Lập trình tính toán khoa học kỹ thuật - Buổi 1: Các khái niệm cơ bản - Lê Hoàng Sơn

Lập trình tính toán khoa học kỹ thuật 1 Buổi 1: Các khái niệm cơ bản Giảng viên: TS. Lê Hoàng Sơn lehoangson@hus.edu.vn Lê Hoàng Sơn 2/32 Nội dung chính Một số khái niệm cơ bản 1 Kiểu dữ liệu và phép toán 2 Bài tập 3 Lê Hoàng Sơn 3/32 1. Một số khái niệm cơ bản Lập trình tính toán khoa học kỹ thuật  Kỹ thuật cài đặt thuật toán bằng một ngôn ngữ lập trình cụ thể để tạo thành một chương trình máy tính nhằm giải quyết một bài toán đã cho  Tính toán: vấn đề chuyên ngành Phương pháp lập trình:  Thủ tục  Cấu trúc  Hướng đối tượng Lê Hoàng Sơn 4/32 Thuật toán  Cho một bài toán nghĩa là cho Input và Output của bài toán.  Có các dữ kiện gì?  Ta phải làm thế nào?  Thuật toán là một tập hợp hữu hạn các quy tắc làm việc với dữ kiện đầu vào để dẫn đến kết quả đầu ra như dự đoán.  Ví dụ: thuật toán để giải phương trình bậc nhất P(x): ax + b = c, (a, b, c là các số thực), trong tập hợp các số thực có thể là một bộ các bước sau đây: Lê Hoàng Sơn 5/32 Thuật toán tìm nghiệm pt 1. Nếu a = 0 * b = c thì P(x) có nghiệm bất kì * b ≠ c thì P(c) vô nghiệm 2. Nếu a ≠ 0 * P(x) có duy nhất một nghiệm x = (c - b)/a Lê Hoàng Sơn 6/32 Đặc trưng của thuật toán  Input/ Output: Mỗi thuật toán cần dữ liệu vào và phải cho ra đáp án  Tính chính xác: kết quả tính toán hay các thao tác mà máy tính thực hiện được phải chính xác.  Tính rõ ràng: Thuật toán phải được thể hiện bằng các câu lệnh minh bạch; các câu lệnh được sắp xếp theo thứ tự nhất định.  Tính khách quan: Một thuật toán dù được viết bởi nhiều người trên nhiều máy tính vẫn phải cho kết quả như nhau.  Tính phổ dụng: Thuật toán không chỉ áp dụng cho một bài toán nhất định mà có thể áp dụng cho một lớp các bài toán có đầu vào tương tự nhau.  Tính kết thúc: Thuật toán phải gồm một số hữu hạn các bước tính toán. Lê Hoàng Sơn 7/32 Các phương pháp biểu diễn thuật toán  Liệt kê từng bước theo ngôn ngữ tự nhiên:  Bước 1: Nhập các giá trị a, b, c  Bước 2: Kiểm tra điều kiện a = 0. Nếu đúng: • Kiểm tra điều kiện b = c. Nếu đúng thì phương trình có nghiệm bất kỳ. Nếu sai thì phương trình vô nghiệm  Bước 3: Nếu điều kiện a = 0 là sai thì phương trình có duy nhất 1 nghiệm  Sơ đồ khối: là một công cụ trực quan để diễn đạt các thuật toán.  Biểu diễn thuật toán bằng lưu đồ sẽ giúp người đọc theo dõi được sự phân cấp các trường hợp và quá trình xử lý của thuật toán.  Phương pháp lưu đồ thường được dùng trong những thuật toán có tính rắc rối, khó theo dõi được quá trình xử lý. Lê Hoàng Sơn 8/32 Sơ đồ khối  Thao tác chọn lựa: Ví dụ: nếu a = b  Thao tác xử lý: biểu diễn bằng một hình chữ nhật, bên trong chứa nội dung xử lý.  Đường đi: Hai bước kế tiếp nhau được nối bằng một cung, trên cung có mũi tên để chỉ hướng thực hiện Lê Hoàng Sơn 9/32 Sơ đồ khối (tt)  Ðiểm cuối là điểm khởi đầu và kết thúc của thuật toán, được biểu diễn bằng hình ovan.  Ðiểm nối được dùng để nối các phần khác nhau của một lưu đồ lại với nhau. Lê Hoàng Sơn 10/32 Sơ đồ khối (tt)  Điểm nối sang trang được dùng khi lưu đồ quá lớn, phải vẽ trên nhiều trang.  