====== Algoritmica e Laboratorio - Corso A - 2008/2009 ======


====== Informazioni Generali ======

**Docente**: [[http://www.di.unipi.it/~ferragin/|Paolo Ferragina]]

**Impegno:** 12 CFU di cui 9 teoria/esercitazioni e 3 Laboratorio.

^           Ricevimento studenti  ^^^^
|Ferragina    |    16-19  |    Lunedì   |   Stanza 295, Dipartimento di Informatica    |             

===== Orario Lezioni =====

^           Orario delle Lezioni           ^^^^
|Lunedì    |     11-13    |    A     |   Teoria  |
|Martedì   |     9-11    |    A     |    Teoria  |
|Mercoledì |     9-11    |    A     |    Teoria  |
|Giovedì   |     11-13    |    H     |   Laboratorio |
 

Si pregano gli studenti che dispongono di un portatile di portarlo **in Laboratorio**.
===== Appelli di Esame=====
  

^ Data ^ Tipo Prova ^ Documento ^ Note ^
| 07/04/09 | 1° Compitino | {{:informatica:all-a:all08:algo1sol_090407.pdf|testo e soluzione}} | |
| 25/05/09 | 2° Compitino | {{:informatica:all-a:all08:algo1sol_090525.pdf|testo e soluzione}} | Possono partecipare soltanto gli studenti che hanno superato con successo (voto >= 18) il primo compitino. |
| 28/05/09 | Prova Lab | {{:informatica:all-a:all08:Lab20090528.zip|testo e soluzione}} | Possono partecipare soltanto gli studenti che hanno superato con successo (voto >= 18) **entrambi** i compitini. Laboratori H e M ore 16.| 
| 10/06/09 | Appello 1 | {{:informatica:all-a:all08:algo1_090610.pdf|testo dello scritto}} e {{:informatica:all-a:all08:lab20090610.zip|prova di laboratorio con soluzione}} | Prova di Algoritmica ore 9, aule H,I,M,A1,L1. Chi supera la prova scritta, sosterrà la prova di laboratorio alle ore 15 dello stesso giorno, aule H e M. |
| 26/06/09 | Appello 2 | {{:informatica:all-a:all08:algo1_090626.pdf|testo dello scritto}} e {{:informatica:all-a:all08:lab20090626.pdf|prova di laboratorio}} , {{:informatica:all-a:all08:lab20090626-testcase.zip|casi di test}} | Prova di Algoritmica ore 9, aule A1,D1,E,H,M. Chi supera la prova scritta, sosterrà la prova di laboratorio alle ore 15 dello stesso giorno, aule H e M. |
| 14/07/09 | Appello 3 | {{{{:informatica:all-a:all08:algo1sol_090714.pdf|testo dello scritto}} e {{{{:informatica:all-a:all08:lab20090714.pdf|prova di laboratorio}} | Prova di Algoritmica ore 9, aule A,E,H,M. Chi supera la prova scritta, sosterrà la prova di laboratorio alle ore 15 dello stesso giorno, aule H e M. |
| 11/09/09 | Appello 4 | {{:informatica:all-a:all08:algo1sol090911.pdf|testo dello scritto}} e {{:informatica:all-a:all08:lab20090911.pdf|prova di laboratorio}}  | Prova di Algoritmica ore 9, aule A. Chi supera la prova scritta, sosterrà la prova di laboratorio alle ore 15 dello stesso giorno, aule H e M. |
| 11/01/10 | Appello 5 | {{:informatica:all-a:all08:algo1_100111.pdf|testo dello scritto}} e {{:informatica:all-a:all08:lab20100111.pdf|prova di laboratorio}}  | Prova di Algoritmica ore 9. Chi supera la prova scritta, sosterrà la prova di laboratorio alle ore 15 dello stesso giorno, aule H e M. |
| 11/01/10 | Appello 6 | {{:informatica:all-a:all08:algo1_100201.pdf|testo dello scritto}} e {{:informatica:all-a:all08:lab20100201.pdf|prova di laboratorio}}  |  |

======= Libro di testo =======


  * **[CGG]** P. Crescenzi, G. Gambosi, R. Grossi. //Strutture di dati e algoritmi: progettazione, analisi e visualizzazione//. Addison-Wesley, 2005.
       * Per approfondimenti ed errata: http://www.algoritmica.org/sda/pmwiki.php
  * Per il laboratorio, un testo fra: 
       * **[KR]** B.W. Kernighan, D.M. Ritchie. //Il Linguaggio C//, Pearson-Prentice Hall, seconda edizione, 2008.
       * **[KP]** A. Kelley, I. Pohl. //C: Didattica e Programmazione//, Addison-Wesley, quarta edizione, 2004.


