Fundamentos Esenciales de la Programación

La programación se basa en tres pilares fundamentales:

• Creatividad: El ser humano por naturaleza es creativo y puede encontrar más de una solución a un problema que se le presente.
• Lógica: Es el orden en que llevamos a cabo cualquier actividad mental.
• Razonamiento: Es la capacidad que tenemos para resolver problemas, extraer conclusiones y aprender de manera consciente.

Beneficios Clave de Aprender a Programar

• Mejora la capacidad de atención y concentración.
• Fomenta la experimentación y la creatividad: Existen diferentes formas de dar solución a un mismo problema.
• Proporciona mayor orden y capacidad de comprensión.
• Mejora la capacidad de cálculo y de lógica. Desarrolla habilidades para la solución de problemas lógicos y fomenta el pensamiento crítico.
• Mayores oportunidades de empleo: Actualmente, no hay suficiente talento para cubrir la demanda laboral en el sector tecnológico.
• Proporciona mayor capacidad de adaptación al estilo de vida actual: El mundo depende de la tecnología cada vez más. Los jóvenes necesitan comprender cómo funciona la tecnología y cómo hacer que funcione para ellos.
• El emprendimiento se vuelve una opción tangible: Grandes negocios han surgido gracias al conocimiento del lenguaje de programación.

El Algoritmo como Base de la Programación

Para iniciar cualquier proyecto de programación, es importante tener una idea clara de:

• Qué hay que hacer.
• Cómo se tiene que hacer.

Definición de Algoritmo

Un algoritmo es un método para resolver un problema mediante una serie de pasos precisos, definidos y finitos.

El flujo de trabajo básico es:

Problema → Diseño del Algoritmo → Programa de Computadora

La ecuación fundamental de la informática es:

Algoritmos + Estructuras de Datos = Programas

Tipos de Algoritmos

• Cualitativos: Se describen los pasos utilizando palabras.
• Cuantitativos: Se describen los pasos con cálculos numéricos.

Lenguajes Algorítmicos

Son los símbolos y reglas que se utilizan para describir de manera explícita un proceso.

• Gráficos: Diagrama de flujo.
• Descriptivos: Pseudocódigo.

Metodología para la Resolución de Problemas en Programación

El proceso estándar para desarrollar software o resolver un problema mediante programación consta de ocho fases:

1. Definición del Problema
2. Análisis del Problema
3. Diseño del Algoritmo
4. Codificación
5. Compilación y Depuración
6. Ejecución
7. Documentación
8. Mantenimiento

Detalle de las Fases del Método

1. Definición del Problema

Enunciado claro y preciso (¿Qué queremos que realice la computadora?).

2. Análisis del Problema

Definir datos de entrada, salida y los métodos y fórmulas para procesar dichos datos.

3. Diseño del Algoritmo

El algoritmo debe cumplir con las siguientes características:

• Debe tener un punto de inicio.
• Claro, sin ambigüedades y preciso en el orden de cada paso.
• General (debe soportar la mayoría de variantes que se den en la definición del problema).
• Instrucciones simples (sin necesidad de más refinamientos).
• Finito en tamaño y tiempo de ejecución. Será más eficiente si es más pequeño en tamaño y tiempo.

4. Codificación

Escribir la solución del problema según la lógica del algoritmo, en instrucciones detalladas y en código reconocible por la PC (en un lenguaje de programación). Esto genera el programa fuente.

5. Compilación y Depuración

Traducir el programa fuente a un código ejecutable por la PC, detectando y eliminando errores de programación.

6. Ejecución

Para obtener el resultado deseado. Si el resultado no es el esperado, se debe volver a la fase de programación o análisis.

7. Documentación

Guía escrita para comprender o usar un programa, facilitando modificaciones futuras.

• Documentación Interna: Comentarios en el código fuente.
• Documentación Externa: Descripción del problema, autor, algoritmo, diccionario de datos, código fuente.
• Manual de Usuario: Describe el funcionamiento del programa.

8. Mantenimiento

Si fuera necesario cambiar, ajustar o complementar el programa para obtener el resultado deseado.

Elementos y Tipos de Datos en Algoritmos

Elementos que Intervienen en un Algoritmo

• Datos
• Expresiones
• Operadores
• Identificadores

Tipos de Datos

Cada dato se define por:

• Nombre: Designa al objeto.
• Valor: Contenido en un instante dado.
• Tipo: Clase de datos a la que pertenece (conjunto de valores y operaciones).