Ngoài ra còn khối Input/ Output  Thể hiện dấu gán := với ý nghĩa đại lượng bên phải được gán cho bên trái Lê Hoàng Sơn 11/32 Ví dụ về Sơ đồ khối Lê Hoàng Sơn 12/32 Các phương pháp biểu diễn thuật toán (tt)  Nhược điểm của sơ đồ khối:  Cồng kềnh  Chỉ phân biệt hai thao tác là rẽ nhánh và xử lý  thiếu lặp  Mã giả:  Khi thể hiện thuật toán bằng mã giả, ta sẽ vay mượn các cú pháp của một ngôn ngữ lập trình nào đó để thể hiện thuật toán  Tận dụng được các khái niệm trong ngôn ngữ lập trình, vừa giúp người cài đặt dễ dàng nắm bắt nội dung thuật toán. Lê Hoàng Sơn 13/32 Các phương pháp biểu diễn thuật toán (tt)  Ví dụ: Giải phương trình bậc 2 Lê Hoàng Sơn 14/32 Độ phức tạp thuật toán  Với một bài toán với cùng input/output có thể có nhiều thuật toán để giải nhưng khác nhau về hiệu quả  Thời gian: cách xử lý là nhanh hay chậm căn cứ theo số bước thực hiện  Không gian: bộ nhớ cần dùng để chạy chương trình  Thuật toán A gọi là hiệu quả hơn B nếu nó hiệu quả hơn B về thời gian hoặc không gian Lê Hoàng Sơn 15/32 Ngôn ngữ lập trình Ngôn ngữ máy (mã máy) Ngôn ngữ lập trình bậc cao  Pascal, C  C++, Java, Dot Net  ASP, PHP, JSP Lê Hoàng Sơn 16/32 Các bước xây dựng chương trình Xác định Input / Output Thuật toán Xây dựng cấu trúc dữ liệu Lập trình Kiểm thử Lê Hoàng Sơn 17/32 Bài tập  Xác định đầu vào, đầu ra và xây dựng thuật toán dưới dạng sơ đồ khối của các bài toán sau: 1. Cho hai số a và b chỉ dùng hai phép toán cộng và trừ. Hãy tính tổng, hiệu, thương, tích của 2 số đó 2. Nhập chỉ số Ampe của thiết bị điện, thời gian dùng một ngày. Tính số Kw điện tiêu thụ và in ra số tiền phải trả, cho biết qui tắc tính tiền như sau: a) 100 Kw đầu tiên giá 1000$/Kw b) 50 Kw kế tiếp giá 1500$/Kw c) 50 Kw tiếp theo giá 2000$/Kw d) từ Kw thứ 201 trở đi giá 3000$/Kw e) Nếu sử dụng trên 500 Kw thì phải đóng phụ thu bằng 20% tiền điện phải trả 1/2015 Lê Hoàng Sơn 18/32 Nội dung Một số khái niệm cơ bản 1 Kiểu dữ liệu và phép toán 2 Bài tập 3 Lê Hoàng Sơn 19/32 2. Kiểu dữ liệu và phép toán  Tập ký tự hợp lệ dùng trong ngôn ngữ C  Các chữ cái: A, B, C, a,b, c (26 chữ cái)  Các chữ số : 0,1,..., 9.  Ký tự gạch nối _ ( chú ý phân biệt dấu - ).  Dấu cách (space) : dùng để phân biệt các từ  Tên: là 1 dãy kí tự bắt đầu bằng chữ hoặc ký tự gạch dưới, theo sau là chữ cái, chữ số hoặc ký tự gạch nối  VD: 1xyz, A#B , X1  Chữ hoa và chữ thường được xem là khác nhau  Nên đặt chữ hoa cho các hằng, chữ thường cho các đại lượng còn lại (biến, hàm..) Lê Hoàng Sơn 20/32 Từ khóa Là các từ dành riêng cho ngôn ngữ lập trình. Tên biến, hằng, hàm không được trùng với từ khoá và phải viết bằng chữ thường. Các từ khoá trong C gồm : break, char, continue, case, do, double, default, else, float, for, goto, int, if, long, return, struct, switch, unsigned, while, typedef, union void, volatile, Lê Hoàng Sơn 21/32 2. Kiểu dữ liệu và phép toán  Kiểu dữ liệu chỉ ra dạng thức của dữ liệu đầu vào gồm miền giá trị và kích thước  Các kiểu dữ liệu trên