===== Materiale per il Laboratorio =====

  * **__Prerequisito__**: Conoscenza approfondita della programmazione C per ciò che concerne gli operatori (aritmetici e relazionali), il flusso del controllo (If-then-else, while, for), le funzioni, gli array, i puntatori, le stringhe e l'allocazione dinamica della memoria. Quindi i capitoli 1-5 del libro "Il Linguaggio C", B.W. Kernighan e D.M. Ritchie, Pearson-Prentice Hall, seconda edizione, 2008.
  * **__Strumenti per la programmazione__**: Un editore testuale (tipo ''Emacs''), e il compilatore ''gcc'', sono sufficienti per apprendere e testare le varie nozioni algoritmiche e di //coding// che verranno discusse in Laboratorio. I programmatori più esperti potranno eventualmente utilizzare un framework di sviluppo come [[http://www.eclipse.org/|Eclipse]] esteso con il suo plug-in [[http://www.eclipse.org/cdt/|Eclipse C/C++ Development Tooling]]. Per chi si trova a operare sotto Windows suggeriamo il compilatore e il debugger disponibili con [[http://www.mingw.org/|MinGW]], e consigliamo di istallare i 3 componenti suddetti secondo la sequenza: Eclipse-MinGW-CDevTool. Il **consiglio** è però quello di adoperare la combinazione minimale ''editor+gcc'' al fine di non perdersi nei meandri e nelle opzioni dei vari tools (non necessari per AIL), per concentrarsi **soltanto** sugli aspetti di //coding// degli algoritmi.


====== Programma del corso ======


  - Breve introduzione a problemi computazionali, indecidibilità, e trattabilità (P, NP, NPC, EXP-TIME).
  - Complessità computazionale: modello di calcolo, dimensione dell'input e dell'output, caso pessimo e caso medio.
  - Limiti del calcolo: albero di decisione, limiti superiori e inferiori. 
  - Divide-et-impera, Relazioni di ricorrenza, Teorema fondamentale.
  - Algoritmi per sequenze statiche e dinamiche: ricerca e ordinamento.
  - Ordinamento basato su confronti: Insertion sort, Merge-sort, Quick-sort, Heap sort.
  - Ordinamento di interi: Counting sort, Radix Sort. 
  - Ordinamento di stringhe: ''qsort''-based e multi-key quicksort.
  - Sottosequenza di somma massima.
  - Programmazione dinamica: LCS, Partizione e Zaino
  - Generazione di combinazioni e permutazioni
  - Greedy: Huffman e Interval Scheduling
  - Strutture dati auto-aggiustanti: MTF. Analisi ammortizzata e competitiva.
  - Alberi: rappresentazione e visite.
  - Trie: rappresentazione, ricerca, Lcp e modifica.
  - Dizionari: Alberi bilanciati (AVL), Tabelle hash (liste di trabocco e indirizzamento aperto).
  - Algoritmi randomizzati: Quicksort, Karp-Rabin.
  - Grafi I: rappresentazione e visite (DFS e BFS), DAG e ordinamento topologico.
  - Grafi II: Ciclo/cammino euleriano, ciclo hamiltoniano, componenti (fortemente) connesse.
===== Registro delle Lezioni =====

