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Algoritmica e Laboratorio - Corso A

Informazioni Generali

Docenti: Linda Pagli, Giuseppe Prencipe

(Docenti corso B: Anna Bernasconi, Rossano Venturini )

Assistente: Diego Ceccarelli

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

Semestre: secondo.

Ricevimento studenti: dopo ogni lezione e su appuntamento.

Il corso consiste ogni settimana di 3 lezioni di didattica frontale in aula e di 1 esercitazione in laboratorio nella quale le nozioni apprese in classe verranno sperimentate realizzando in C gli algoritmi corrispondenti.

Anni accademici precedenti

Orario Lezioni

Orario delle Lezioni
Martedì 9-11 A Teoria
Mercoledì 11-13 A Teoria
Giovedì 14-16 H, M Laboratorio
Venerdì 11-13 A Teoria

Si pregano gli studenti che dispongono di un portatile di portarlo in Laboratorio.

Obiettivi del Corso

L'obiettivo del corso è quello di introdurre strutture dati e tecniche algoritmiche (di base) che consentano allo studente la risoluzione di problemi su sequenze, liste, alberi e grafi, in modo efficiente in tempo e/o spazio. Si discuteranno inoltre alcune tecniche analitiche per la valutazione delle prestazioni degli algoritmi, o delle limitazioni inerenti del calcolo.

Il corso prevede una intensa attività di laboratorio che porterà gli studenti a sperimentare in linguaggio C le nozioni e le tecniche algoritmiche apprese in classe.

Modalità e Appelli di Esame

L'esame consiste di tre prove:

  • Una prova scritta con esercizi atti a valutare l'apprendimento delle nozioni teoriche e la capacità di “problem solving” dello studente. Tale prova viene valutata in trentesimi, e si intende superata se la valutazione è maggiore o uguale a 18, nel qual caso lo studente è ammesso a sostenere la prova di laboratorio.
  • Una prova in laboratorio che verifica la capacità dello studente di realizzare in C gli algoritmi di base visti in classe, risolvendo semplici problemi su array, liste, alberi e grafi. Tale prova è da intendersi come un test di idoneità il cui superamento permette allo studente di essere ammesso a sostenere la prova orale.
  • Una prova orale sul programma del corso, la cui valutazione è in trentesimi e tiene in considerazione il risultato riportato dallo studente nella prova scritta.

Le prove possono essere sostenute in appelli diversi. Se una prova non viene passata, occorre risostenere soltanto quella.

Per avere una idea della tipologia delle prove, si consultino i testi dell'anno scorso.

Data Tipo Prova Documento Note
03/04/2013, ore 11.00 Scritto (primo compitino)algo1_030413.pdfRisultati
30/05/2013, ore 9.00 Scritto (secondo compitino)algo1_300513.pdf Risultati
12/06/2013, ore 9.00 Scritto (primo appello)algo1_120613.pdfsoluzioniRisultati
12/07/2013, ore 9.00 Scritto (secondo appello)testorisultati
9/09/2013, ore 15.00 Scritto algo1_090913.pdfrisultatiOrale: 13/9/2013 ore 9.30 ufficio Pagli
4/11/2013, ore 14.00 Scritto algo1_041113.pdfrisultati Visione scritti: mercoledì 6 novembre, ore 9:30, ufficio Bernasconi.
21/01/2014, ore 9.30 Scritto algo1_210114sol.pdf risalg21-1-14.pdf Visione scritti: venerdi'ore 11, ufficio Pagli.
7/02/2014, ore 9.30 Scritto risalg7-2-14.pdfVisione scritti: 11/2/2014 ore 15.30, ufficio Pagli.

Prossime date per le prove di laboratorio:

Data Ora Aule
11/06/2013 9:30 H e M
14/06/2013 9:30 H e M
16/07/2013 9:30 H e M
12/09/2013 9:30 H e M
24/01/2014 9:30 H e M

Prossime date per le prove orali:

Data Ora Aule
11/06/2013 dopo il laboratoio ufficio Pagli
14/06/2013 9-13 aula L
24/06/2013 9:30 ufficio Pagli
16/07/2013 11:00 ufficio Pagli
17/07/2013 9.00 ufficio Pagli
24/01/2014 11:00 ufficio Pagli
11/02/2014 15:30 ufficio Pagli

Libri 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
  • [CLRS] T. Cormen, C. Leiserson, R. Rivest, C. Stein. Introduzione agli algoritmi e strutture dati. McGraw-Hill, Terza edizione, 2010.