Clasificación de Tipos de Datos

• SIMPLES:
  • Numéricos (Enteros, Reales)
  • Lógicos (Verdadero, Falso)
  • Alfanuméricos (String)
• ESTRUCTURADOS:
  • Vectores, Matrices
  • Registros
  • Archivos
  • Apuntadores

Técnicas de Diseño de Algoritmos

1. Diseño Modular o Top-Down (Descendente)

Consiste en dividir el problema en subproblemas más sencillos, organizados en niveles de mayor a menor complejidad, relacionados por la entrada/salida (E/S) de información.

• El primer nivel es un enunciado muy general de la solución, con pocas tareas.
• Cada tarea se descompone en otras más simples en el siguiente nivel, incrementando el detalle.
• El proceso continúa hasta obtener problemas sencillos con instrucciones simples que puedan ser ejecutadas por la máquina.

Objetivos del Diseño Top-Down:

• Simplificación del problema.
• Programación independiente de los módulos.
• Programa final estructurado en módulos.

2. Diseño Bottom-Up (Ascendente)

Se identifican los procesos que necesitan programarse conforme van apareciendo, satisfaciendo el problema inmediato.

Inconvenientes del Diseño Bottom-Up:

• Problemas de integración entre subsistemas.
• No se tiene una visión global del sistema, por lo que no se satisfacen los objetivos globales.
• Duplicación de esfuerzos.
• Se pueden introducir datos carentes de valor.

Programación Estructurada y Representación Algorítmica

Conclusión sobre Programación Estructurada

La Programación Estructurada implica escribir un programa de acuerdo con las siguientes reglas:

• Programa con diseño modular.
• Módulos diseñados de modo descendente (Top-Down).
• Cada módulo codificado con estructuras básicas de control (secuenciales, selección y cíclicas).

Tipos de Representación de Algoritmos

• Diagrama de Flujo
• Pseudocódigo
• Diagrama Estructurado (Nassi-Schneiderman o Chapín)

Diagrama de Flujo

Representación gráfica de un algoritmo. Indica cómo deben realizarse los pasos en la computadora para producir resultados.

• Utiliza símbolos (procesos) unidos por líneas (orden de ejecución de los procesos).
• Los símbolos están normalizados por el Instituto Norteamericano de Normalización (ANSI).
• Usa líneas horizontales y/o verticales.
• Se emplean conectores para evitar el cruce de líneas.
• No deben quedar líneas de flujo sin conectar.
• La lectura de los símbolos es: arriba → abajo, izquierda → derecha.
• El texto dentro del símbolo debe ser escueto y claro.

Pseudocódigo

Es una mezcla de lenguaje de programación y español utilizada para el diseño de un programa. Es un lenguaje de especificaciones de algoritmos que narra los pasos a seguir para dar solución a un problema (usa palabras que indican el proceso a realizar).

Ventajas del Pseudocódigo:

• Ocupa menos espacio.
• Fácil de representar operaciones repetitivas complejas.
• Fácil de visualizar los niveles de cada operación (módulo).
• Fácil de pasar de pseudocódigo a programa.

Diagramas Estructurados (Nassi-Schneiderman o Chapín)

• Similar al diagrama de flujo, pero se omiten las flechas de unión.
• Resalta la estructura de los programas.
• Las acciones sucesivas se representan en cajas sucesivas.
• Permite agrupar varias acciones en una caja.
• Un diagrama por página fomenta la modularidad.

Estructuras Algorítmicas de Control

Las estructuras algorítmicas definen el flujo de ejecución de un programa:

• Secuenciales: Asignación, Entrada, Salida.
• Condicionales (Selección): Simples, Dobles, Múltiples.
• Cíclicas (Repetición): Repetir un número determinado de veces, Repetir con condición inicial, Repetir con condición final.

Estructuras Secuenciales

Una acción sigue a otra; la salida de una es la entrada de la siguiente.

Asignación

Paso de valores o resultados a una zona de la memoria o al nombre de la variable que recibe el valor.

Tipos de variables por su función:

• Simple: Pasa un valor constante a una variable (ej: a = 15).
• Contador: Variable utilizada como verificador del número de veces que se realiza un proceso (ej: a = a + 1).
• Acumulador: Variable utilizada como sumador (ej: a = a + b).
• De Trabajo: Recibe el resultado de una operación con variables (ej: a = c + b * 2 / 4).

Entrada/Salida

• Lectura (Entrada): Se recibe desde un dispositivo de entrada (teclado) el valor que tomará una variable.

  Pseudocódigo: Leer a, b

• Escritura (Salida): Se envía a un dispositivo de salida (monitor, impresora) el valor de una variable, un resultado y/o mensaje.

  Pseudocódigo: Escribir “El resultado es:”, r

Estructuras Condicionales (Tomas de Decisión)

Comparan una variable con otro valor.

Condicionales Múltiples

Comparan una variable con distintos posibles resultados.