^ Data ^ Argomento ^ Rif. Biblio ^
| 23/2/09 | **Laboratorio**: richiami di linguaggio C. Editing, compilazione, debugging. | {{:informatica:all-a:all08:lez1.zip|C code}}|
| 24/2/09 | **Laboratorio**: richiami di linguaggio C. Istruzioni varie e operatori, printf, scanf, vettori| Cap. 2-3, 7.1-7.4 di [KR], {{:informatica:all-a:all08:lez2.zip|C code}}|
| 26/2/09 | **Laboratorio**: richiami di linguaggio C. Puntatori, funzioni e passaggio parametri | Cap. 5 di [KR], {{:informatica:all-a:all08:lez3.pdf|slides}}, {{:informatica:all-a:all08:lez3.zip|C code}}|
| 27/2/09 | **Laboratorio**: richiami di linguaggio C. Allocazione dinamica della memoria (malloc), stringhe, vettori bidimensionali. \\ //Esercizio per casa//: calcolo del bigramma di massima frequenza in una stringa. | Cap. 4 di [KR],{{:informatica:all-a:all08:lez4.pdf|slides}}, {{:informatica:all-a:all08:lez4.zip|C code}}|
| 2/3/09 | Introduzione al corso: prerequisiti, definizione di algoritmo, modello RAM, problema formale e istanza, dimensione di una istanza, complessità in tempo e spazio, analisi asintotica al caso pessimo e caso medio, numero passi, confronto tra algoritmi.| Sez. 1.4 e 2.1 di [CGG]|
| 3/3/09 | Problema della sottosequenza di somma massima: algoritmi e analisi di complessità in tempo al caso pessimo. Classi P, NP e NP-completi (cenni). Risolvere vs Verificare. Un esempio di problema NP-Completo: Subset sum. | Sez. 2.3 di [CGG] | 
| 4/3/09 | Problemi EXP-TIME. Problemi decidibili //vs// indecidibili. Tecnica della diagonalizzazione. Problema della fermata. | Sez. 1.1, 1.2, 1.2.1 e 1.3 di [CGG]. Non fare 1.2.2.|
| 5/3/09 | **Laboratorio**: Problema del Maggioritario: soluzione quadratica e lineare.\\ //Esercizio per casa//: coding delle 3 soluzioni per il problema della "sottosequenza di somma massima". | {{:informatica:all-a:all08:lez5.pdf|esercizi}}, {{:informatica:all-a:all08:testfile.zip|testfile}}, {{:informatica:all-a:all08:code5.zip|C code}}|
| 9/3/09 | Notazione: O-grande, Omega-grande, o-piccolo, omega-piccolo e theta. Alcuni esercizi sulla notazione e sua interpretazione in termini di complessità di algoritmi e/o problemi. Introduzione al problema dell'ordinamento e algoritmo SelectionSort con analisi della complessità. | Sez. 2.2.1 e pag. 10 dell'appendice dell'errata corrige di [CGG]. |
| 10/3/09 | Insertion Sort: proprietà e complessità. Limiti inferiori: tecnica della dimensione dell'input, tecnica dell'albero delle decisioni. Esempi: min/max, ricerca di una chiave, ordinamento. Problema della ricerca di una chiave: scansione e ricerca binaria (iterativa e ricorsiva).| Sez. 2.2.2 e 2.3.1 e 2.4 di [CGG]. Studiare anche questo {{:informatica:all-a:all08:lucciolb.pdf|approfondimento}} dal libro di F. Luccio "La struttura degli algoritmi" (Boringhieri, 1982). |
| 11/3/09 | Tecnica "divide et impera". Relazioni di Ricorrenza e teorema per la loro risoluzione (con dimostrazione). Risoluzione ricorsiva del problema "del massimo" e analisi di complessità. MergeSort: algoritmo, proprietà, e analisi della complessità.| Sez. 2.5.1 e 2.5.3 di [CGG], con teorema e sua dimostrazione alle pagine 10-11 dell'Errata Corrige. |
| 12/3/09 | **Laboratorio**: Lettura di un array da tastiera senza conoscerne la lunghezza: tecnica del //doubling//. Calcolo del numero di elementi distinti in un array ordinato. \\ //Esercizio per casa//: coding di Selection Sort e Insertion Sort. | {{:informatica:all-a:all08:lez6.pdf|esercizi}}, {{:informatica:all-a:all08:testfile6.zip|testfile}}, {{:informatica:all-a:all08:code6.zip|C code}}|
| 16/3/09 | Moltiplicazione veloce di due interi di n cifre. Esercizi sul calcolo della complessità di algoritmi ricorsivi. Calcolo del numero x di occorrenze di un elemento in un vettore parzialmente ordinato di lunghezza n: soluzione O(n), soluzione di costo O(log n + x), soluzione di costo O(logn).    | Sez. 2.5.2 |