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 Eclipse esteso con il suo plug-in Eclipse C/C++ Development Tooling. Per chi si trova a operare sotto Windows suggeriamo il compilatore e il debugger disponibili con MinGW, e consigliamo di istallare i 3 componenti suddetti secondo la sequenza: Eclipse-MinGW-CDevTool. Oppure istallare una macchina virtuale, come VirtualBox, con una qualunque distribuzione Linux sopra. 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

  1. Breve introduzione a problemi computazionali, indecidibilità, e trattabilità (P, NP, NPC, EXP-TIME).
  2. Complessità computazionale: modello di calcolo, dimensione dell'input e dell'output, caso pessimo e caso medio.
  3. Limiti del calcolo: albero di decisione, limiti superiori e inferiori.
  4. Divide-et-impera, Relazioni di ricorrenza, Teorema fondamentale.
  5. Algoritmi per sequenze statiche e dinamiche: ricerca e ordinamento.
  6. Ordinamento basato su confronti: Insertion sort, Merge-sort, Quick-sort, Heap sort.
  7. Ordinamento di interi: Counting sort, Radix Sort.
  8. Ordinamento di stringhe: qsort-based.
  9. Sottosequenza di somma massima.
  10. Programmazione dinamica: LCS, Partizione e Zaino
  11. Algoritmi randomizzati: Quicksort.
  12. Generazione di combinazioni e permutazioni
  13. Analisi ammortizzata: doubling di array, contatore binario, k ricerche.
  14. Dizionari: Alberi bilanciati (AVL), Tabelle hash (liste di trabocco e indirizzamento aperto).
  15. Alberi: rappresentazione e visite.
  16. Grafi I: rappresentazione e visite (DFS e BFS), DAG e ordinamento topologico.
  17. Grafi II: Ciclo/cammino euleriano, ciclo hamiltoniano, componenti (fortemente) connesse.
  18. Grafi III: Minimum Spanning Tree e Shortest Path.

