntas 2 a 4 devem ser levadas em conta para cada novo bloco de repetição. No entanto, a experiência tem-nos mostrado que, pelo menos enquanto se esta comecando a aprender a descrever processos em liguagens estruturadas, estas perguntas servem como um bom roteiro ao programador iniciante.
Veremos, a seguir, o desenvolvimento de programas para alguns problemas.

3.1 - Como somar um número arbitrário de valores

Problema: Faça um programa que leia uma sequência de números inteiros, diferentes de zero, e calcule a sua soma.

Se a sequência de entrada tivesse um tamanho fixo conhecido, digamos 4, a descrição do processo não seria complicada, bastando escrever:

C	Python
#include < stdio.h> //inclui a biblioteca que lida com scanf e printf int main(){ //inicia a função principal int n1, n2, n3, n4, soma; //cria as 5 variáveis que serão utilizadas scanf("%d %d %d %d", &n1, &n2, &n3, &n4); //lê 4 inteiros soma = n1+n2+n3+n4; //soma os 4 inteiros lidos printf("%d", soma); //imprime o resultado da soma return 0; //finaliza a função principal }	n1 = input() //lê o primeiro inteiro n2 = input() //lê o segundo inteiro n3 = input() //lê o terceiro inteiro n4 = input() //lê o quarto inteiro soma = n1+n2+n3+n4 //soma os 4 inteiros print(soma) //imprime o resultado da soma

Python

#include < stdio.h> //inclui a biblioteca que lida com scanf e printf
int main(){ //inicia a função principal
  int n1, n2, n3, n4, soma; //cria as 5 variáveis que serão utilizadas
  scanf("%d %d %d %d", &n1, &n2, &n3, &n4); //lê 4 inteiros
  soma = n1+n2+n3+n4; //soma os 4 inteiros lidos
  printf("%d", soma); //imprime o resultado da soma
  return 0; //finaliza a função principal
}

n1 = input() //lê o primeiro inteiro
n2 = input() //lê o segundo inteiro
n3 = input() //lê o terceiro inteiro
n4 = input() //lê o quarto inteiro
soma = n1+n2+n3+n4 //soma os 4 inteiros
print(soma) //imprime o resultado da soma

No entanto a solução muda radicalmente se desejamos escrever um algoritmo que funcione para um número arbitrário de valores de entrada (este número é definido pelo usuário durante a execução do algoritmo). Neste caso, a dificuldade reside no fato de o programa ser capaz de somar uma sequência de qualquer tamanho.

Antes de continuar, reflita um pouco sobre esta questão e tente escrever um código que permita a soma de uma sequência de qualquer tamanho.

Duas possíveis soluções são:

Ao início da execução do algoritmo o usuário digitar qual o tamanho da sequência
Utilizarmos um caracter de escape que indicará o final da sequência

Abaixo iremos apresentar a segunda solução, utilizar um caracter de escape.
Uma boa técnica para iniciar o processo de rogramação é admitir algumas sequências de dados de entrada e pensar a partir destes dados. Então examinaremos, por exemplo, a soma da seguinte sequência de entrada: 8 11 3 -7 2 ... 0

Leia o primeiro número 8;
Como o número lido !=(diferente) 0, leia o próximo número 3, guardando a soma destes dois 19+3 = 22;
Como o último número lido != 0, leia o próximo número 3, guardando com a soma anterior 19+3=22;
Como o último número lido != 0, leia o próximo número -7, guardando com a soma anterior 22+(-7)=15;

        .
        .
        .

Lê o 0, e como o número lido foi 0 imprime a soma final

Quais variáveis são necessárias?

Vemos a necessidades de 2 variáveis: uma para guardar o último número lido e outra para guardar a soma dos número já lidos. Então teremos:

C	Python
int num, soma;	num = 0 soma = 0

Quais os comandos necessários antes e depois do bloco de repetição?

Inicialmente, no código em C o valor das variáveis(quaisquer) está indefinido, já no código em Python está definido em 0 e portanto devemos cuidar das "inicializações" antes do primeiro teste while (num !=0). Quanto deve valer a variável num neste momento inicial?
Uma solução possível é o tratamento do primeiro número da sequência como caso à parte, antes de entrarmos no comando de repetição. Deste modo, devemos ler o primeiro número fora da repetição e já contabilizar na soma.

Exercício 1 Tente elaborar outra solução, que não faça uma primeira leitura de num dentro do laço

Após a repetição devemos imprimir o conteúdo da variável soma, que deverá conter a soma dos elementos da sequência de entrada.
Escrevendo o código temos:

C	Python
1 int num, soma; 2 scanf("%d", &num); 3 soma = num; 4 while (num != 0){ 5 scanf(%d, &num); 6 soma = soma + num; 7 } 8 printf("%d",soma);	1 num = input(); 2 soma = num; 3 while num != 0 4 num = input() 5 soma = soma + num 6 print(soma)

Python

1  int num, soma;
2  scanf("%d", &num);
3  soma = num;
4  while (num != 0){
5    scanf(%d, &num);
6    soma = soma + num;
7  }
8  printf("%d",soma);

1  num = input();
2  soma = num;
3  while num != 0
4    num = input()
5    soma = soma + num
6  print(soma)

Conceito de simulação de um Algoritmo

Um conceito muito importante à programação é o processo de simulação de um algoritmo. Útil na verificação da corretude do mesmo e também para entender o seu funcionamento. Na simulação de um algoritmo/programa devemos anotar todas as alterações, de todas suas variáveis, ao longo de seu fluxo de execução para algum conjunto de entrada
Melhor que muitas explicações complicadas é um bom exemplo. Vejamos a simulação do programa acima para o conjunto de entradas 10 3 4 0 no algoritmo em C:

num	soma	comando em execução	observações
?	?		no início do programa valores das variáveis são desconhecidos, elas apenas foram declaradas
10	?	scanf("%d", &num)	pega o 1º número de entrada e guarda em num
10	10	soma = num	Atribui o valor de num a soma
10	10	while (num != 0)	Como num é diferente de 0, executa os comandos dentro do bloco de repetição (linhas 5 e 6)
3	10	scanf("%d", num)	Recebe o 2º número de entrada e guarda em num
3	13	soma = soma + num	atribui a soma o valor da expressão soma + num
3	13	while(num!=0)	Como num é diferente de 0, o programa continuará a repetição
4	13	scanf("%d", num)
4	17	soma = soma+ num
4	17	while(num!=0)
0	17	soma = soma + num
0	17	while(num!=0)	Como soma é igual a 0, o programa pula para a linha 8
0	17	printf("%d", soma)	Imprime o valor de soma: 17