| 17/3/09 | Quicksort: proprietà, analisi della complessità (caso medio, ottimo e pessimo) e considerazioni pratiche. Due tecniche di "distribuzione. qsort del C come quicksort + insertionSort  | Sez. 2.5.4 e per altra tecnica di distribuzione (oltre al codice 2.14) studiare anche questi {{:informatica:all-a:all08:altropivot.pdf|appunti}}|
| 18/3/09 | Quicksort randomizzato. QuickSelect. Genera Binarie. Genera Permutazioni. | Sez. 1.2.2 |
| 19/3/09 | **Laboratorio**: Implementazione del Quick Sort.\\ //Esercizio per casa//: coding del Quicksort con three-way partition. | {{:informatica:all-a:all08:lez7.pdf|esercizi}},  {{:informatica:all-a:all08:code7.zip|C code}}|
| 23/3/09 | Programmazione dinamica e ricorsione con tabulazione (memoization): esempio con i numeri di Fibonacci. Sottosequenza comune più lunga: regola ricorsiva.| Sez. 2.7 tutta |
| 24/3/09 | Programmazione dinamica: Sottosequenza comune più lunga (lunghezza) -- metodo di riempimento della tabella per riga/colonna/diagonale. Calcolo di una sottosequenza comune avente la lunghezza massima, calcolo della tabella in spazio ridotto (due sole righe). Partizione di un insieme di interi: regola ricorsiva.| |
| 25/3/09 | Partizione di un insieme di interi: tabella e calcolo di una soluzione. Problemi NP-completi e algoritmi pseudo-polinomiali. Esercizio su "calcolo del minimo numero di caratteri da inserire in una stringa per renderla palindroma".| |
| 26/3/09 | **Laboratorio**: Esercizi con qsort su array di interi e stringhe.\\ //Esercizio per casa//: ricerca su un array di stringhe ordinate e esercizio Divide-et-impera.| {{:informatica:all-a:all08:lez8.pdf|esercizi}},  {{:informatica:all-a:all08:code8.zip|C code}}|
| 30/3/09 | Counting Sort ed esercizi. Esempio di calcolo della tabella per la sottosequenza comune più lunga tra due stringhe.| {{:informatica:all-a:all08:countingsort.pdf|appunti}} prestando attenzione al fatto che nello pseudo-codice gli indici degli array iniziano da 1|
| 31/3/09 | Esercizi su Divide-et-impera. Ordinamento dei suffissi di un testo con soluzione più che quadratica.| |
| 1/4/09 | Ordinamento dei suffissi di un testo con il ''qsort''. Radix sort e analisi della complessità. | {{:informatica:all-a:all08:radixsort.pdf|appunti}}  |
| 2/4/09 | Multi-key Quicksort, e analisi della sua complessità. Fingerprint di Karp-Rabin, analisi, e suo uso nel problema del dizionario di stringhe.  | {{:informatica:all-a:all08:mkqs.pdf|appunti}} su Multi-key quicksort, prestare attenzione al fatto che le stringhe hanno indici da 1 invece che 0, e quindi in classe abbiamo messo l invece di l+1. Per quanto riguarda KR-fingerprint si legga questo estratto di {{:informatica:all-a:all08:10_kr.pdf|libro}}.|
| 6/4/09 | Esercitazione pre-compitino.  | |
| | **Challenge:** E' dato un [[http://www.di.unipi.it/~ferragin/Challenge/testoProva.txt|testo]] che contiene una sottostringa ripetuta due volte e di lunghezza circa 1600 caratteri. Tutte le altre sottostringhe che si ripetono in questo testo hanno una lunghezza inferiore a 300 caratteri. Progettare un algoritmo che scopre quella sottostringa e la stampa a video.\\ **Gruppi di lavoro:** composti da al massimo 2 studenti.\\  **Codice:** Utilizzare questo esempio di [[http://www.di.unipi.it/~ferragin/Challenge/CodiceEsempio.c|programma C]] per poter leggere il testo dal suddetto file.\\ **Come partecipare:** La soluzione --frase ripetuta e codice dell'algoritmo in C-- deve essere spedita via email a ''ferragina@di.unipi.it'' entro le ore 20:00 del 14 Aprile 2009. L'email deve avere soggetto "Challenge Corso A", e deve riportare i nomi e le email degli studenti che l'hanno ottenuta.  | Una possibile {{:informatica:all-a:all08:challenge.zip|soluzione}}. Hanno partecipato con successo i gruppi: Ciccarelli-Miglianesi, Guelfi, Zanotto-Sabadin.|