Lavagna

Registro delle Lezioni

Data Argomento Rif. Biblio
19/02/2013 Introduzione al corso. Moltiplicazione Egizia. Nozioni di Algoritmo, Problema, Limite Inferiore. Analisi di un problema semiserio appunti
20/02/2012 Laboratorio: Editing e compilazione. Richiami di linguaggio C: Costrutti, array, printf e scanf. Cap. 2-3, 7.1-7.4 di [KR]. somma == P[b-1) Sito Esercitazioni
21/02/2012 Laboratorio: Ripasso e esercizi su funzioni e puntatori. Sez. 4.1-4.5 e 5.1-5.5 di [KR]. Lucidi
22/02/2013 Problemi intrattabili: le torri di Hanoi, algoritmo, analisi del numero di mosse. Crescita esponenziale.[CGGR] prologo; [CGG] cap. 1
27/02/2012 Laboratorio: Funzioni e passaggio dei parametri. Sez. 4.1-4.5 e 5.1-5.5 di [KR]. Lucidi
28/02/2012 Laboratorio: Allocazione dinamica della memoria (malloc) e stringhe. Lucidi
01/03/2013 Teoria della calcolabilità. Insiemi numerabili.Esistenza di problemi non decidibili. Il problema dell'arresto Lucidi;
05/03/2013 Rappresentazione degli elementi di un insieme con vettore di appartenenza. Generazione di tutte le stringhe binarie, applicazione a PARTITION. Generazione di tutte le permutazioni, applicazione a HAMILTONIAN CYCLE. Esempi di certificati polinomiali. La classe NP. [CGGR] prologo; [CGG] cap. 1
06/03/2013 Il certificato polinomiale. Nozione di Riduzione Polinomiale. Problemi NP-completi. Il Problema SAT. [CGGR]: prologo; [CGG]: cap. 1
07/03/2013 Laboratorio: Sottoarray di somma massima, intersezione e fusione di array. File di test per intersezione File di test per sottoarray di somma massima
08/03/2013 Esempi di problemi NPC: Problema SAT, Ciclo Hamiltoniano, k-clique. Esempio di riduzione: da SAT a k-Clique. Il modello RAM e costo delle istruzioni if, for, while. Una riduzione (K-clique). [CGG]: cap. 1, esercizi0.pdf
12/03/2013 Notazione asintotica: Theta, O-grande, Omega-grande, o-piccolo e w-piccolo, con esempi. Array di dimensione variabile. Selection Sort analisi complessità. [CGGR]:introduzione e cap. 1; [CGG]: cap. 2; Formule utili
13/03/2013 Insertion Sort, analisi. Limiti inferiori: tecnica della dimensione dell'input, tecnica dell'albero delle decisioni e dell'oracolo. Esempi: ordinamento. Algoritmo del torneo e del doppio torneo. limiti inferiori
14/03/2013 Laboratorio: Sottoarray di somma massima lineare, Insertion Sort su interi e stringhe, ricerca binaria su stringhe. Lucidi sottoarray somma massima Lucidi Array Stringhe Puzzle: L'intero mancante
15/03/2013 Esercitazione: Limite inferiore per il problema della ricerca con albero di decisione. Soluzione degli esercizi proposti : generazione di tutti i sottoinsiemi di k elementi. Algoritmo di soluzione e verifica della k-clique. Algoritmo per il problema della Subset-Sum. esercizi corretti
19/03/2013 Il problema della ricerca: ricerca binaria ricorsiva; Analisi. Paradigma Divide et Impera. Un algoritmo ottimo di ordinamento di tipo Divide et Impera: MergeSort. [CGGR]: cap 3; [CGG]: cap. 2;
20/03/2013 Quicksort: proprietà e analisi della complessità nel caso ottimo e pessimo. Equazioni di ricorrenza: enunciato teorema principale e esempi. [CGGR]: cap 3; [CGG]: cap. 2; ricorrenze
21/03/2012 Laboratorio: Quick Sort su interi e su stringhe. Varianti (pari&dispari, 3-way partition). Quicksort parziale Pseudocodice Distribuzione Puzzle: la scala e cavalli
22/03/2013 Randomized-Quicksort: analisi della complessità nel caso medio. Equazioni di ricorrenza: dimostrazione teorema principale e esempi. [CGGR]: cap 5; [CGG]: cap. 2; esercizi1.pdf
26/03/2013 Moltiplicazione veloce di interi e matrici. Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.[CGGR]: cap 3; [CGG]: cap. 2;
27/03/2013 Selezione dell'erresimo elemento, QickSelect: analisi caso pessimo e caso medio. Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.[CGGR]: cap 3; [CGG]: cap. 2;
3/04/2013 Prima prova di verifica intermedia.risultati
9/04/2013 Correzione della prima prova di verifica intermedia. Code con priorità, Heap come albero binario completo a sinistra, relazione tra numero di nodi e altezza. [CGGR]: cap 2 ; [CGG]: cap. 8;
10/04/2013 Operazioni Enqueue, First, Dequeue per un Heap di massimo. Complessità. Allocazione implicita in array. HeapSort. [CGGR]: cap 2 ; [CGG]: cap. 8;
11/04/2012 Laboratorio: Esercizi d'esame: qsort e structPuzzle: Elemento maggioritario
12/04/2012 Ordinamento di interi: Counting sort e Radix Sort. Introduzione alla Programmazione Dinamica.[CLR] cap. 8; Programmazione dinamica (dispensa Prof. Luccio) ; [CGGR]: cap 6; [CGG]: cap 2;
16/04/2013 Programmazione Dinamica: Edit Distance, Longest Common Subsequence (introduzione al problema).Programmazione dinamica (dispensa Prof. Luccio); [CGGR]: cap 6; [CGG]: cap 2;
17/04/2013 Programmazione Dinamica: Longest Common Subsequence, Partizione di un insieme di interi. [CGGR]: cap 6; [CGG]: cap 2;
18/04/2013 Laboratorio: Liste Puzzle: Ciclo in una lista
19/04/2013 Programmazione Dinamica: Il problema dello Zaino. Pseudopolinomialità. Esercizi sulla programmazione dinamica. [CGGR]: cap 6; [CGG]: cap 2; Esercizi
23/04/2013 Alberi binari: visite, algoritmi ricorsivi su alberi binari. Alberi con un numero qualsiasi di figli: memorizzazione binarizzata. Dizionari. [CGGR]: cap 1, cap 3, cap 4; [CGG]: cap 4, cap 5;
24/04/2013 Dizionari: realizzazione con alberi binari di ricerca. Alberi AVL: definizione. [CGGR]: cap 4; [CGG]: cap 5;
26/04/2013 Esercitazione: operazione DecreaseKey in un heap; simulazione di un algoritmo di programmazione dinamica per il problema dello Zaino. Progettazione di algoritmi di programmazione dinamica per problemi su scacchiera. ese26-4-2012.pdf
30/04/2013 Alberi binari 1-bilanciati: dimostrazione di altezza logaritmica nel numero di nodi. Dizionari: realizzazione con alberi AVL (ricerca; inserimento: rotazioni; cancellazione: cenni). [CGGR]: cap 4; [CGG]: cap 5;
3/05/2013 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su alberi binari, ABR e AVL. esercizi corretti
07/05/2013 Dizionari: funzioni hash, realizzazione del dizionario con tabelle hash con liste di trabocco e a indirizzamento aperto. Il problema della cancellazione. [CGGR]: cap 4; [CGG]: cap 5;
08/05/2013 Dizionari: tabelle hash a indirizzamento aperto: analisi al caso medio; scansione lineare, quadratica, doppio hash. [CGGR]: cap 4; [CGG]: cap 5; tabelle hash (dispensa Prof. Luccio);
09/05/2013 Laboratorio: Tabelle Hash Lucidi Puzzle: Griglia infetta
10/05/2013 Grafi: definizioni, rappresentazione di grafi in memoria; visita in ampiezza. [CGGR]: cap 7; [CGG]: cap 6;
14/05/2013 Visita in ampiezza di un grafo: analisi e proprietà. Visita in profondità. Ordinamento topologico di un grafo diretto aciclico. [CGGR]: cap 7; [CGG]: cap 6;
15/05/2013 Ordinamento topologico di un DAG: algoritmo e analisi. Ricerca di cammini minimi su grafi pesati: algoritmo di Dijkstra. [CGGR]: cap 7; [CGG]: cap 6;
16/05/2013 Laboratorio: Simulazione della prova di laboratorioTesto Input Codice sottomesso
17/05/2013 Algoritmo di Dijkstra: simulazione, correttezza e analisi. [CGGR]: cap 7; [CGG]: cap 6;
informatica/all-a/all12/start.txt · Ultima modifica: 13/02/2014 alle 12:16 (4 anni fa) da Linda Pagli