có thể dùng kết hợp với các modifier  short  long  signed và unsigned char 1 byte Ký tự int 4 byte Số nguyên float 4 byte Số thực double 8 byte Số thực lớn void Rỗng Lê Hoàng Sơn 22/32 2. Kiểu dữ liệu và phép toán Lê Hoàng Sơn 23/32 Quy tắc chuyển kiểu  Xét VD: int a = -15; float b = 3.2; a + b  kiểu gì? Một số quy tắc chuyển kiểu dữ liệu:  Chuyển đổi trong biểu thức thành kiểu cao hơn  Qua phép gán  Sử dụng ép kiểu: (int) b  Ví dụ:  a/ (int) b = ?  (unsigned short int) a/b = ? Lê Hoàng Sơn 24/32 Phép toán Lê Hoàng Sơn 25/32 Phép toán (tiếp) Lê Hoàng Sơn 26/32 Phép toán Ví dụ:  Z == 2;  Z = N = 2; (phép gán)  Z = Z + 3; Y = Z + 8;  Y *= Z;  B = Y++; B = ++Y;  A = (5%2 == 1) && (6 != 3)  X = 0101; Y = 0011; Z = X | Y Lê Hoàng Sơn 27/32 Biến, Hằng, Biểu Thức  Hằng: là giá trị bất biến trong chương trình không thay đổi, không biến đổi về mặt giá trị. Các loại hằng được sử dụng trong C tương ứng với các kiểu dữ liệu nhất định  Trong C có ba loại hằng:  Hằng số: Hằng nguyên (43L), Hằng thực (2.1E-3)  Hằng ký tự: • Hằng ký tự 'A' thực sự đồng nghĩa với giá trị nguyên 65, là giá trị trong bảng mã ASCII • Ðối với một vài hằng ký tự đặc biệt, ta cần sử dụng cách viết thêm dấu \ , như '\t' tương ứng với phím tab • Hằng ký tự có thể tham gia vào phép toán như mọi số nguyên khác '8' - '1‘ = 56 - 49 = 7  Hằng chuỗi: "Turbo C" T u r b o C \0 Lê Hoàng Sơn 28/32 Một số hằng ký tự đặc biệt Cách viết Ký tự ‘\n’ Xuống hàng ‘\t’ Tab ‘\o’ “nul” tương ứng với giá trị nguyên 0 trong bảng mã ASCII ‘\b’ Backspacse ‘\r’ Về đầu dòng ‘\f’ Sang trái ‘\\’ \ ‘ \” ’ ” ‘ \’ ’ ’ Lê Hoàng Sơn 29/32 Biến  Khai báo biến: Kiểu_dữ_liệu  int a, b; float m;  Ngay trên dòng khai báo ta có thể gán cho biến một giá trị. Việc làm này gọi là khởi tạo cho biến  int a = 3; c, d = 5; Một biểu thức là tập hợp của các biến, hằng (toán hạng) và phép toán (toán tử)  Biểu thức toán học  Biểu thức logic Lê Hoàng Sơn 30/32 Ví dụ: Biến, Hằng, Biểu Thức Khai báo biến:  int x;  float x = 3.4; Khai báo hằng:  const char x= ‘c’; Biểu thức:  Z = a * b + (a\(b - c)) Lê Hoàng Sơn 31/32 Tóm tắt bài học Các khái niệm cơ bản  Lập trình tính toán khoa học kỹ thuật  Thuật toán & các phương pháp biểu diễn thuật toán  Các bước xây dựng chương trình Kiểu dữ liệu và phép toán  Kiểu dữ liệu  Quy tắc chuyển kiểu  Biến, Hằng, Biểu thức Lê Hoàng Sơn 32/32 Câu hỏi thảo luận Lê Hoàng Sơn 33/32 3. Bài tập  Xác định kiểu dữ liệu phù hợp cho đầu vào và ra và viết các bước tính toán chính: 1. Cho hai số a và b chỉ dùng hai phép toán cộng và trừ. Hãy tính tổng, hiệu, thương, tích của 2 số đó 2. Nhập chỉ số Ampe của thiết bị điện, thời gian dùng một ngày. Tính số Kw điện tiêu thụ và in ra số tiền phải trả, cho biết qui tắc tính tiền như sau: a) 100 Kw đầu tiên giá 1000$/Kw b) 50 Kw kế tiếp giá 1500$/Kw c) 50 Kw tiếp theo giá 2000$/Kw d) từ Kw thứ 201 trở đi giá 3000$/Kw e) Nếu sử dụng trên 500 Kw thì phải đóng phụ thu bằng 20% tiền điện phải trả Lập trình tính toán khoa học kỹ thuật C l i c k t o e d i t c o m p a n y s l o g a n .