| 16/4/09 | **Laboratorio**: Le //struct// in ''C''. \\ //Esercizio per casa//: Leggere una stringa da stdin, costruire tutti i suoi //k//-grammi (dove //k// è passato come input), contare le loro frequenze, e poi ordinarli in ordine decrescente di frequenza.    | Sez. 6.1-6.4 di [KR] e {{:informatica:all-a:all08:code9.zip|C code}}. |
| 20/4/09 | Le liste: definizione e codice C. Operazioni di ricerca per chiave e posizione, inserimento e cancellazione. Esercizio su: inclusione tra due liste. Il problema UNION-FIND e sua soluzione efficiente. | Sez. 3.1 e 3.4.1|
| 21/4/09 | L'analisi ammortizzata: Union-Find, k-ricerche in un vettore, il contatore binario, array dinamico. L'analisi competitiva: Move-To-Front. | Sez. 3.4.2 e 3.4.3. |
| 23/4/09 | **Laboratorio**: Esercizi con le liste. Creazione di una lista e stampa dei suoi elementi. Ricerca in una lista e Move-To-Front.  | {{:informatica:all-a:all08:lez10.pdf|esercizi}} {{:informatica:all-a:all08:code10.zip|C code}} |
| 27/4/09 | Algoritmi Greedy: Interval Scheduling e Codice di Huffman. | {{:informatica:all-a:all08:greedy1.pdf|appunti}} su Interval Scheduling e {{:informatica:all-a:all08:greedy2.pdf|appunti}} su Codice di Huffman |
| 28/4/09 | Codice di Huffman: esempio e dimostrazione di ottimalità. | |
| 29/4/09 | Tabelle hash: definizione, proprietà, gestione dei conflitti (liste di trabocco e indirizzamento aperto), con analisi della complessità al caso pessimo e al caso medio. | Sez. 5.1-5.3 |
| 30/4/09 | **Laboratorio**: Esercizi con le tabelle hash con gestione dei conflitti tramite liste di trabocco. | {{:informatica:all-a:all08:lez11.pdf|esercizi}} {{:informatica:all-a:all08:code11.zip|C code}}|
| 4/5/09 | Alberi: definizione, proprietà e algoritmi ricorsivi. Visite: anticipata, simmetrica, e posticipata. Operazioni dinamiche: inserimento e cancellazione di un nodo. | Tutta la sez. 4.1|
| 5/5/09 | Alberi Binari di Ricerca: definizione, proprietà e algoritmi per la ricerca di una chiave, l'inserimento e la cancellazione di un nodo. | Sez. 5.4|
| 6/5/09 | Alberi 1-bilanciati e alberi di Fibonacci. Alberi AVL e tecniche di bilanciamento: rotazione oraria e anti-oraria. | Sez. 5.4|
| 7/5/09 | **Laboratorio**: Esercizi con alberi. | {{:informatica:all-a:all08:lez12.pdf|esercizi}} {{:informatica:all-a:all08:code12.zip|C code}} {{:informatica:all-a:all08:eserciziliste.pdf|ulteriori esercizi sulle liste}}|
| 11/5/09 | Trie: definizione, proprietà, ricerca esatta/prefisso, inserimento di una chiave. Richiami di Code e Pile, con loro implementazione mediante array e lista.  | Sez. 5.6.1, 7.1, 7.3 |
| 12/5/09 | La struttura dati Heap: definizione, proprietà, ricerca, Enqueue, Dequeue, decreaseKey, Heapify. | Sez. 8.1 e 8.2 |
| 12/5/09 | //Esercitazione// |  |
| 13/5/09 | Costruzione Heap e heapsort. Grafi: terminologia e notazione. | Sez. 8.2.3 e 6.1 |
| 14/5/09 | **Laboratorio**: Esercizi su Heap e Alberi.\\ E' stata descritta la modalità di svolgimento della prova di laboratorio, il file ''mainCompito.c'', qui in allegato, contiene lo schema di codice C preliminare che verrà distribuito all'inizio di ogni prova. | {{:informatica:all-a:all08:lez13.pdf|esercizi}}, {{:informatica:all-a:all08:testfile13.zip|testfile}}|
| 18/5/09 | Grafi: rappresentazione e chiusura transitiva. Visita BFS. | Sez. 6.1.2, 6.1.3, 7.4.1 |
| 19/5/09 | Visita DFS. DAG e ordinamento topologico | Sez. 7.4.2, 7.5.1. {{:informatica:all-a:all08:graph.pdf|Note}} dal libro Cormen //et al//, non fare le dimostrazioni del teo 22.7, 22.9 e 22.10. |
| 19/5/09 | Esercitazione | ore 16-18 aula E, ore 18-19 prova del //sistema di sottomissione// per la prova in Lab. |
| 20/5/09 | Componenti (fortemente) connesse | Sez. 7.5.2|
| 21/5/09 | Ricevimento studenti | Ore 17, studio Ferragina |