Bài giảng Tin học đại cương - Chương 6: Thuật toán và ngôn ngữ lập trình - Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Nội dung text: Bài giảng Tin học đại cương - Chương 6: Thuật toán và ngôn ngữ lập trình - Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1. 03/02/2018 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NỘI DUNG 6.1. Phương pháp giải quyết vấn đề bằng máy tính Chương 6 6.2. Thuật toán THUẬT TOÁN VÀ NGÔN NGỮ LẬP 6.3. Ngôn ngữ lập trình TRÌNH 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 2 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG 6.1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG MÁY TÍNH MÁY TÍNH Nhắc lại: • Phương pháp chung để giải quyết vấn đề/bài toán bằng • Một trong những chức năng cơ bản của máy tính: Xử máy tính: lý thông tin đã nhận theo dãy lệnh đã nhớ sẵn bên BÀI TOÁN Xác định dữ liệu đầu vào, đầu ra của bài trong toán • Nguyên lý điều khiển bằng chương trình của Von THUẬT TOÁN Tìm ra cách xử lý dữ liệu đầu vào Neumann: Máy tính hoạt động theo chương trình CHƯƠNG Viết chương trình bằng một ngôn ngữ lập được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ TRÌNH trình nào đó Để có thể giải quyết mỗi vấn đề/bài toán bằng máy NGÔN NGỮ Biên dịch chương trình sang ngôn ngữ máy tính thì cần phải xây dựng một chương trình máy tính MÁY tương ứng MÁY THỰC HIỆN 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 3 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 4 1
2. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2. THUẬT TOÁN 6.2.1. KHÁI NIỆM THUẬT TOÁN 6.2.1. Khái niệm thuật toán • Thuật ngữ algorithm được đưa ra vào khoảng năm 825, xuất phát từ chữ algoritmi – phiên âm La tinh tên của nhà toán học 6.2.2. Các tính chất của thuật toán người Trung Á Al-Khwarizmi • Thuật toán (thuật giải, algorithms): là một dãy hữu hạn các 6.2.3. Cách diễn đạt thuật toán thao tác, các phép toán có thể thực hiện được theo một trình tự 6.2.4. Thiết kế thuật toán xác định trên một số đối tượng dữ liệu nào đó để đạt được kết quả mong muốn 6.2.5. Đánh giá thuật toán Thuật toán được xây dựng phải bao gồm các thao tác được xác định rõ ràng, đơn giản và thực hiện được (phải “giao cho máy làm được”) Khi xây dựng một thuật toán cần xác định rõ thuật toán đó tác động lên dữ liệu nào 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 5 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 6 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.1. KHÁI NIỆM THUẬT TOÁN 6.2.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦA THUẬT TOÁN • Đầu vào • Ví dụ: Bài toán tìm ước số chung lớn nhất của 2 số • Đầu ra nguyên dương a và b: • Tính hữu hạn: Thuật toán phải kết thúc sau một số hữu Input: a,b (nguyên dương) hạn bước thực hiện Output: (a,b) • Tính xác định Thuật toán Euclid: - Mỗi bước của thuật toán phải được xác định chính xác, - Bước 1: So sánh a và b, nếu a = b thì dừng thuật toán các thao tác được quy định chặt chẽ rõ ràng và thông báo (a,b) = b. Nếu a b thì chuyển sang Với cùng một dữ liệu đầu vào chỉ trả về 1 kết quả duy bước 2 nhất - Bước 2: Nếu a > b thì thay thế a bởi a-b, nếu a < b thì • Tính hiệu quả: Thuật toán đơn giản, dễ cài đặt, không thay thế b bởi b-a. Quay lại thực hiện bước 1 gây tốn bộ nhớ, thực hiện nhanh 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 7 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 8 2
3. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.3. CÁCH DIỄN ĐẠT THUẬT TOÁN 6.2.3. CÁCH DIỄN ĐẠT THUẬT TOÁN 3 cách: • Cách 2: Dùng lưu đồ: • Cách 1: Liệt kê từng bước bằng ngôn ngữ tự nhiên: - Sử dụng các hình khối cơ bản (Bắt đầu, Kết thúc, Khối - Sử dụng ngôn ngữ tự nhiên để liệt kê từng bước thực Input, Khối Output, Khối điều kiện, Khối thao tác) và hiện của thuật toán với các quy tắc, thao tác cụ thể các cung để thể hiện các thao tác và trình tự thực hiện - Ví dụ: Thuật toán Euclid tìm UCLN của 2 số nguyên các thao tác của thuật toán dương a,b (slide 7) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 9 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 10 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Các hình khối cơ bản để xây dựng lưu đồ Lưu đồ thuật toán Euclid tìm (a,b) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 11 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 12 3
4. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.3. CÁCH DIỄN ĐẠT THUẬT TOÁN 6.2.3. CÁCH DIỄN ĐẠT THUẬT TOÁN • Cách 3: Sử dụng giả mã (giả ngôn ngữ lập trình): - Ví dụ (tiếp): Đoạn mã tương ứng viết bằng ngôn ngữ - Sử dụng các cấu trúc điều khiển của một ngôn ngữ lập Pascal: trình kết hợp linh hoạt với ngôn ngữ tự nhiên và các ký Writeln('Nhap 2 so nguyen duong a, b: '); hiệu toán học đơn giản nhằm diễn tả thuật toán Write('a = '); Readln(a); - Ví dụ: Giả mã cho thuật toán Euclid tìm (a,b) được viết Write('b = '); Readln(b); tựa theo cấu trúc của ngôn ngữ lập trình PASCAL: While a b then a:=a-b While a b do else b:=b-a; If a>b then thay a bởi a-b Writeln('Uoc chung lon nhat la ',b); else thay b bởi b-a Thông báo ước chung lớn nhất là b 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 13 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 14 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.4. THIẾT KẾ THUẬT TOÁN 6.2.4. THIẾT KẾ THUẬT TOÁN • Mô-đun hóa bài toán: Chia nhỏ bài toán (mô-đun • Tinh chỉnh từng bước thuật toán: chính) thành các bài toán nhỏ hơn (các mô-đun con) - Bước đầu thuật toán được minh hoạ bằng ngôn ngữ tự nhiên thể hiện các công việc chính cần thực hiện, sau đó dần minh họa chi tiết hơn với các thao tác xử lý, các phép toán được chỉ ra một cách cụ thể, đồng thời ngôn ngữ tự nhiên dùng để minh họa được thay thế dần bởi giả ngôn ngữ và ngày càng tiến gần đến ngôn ngữ lập trình - Trong quá trình thiết kế thuật toán, ngôn ngữ thể hiện dần được chuyển đổi theo sơ đồ: Ngôn ngữ tự nhiên Giả ngôn ngữ Ngôn ngữ lập trình 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 15 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 16 4
5. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Ví dụ Ví dụ • Cho một dãy gồm n phần tử thuộc kiểu có thứ tự: a1,a2, Ý tưởng: , an. Hãy đổi chỗ các phần tử trong dãy sao cho dãy - Chọn phần tử nhỏ nhất trong dãy nguồn rồi xếp vào vị trí sau khi đổi chỗ có thứ tự tăng dần đầu tiên trong dãy đích - Chọn phần tử nhỏ nhất trong dãy nguồn còn lại (tức phần tử nhỏ thứ hai trong dãy nguồn ban đầu) rồi xếp vào vị trí thứ hai trong dãy đích - Lặp lại quá trình này cho đến khi hết dãy nguồn (Tổng quát: Tại bước thứ i, ta chọn ra phần tử nhỏ nhất trong dãy nguồn còn lại - tức phần tử nhỏ thứ i trong dãy nguồn ban đầu - rồi xếp vào vị trí thứ i trong dãy đích) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 17 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 18 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Ví dụ Ví dụ Giả mã dựa theo ngôn ngữ Pascal: Các công việc trong khối Begin End sẽ được làm rõ hơn như sau: For i:=1 to n do j:=i; Begin For k:=i+1 to n do - Chọn phần tử nhỏ nhất aj trong số các phần tử ai, , an If ak<aj then j:=k; - Đổi chỗ aj và ai cho nhau Việc “đổi chỗ aj và ai cho nhau” được thực hiện bằng cách End; sử dụng thêm một phần tử trung gian min: min:=aj; aj:= ai; ai:=min; 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 19 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 20 5
6. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Ví dụ Ví dụ Đoạn mã tương ứng viết bằng ngôn ngữ Pascal: Cho dãy số ban đầu: For i:=1 to n-1 do 3 6 -2 7 5 Begin j:=i; Dãy mới được sắp sau từng bước thực hiện thuật toán sắp For k:=i+1 to n do xếp lựa chọn (i = 1 4): If a[k] i then Begin i=2: -2 3 6 7 5 min:=a[j]; i=3: -2 3 5 7 6 a[j]:=a[i]; a[i]:=min; i=4: -2 3 5 6 7 End; End; 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 21 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 22 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN • Để đánh giá thuật toán có thể dựa trên nhiều tiêu chí: • Khi cài đặt thành chương trình máy tính, thời gian thực thời gian thực hiện thuật toán, khả năng thích ứng của hiện của một thuật toán phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: thuật toán với các loại máy tính khác nhau, tính đúng - Số lượng các phép toán sơ cấp: các phép tính số học, các đắn, mức độ đơn giản, hình thức của thuật toán, dung phép tính logic, các phép gán giá trị, chuyển chỗ, lượng bộ nhớ sử dụng để lưu trữ dữ liệu, phụ thuộc vào kích thước dữ liệu đầu vào của bài toán • 2 tiêu chí chính: - Ngôn ngữ lập trình, chương trình dịch, hệ điều hành, tốc - Thời gian thực hiện thuật toán độ xử lý của máy tính, những yếu tố này không - Dung lượng bộ nhớ sử dụng đồng đều với mỗi loại máy tính, vì vậy không thể dùng chúng làm căn cứ để đánh giá thời gian thực hiện của thuật toán 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 23 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 24 6
7. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN • Để đánh giá thời gian thực hiện của một thuật toán, • Thuật toán T sử dụng để giải một bài toán có kích thước dữ người ta sử dụng “Độ phức tạp tính toán của thuật liệu đầu vào n sẽ cần thực hiện T(n) các phép toán sơ cấp. T(n) là một hàm của tham số n, là đặc trưng cho độ phức tạp tính toán” (gọi tắt là Độ phức tạp của thuật toán): Thời toán của thuật toán gian thực hiện của thuật toán được đánh giá chỉ phụ • Tổng quát: Giả sử f(n), g(n) là hai hàm số không âm, đồng thuộc vào kích thước của dữ liệu đầu vào, không phụ biến theo n. Hàm f(n) được xác định có độ phức tạp tính toán thuộc vào máy tính và các yếu tố liên quan cấp g(n), ký hiệu là O(g(n)), khi và chỉ khi tồn tại các hằng số c và n0 sao cho f(n) ≤ cg(n) khi n ≥ n0. Khi đó, ta nói f(n) có cấp g(n), ký hiệu f(n) = O(g(n)) (thực chất là cấp lớn không vượt quá g(n)) Ví dụ: với f(n) = n2 + 2n + 3, vì f(n) ≤ n2 + 2n2 + 3n2 = 6n2 với n ≥ 1 nên f(n) = O(n2) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 25 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 26 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN • Độ phức tạp tính toán của thuật toán có thể thuộc các dạng • Xác định độ phức tạp của thuật toán: dưới đây (được sắp xếp theo mức độ tăng dần): T(n) = O(1): độ phức tạp cấp hằng số Quy tắc cộng: T(n) = O(log2n): độ phức tạp cấp hàm lograrit Nếu T1(n) = O(f(n)), T2(n) = O(g(n)), thì T1(n) + T2(n) T(n) = O(n): độ phức tạp cấp hàm tuyến tính = O(max{f(n),g(n)}) T(n) = O(nlog2n): độ phức tạp cấp hàm nlog2n Ví dụ: Trong một thuật toán có 3 bước, mỗi bước có độ T(n) = O(n2), O(n3), , O(nk): độ phức tạp cấp hàm đa 3 phức tạp tính toán lần lượt là T1(n) = O(n ), T2(n) = thức O(n), T3(n) = O(nlog2n) thì thời gian thực hiện 3 bước n n T(n) = O(2 ), O(n!), O(n ): độ phức tạp cấp hàm mũ là: • Một thuật toán có độ phức tạp tính toán từ cấp hàm đa thức T (n)+T (n) +T (n) = O(max{n3,n,nlog n}) = O(n3) trở xuống thường chấp nhận được 1 2 3 2 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 27 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 28 7
8. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN • Xác định độ phức tạp của thuật toán: • Xác định độ phức tạp của thuật toán: Quy tắc nhân: Quy tắc bỏ hằng số: Nếu T1(n) = O(f(n)), T2(n) = O(g(n)) thì: T1(n) . T2(n) = O(c.f(n)) = O(f(n)) trong đó c là một hằng số O(f(n).g(n)) Ví dụ: O(n2/2) = O(n2) Ví dụ: • Lưu ý: Khi đánh giá độ phức tạp tính toán của thuật - Câu lệnh For j:=1 to n do x:=x+1; có thời gian thực hiện toán ta có thể chỉ cần quan tâm đến số lần thực hiện T(n) = O(n.1) = O(n) phép toán tích cực (active operation - phép toán mà số - Câu lệnh For i:=1 to n do lần thực hiện nó không ít hơn số lần thực hiện của bất For j:=1 to n do x:=x+1; kỳ phép toán nào khác trong thuật toán) có thời gian thực hiện T(n) = O(n.n) = O(n2) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 29 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 30 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 6.3.1. KHÁI NIỆM VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 6.3.1. Khái niệm về ngôn ngữ lập trình • Ngôn ngữ lập trình (programming language): - Là ngôn ngữ dùng để viết các chương trình máy tính 6.3.2. Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình - Bao gồm một hệ thống các ký hiệu, các từ khóa, các từ 6.3.3. Trình biên dịch và trình thông dịch dành riêng (hay từ vựng), và các quy tắc để viết chương trình (hay cú pháp) 6.3.4. Các công việc của người lập trình 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 31 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 32 8
9. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH TRÌNH • Phân loại ngôn ngữ lập trình: • Ngôn ngữ máy: - Ngôn ngữ máy - Là ngôn ngữ duy nhất mà Bộ vi xử lý có thể nhận biết và - Hợp ngữ thực hiện trực tiếp, các chương trình máy tính được viết - Ngôn ngữ lập trình bậc cao bằng các ngôn ngữ khác phải được dịch sang ngôn ngữ máy trước khi thực thi - Lệnh máy được viết ở dạng số nhị phân hoặc biến thể của chúng trong hệ 16 - Các chương trình thực hiện nhanh chóng, nhưng các lệnh máy dài và khó nhớ, chương trình cồng kềnh, mất thời gian khi viết và gây khó khăn cho việc đọc, phát hiện lỗi và hiệu chỉnh chương trình 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 33 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 34 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH LẬP TRÌNH • Hợp ngữ: • Hợp ngữ (tiếp): - Ra đời từ năm 1950 là ngôn ngữ lập trình bậc thấp - Hiện chỉ dùng khi cần lập trình thao tác trực tiếp với - Cấu trúc lệnh rất giống với ngôn ngữ máy nhưng cho phần cứng máy tính hoặc làm các công việc không phép viết lệnh dưới dạng mã chữ, thường là những từ thường xuyên (trình điều khiển (driver), các hệ nhúng tiếng Anh viết tắt có ý nghĩa rõ ràng, dễ nhớ bậc thấp, các hệ thống thời gian thực, ) - Cho phép định địa chỉ hình thức - Các chương trình hợp ngữ được chuyển sang mã máy thông qua trình hợp dịch (assembler) - Gần với tầng thiết kế máy tính, các chương trình được viết luôn có sự liên quan chặt chẽ đến kiến trúc máy tính 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 35 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 36 9
10. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH TRÌNH • Ngôn ngữ lập trình bậc cao: • Ngôn ngữ lập trình bậc cao (tiếp): - Là ngôn ngữ rất gần với ngôn ngữ tự nhiên và ngôn - Còn được gọi là ngôn ngữ thuật toán ngữ toán học - Các chương trình muốn máy tính thực thi được thì - Thường sử dụng hệ thống ký hiệu phong phú với các cần phải được dịch sang ngôn ngữ máy nhờ các ký hiệu số, các ký hiệu chữ, các ký hiệu toán học và chương trình dịch nhiều ký hiệu thông dụng khác, cùng với các từ khóa - Ví dụ: Fortran, Pascal, C, C++, Java, PHP, tiếng Anh đơn giản, các cấu trúc lệnh chặt chẽ, rõ ràng và mang ý nghĩa thực tế - Dễ học, dễ đọc, dễ viết và hiệu chỉnh chương trình cho phép thể hiện chính xác các thuật toán, có tính độc lập cao, ít phụ thuộc vào phần cứng máy tính 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 37 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 38 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH TRÌNH • Hiện nay, việc phân loại ngôn ngữ lập trình chỉ mang tính • Một số ngôn ngữ lập trình tiêu biểu: tương đối. Tùy theo từng mục đích, có thể phân loại ngôn ngữ - FORTRAN, ALGOL, LISP, COBOL, BASIC, lập trình theo những cách khác nhau. Ví dụ: - Phân loại theo mức trừu tượng: có nhóm ngôn ngữ lập trình PASCAL, C, C++, PERL, PYTHON, RUBBY, JAVA, bậc thấp và nhóm ngôn ngữ lập trình bậc cao PHP, - Phân loại theo hình thức lập trình: có nhóm ngôn ngữ khai báo (LIST, PROLOG, ) và nhóm ngôn ngữ mệnh lệnh (PASCAL, C, ) - Phân loại theo các họ, có họ ngôn ngữ máy và hợp ngữ, họ ngôn ngữ cổ điển (ALGOL, PASCAL, C, ), họ ngôn ngữ hàm (LISP, ), họ ngôn ngữ logic (PROLOG, ), họ ngôn ngữ hướng đối tượng (C++, JAVA, ), họ ngôn ngữ truy vấn (SQL, ) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 39 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 40 10
11. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH • Trình thông dịch: Sử dụng kỹ thuật thông dịch, dịch • Máy tính chỉ hiểu được một ngôn ngữ duy nhất là từng câu lệnh trong chương trình nguồn được viết ngôn ngữ máy. Trước khi được thực thi, các chương bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao sang ngôn ngữ máy trình viết bằng các ngôn ngữ lập trình không phải là để máy tính “hiểu” và thực thi ngay câu lệnh đó mà ngôn ngữ máy (chương trình nguồn) phải được dịch không lưu lại đoạn mã máy tương ứng, sau đó chuyển sang ngôn ngữ máy nhờ các chương trình dịch sang dịch câu lệnh tiếp theo • 2 loại chương trình dịch: Không tạo ra tệp mã đối tượng (tệp mã máy tương - Trình thông dịch ứng với chương trình nguồn). Mỗi lần thực hiện - Trình biên dịch chương trình là một lần thông dịch lại 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 41 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 42 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH • Trình thông dịch (tiếp): • Trình biên dịch (Compiler): Sử dụng kỹ thuật biên Cho phép dịch, thực hiện ngay câu lệnh mà không dịch, dịch toàn bộ chương trình nguồn sang ngôn ngữ cần phải đợi dịch xong toàn bộ chương trình, cho máy và tạo ra tệp mã đối tượng tương ứng phép dò tìm lỗi dễ dàng thích hợp trong môi - Trong quá trình biên dịch, trình biên dịch phân tích từ trường cần có sự đối thoại giữa con người và hệ thống vựng và cú pháp của các câu lệnh, thông báo danh Một số ngôn ngữ lập trình có sử dụng trình thông sách tất cả các lỗi để lập trình viên chỉnh sửa. Tệp mã dịch như: BASIC, VISUAL BASIC, PERL, đối tượng chỉ được tạo ra khi chương trình nguồn PYTHON, không còn bất kỳ lỗi cú pháp nào - Mỗi lần thực hiện chương trình chỉ cần sử dụng chương trình thực thi đã được tạo trước đó mà không cần phải tiến hành biên dịch lại chương trình nguồn thích hợp với các chương trình có tính ổn định và được thực hiện nhiều lần 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 43 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 44 11
12. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH • Trình biên dịch (tiếp): • Bước 1: Soạn thảo chương trình: - Thông thường, mỗi ngôn ngữ lập trình bậc cao đều có - Sử dụng một trình soạn thảo chuyên dụng để nhập nội một trình biên dịch tương ứng, ví dụ: PASCAL, C, dung chương trình, lưu tệp chương trình (tệp mã C++, nguồn - source code) với phần mở rộng tên tệp phù hợp với ngôn ngữ lập trình (ví dụ: .pas, .c, .cpp, ) 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 45 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 46 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH • Bước 2: Biên dịch chương trình: • Bước 3: Chạy thử chương trình - Sử dụng trình biên dịch (compiler) thích hợp để biên - Chạy chương trình (kích hoạt tệp thực thi), nhập các dịch tệp chương trình nguồn sang tệp mã máy tương dữ liệu đầu vào (các dữ liệu mẫu dùng để kiểm tra) và ứng (tệp đối tượng hay object code). Nếu chương trình kiểm tra các kết quả được đưa ra. Nếu kết quả thu nguồn có một số lỗi nào đó về mặt cú pháp thì trình được không đúng hoặc có lỗi khi thực thi chương biên dịch sẽ thông báo danh sách tất cả các lỗi, khi đó trình thì cần kiểm tra, chỉnh sửa lại thuật toán, rồi cần quay lại bước 1, sử dụng trình soạn thảo để chỉnh quay lại bước 1 để chỉnh sửa lại chương trình sửa chương trình nguồn - Khi tệp đối tượng đã được tạo, bộ liên kết (linker) sẽ thực hiện việc liên kết các đối tượng thành phần với nhau và tạo ra tệp thực thi (executable code) cho chương trình 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 47 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 48 12
13. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH Ví dụ • Môi trường phát triển tích hợp (IDE – Integrated • Viết chương trình tìm ước số chung lớn nhất của 2 số Development Environment): Tích hợp trình soạn nguyên dương, chương trình viết bằng ngôn ngữ thảo, trình biên dịch, bộ liên kết, trình gỡ rối, và PASCAL, sử dụng phần mềm Free Pascal (IDE, cho phép chạy thử chương trình version 2.6.2) để lập trình • Người lập trình cũng có thể sử dụng một trình soạn thảo chuyên dụng, độc lập để soạn thảo chương trình nguồn (Notepad++, ); sau đó sử dụng một trình biên dịch thích hợp để biên dịch rồi chạy chương trình bằng cách kích hoạt tệp thực thi đã được tạo 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 49 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 50 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương Ví dụ Ví dụ • Bước 1: Khởi động phần mềm Free Pascal, sử dụng trình soạn • Bước 2: Nhấn tổ hợp phím Alt+F9 để biên dịch chương trình. thảo nhập nội dung chương trình nguồn, sau đó lưu tệp mã Khi chương trình nguồn không có lỗi cú pháp, hệ thống sẽ đưa nguồn dưới dạng .pas: ra thông báo quá trình biên dịch đã thành công: 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 51 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 52 13
14. 03/02/2018 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Bài giảng Tin học đại cương Ví dụ • Bước 3: Nhấn tổ hợp phím Ctrl+F9 để chạy thử chương trình: 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 53 14