Università Roma Tre

1. Problemi ed algoritmi

Introduzione alle caratteristiche del calcolatore ed al rapporto programmatore/ esecutore; compiti ed abilità del programmatore; principali caratteristiche ed abilità dell’esecutore, operazioni di base (logiche, aritmetiche e di confronto). Modelli di macchina calcolatrice: cenni sul modello di Von Neumann e sulla macchina di Turing.

Linguaggi di programmazione: linguaggi imperativi e dichiarativi. Istruzioni fondamentali di un linguaggio di programmazione procedurale generico. Algoritmi e programmi; diagrammi di flusso. Regole della programmazione strutturata, cenni sul teorema di Jacopini-Böhm; approccio top-down alla soluzione di un problema.

2. Il linguaggio C

Organizzazione della memoria di un calcolatore, indirizzi, parole, puntatori. Codifica binaria. Tipi di dato, strutture dati (array, matrici, pile, code, code di priorità, liste, alberi, grafi). Linguaggio macchina, linguaggi di alto livello; compilatori ed interpreti, compilazione ed esecuzione di un programma C in ambiente UNIX/Linux. Il linguaggio C: scopi e principali caratteristiche.

La struttura di un programma C, l’inclusione degli header, dichiarazione delle variabili; le librerie. Tipi di dato elementari in linguaggio C: interi, floating point, double, char. Operatori aritmetici, valutazione di espressioni logiche e connettori logici. Puntatori; aritmetica sui puntatori. Array e matrici e loro rappresentazione in memoria. Strutture dati complesse: liste, alberi, grafi; l’istruzione “struct”. Operatore di assegnazione, operatori aritmetici in C in forma estesa e compatta.

Strutture di controllo: “if ... else ...”, “while ...”, “do ... while”, “for ...”.

Funzioni: funzioni di libreria e funzioni definite dall’utente. Passaggio di parametri per valore e per indirizzo alle funzioni. Funzioni ricorsive. Funzioni di input/output: “printf”, “scanf”, “fprintf”, “fscanf”; funzioni per la gestione della memoria: “malloc”, “free”, “sizeof”; gestione di liste di record collegati tramite puntatori.

3. Algoritmi di ordinamento

Algoritmi di ordinamento elementari: Insertion sort, Selection sort, Bubble sort; l’approccio “divide et impera”, l’algoritmo Quick sort. Strutture di tipo LIFO (Last In First Out), pile; strutture di tipo FIFO (First In First Out), code; code di priorità, gli heap. Algoritmi ottimi per l’ordinamento: Heap sort, Merge sort.

Complessità di un algoritmo nel caso peggiore, la notazione “O grande”, analisi della complessità degli algoritmi di ordinamento.

4. Algoritmi su strutture dati di lista, grafo e albero

Definizioni principali: grafo, grafo orientato; sottografo, sottografo indotto; cammino, cammino semplice, grafo connesso, grafo fortemente connesso, grafo completo, clique, ciclo, grafo aciclico; alberi, foreste, spanning tree di un grafo. Strutture dati per la rappresentazione di grafi mediante un calcolatore: liste di adiacenza e matrici di adiacenza. Algoritmi di visita di un grafo: visita in ampiezza (BFS), visita in profondità (DFS), ordinamento topologico di un grafo orientato aciclico. Problemi di cammino di costo minimo su un grafo, l’algoritmo di Dijkstra.

Analisi della complessità degli algoritmi presentati. Cenni sulle classi dei problemi P, NP, NP-completi. Il problema “P=NP”.

T. H. Cormen, C. E. Leiserson, R. L. Rivest, C. Stein, "Introduzione agli algoritmi", McGraw–Hill (Terza edizione)

A. Bellini, A. Guidi, "Linguaggio C - Guida alla programmazione", McGraw-Hill (Quinta edizione)

M. Liverani, "Programmare in C", Esculapio (Seconda edizione)

Dispense e altro materiale didattico fornito dal docente e reso disponibile sul sito web del corso (http://www.mat.uniroma3.it/users/liverani/IN110) e sulla piattaforma Microsoft Teams.

Il corso si propone di fornire agli studenti una solida base nell’ambito della programmazione in linguaggio C, con un focus particolare sulla programmazione strutturata, la gestione della memoria e l’implementazione di strutture dati. Attraverso un approccio pratico e laboratoriale, gli studenti avranno l’opportunità di apprendere i fondamenti della programmazione e applicarli direttamente nello sviluppo di algoritmi e soluzioni software.

Nella prima parte del corso, verranno introdotte le basi della programmazione strutturata, con particolare attenzione alla sintesi degli algoritmi, alla costruzione di diagrammi a blocchi e alla scrittura dello pseudocodice. Questi concetti fondamentali saranno accompagnati da un’introduzione pratica all’ambiente di sviluppo e all’uso del compilatore C, che permetterà agli studenti di eseguire i primi programmi.

Successivamente, il corso approfondirà le strutture iterative e condizionali, con esempi pratici di implementazione nel linguaggio C. Saranno inoltre trattati concetti fondamentali come l’uso degli array e l’allocazione dinamica della memoria, esplorando in dettaglio la gestione della memoria in C, inclusi i Registri di Attivazione (RdA) e le tecniche per ottimizzare l’uso delle risorse.

Una parte centrale del corso sarà dedicata alla gestione delle strutture complesse in C, come le struct, e all’implementazione di strutture dati fondamentali. Gli studenti apprenderanno come progettare e implementare pile, code, code di priorità, liste linkate, liste doppiamente linkate, alberi e grafi, con un’enfasi su casi d’uso concreti e algoritmi efficienti.

Il corso si concluderà con lo studio degli algoritmi di ordinamento e degli algoritmi su grafi, offrendo agli studenti le competenze necessarie per affrontare problemi di programmazione più complessi e prepararsi ad affrontare sfide più avanzate in ambito informatico.