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Algoritmica e Laboratorio - Corso A

Informazioni Generali

Docenti: Linda Pagli, Rossano Venturini

(Docenti corso B: Anna Bernasconi, Rossano Venturini )

Assistente: Andrea Farruggia

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 11-13 B Teoria
Mercoledì 11-13 B Teoria
Giovedì 16-18 H, M Laboratorio
Venerdì 11-13 B 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
02/04/2014, ore 09 Primo Compitino risprimocomp.pdf
02/04/2014, ore 09 Secondo Compitino risalg2-4-2014.pdf
28/05/2014, ore 09 Appello Straordinario
09/06/2014, ore 11.00 Scritto algo1_090614.pdf
08/07/2014, ore 9.00 Scritto algo1_08072014.pdf, Soluzioni risalg8-7-2014.pdf
08/09/2014, ore 9.30 Scritto algo1_08092014.pdf, Soluzionirisalg8-9-2014.pdf
04/11/2014, ore 9.00 Scritto algo1_04112014.pdfRisultati. Visione scritti: mercoledì 5 novembre, ore 9:30 nel mio ufficio. Orali: su appuntamento.
14/01/2015, ore 9.00 Scritto algo1_14012015.pdf,algo140115sol.pdf Risultati. Visione scritti: giovedì 15 gennaio, ore 11-13 ufficio Bernasconi. Orali: 22 gennaio ore 9.30 ufficio Pagli.
12/02/2015, ore 9.00 Scritto algo1_12020215.pdfRisultati. Visione scritti e Orali: 19 gennaio ore 11 ufficio Pagli.

Prossime date per le prove di laboratorio:

Data Ora Aule Documento
13/06/2014 9:00 H, I, M Testo 1 Testo 2 Test1 Test2
27/06/2014 9:00 H, I, M Testo Test
16/07/2014 9:00 H, I, M Testo Test
15/09/2014 9:00 H, I, M Testo e test
06/11/2014 9:00 I, M Testo e test
16/01/2015 9:00 H, I, M Testo e test
17/02/2015 9:00 H, I, M

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.
  • Sistema di Autovalutazione: http://vinello.isti.cnr.it:8888

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.
Data Argomento Rif. Biblio
18/02/2014 Introduzione al corso: intervento del Prof. Roberto Grossi.
19/02/2014 Laboratorio: Editing e compilazione. Richiami di linguaggio C: Costrutti, array, printf e scanf. Cap. 2-3, 7.1-7.4 di [KR]. Lucidi Istruzioni per testing
20/02/2014 Laboratorio: Funzioni e puntatori. Sez. 4.1-4.5 e 5.1-5.5 di [KR]. Lucidi
21/02/2014 Concetto di algoritmo, moltiplicazione Egizia e problema delle 12 monete. 12 monete
25/02/2014 Modello RAM e complessità computazionale di un algoritmo in tempo e spazio, al caso pessimo e caso medio. Notazione asintotica: Theta, O-grande, Omega-grande, o-piccolo, con esempi. Notazione asintotica (dispensa Prof. Luccio); [CGGR]: introduzione; Formule utili
26/02/2014 Laboratorio: Puntatori, Array, e stringhe. Uso di Valgrind. Sez. 4.1-4.5 e 5.1-5.5 di [KR]. Lucidi
27/02/2014 Laboratorio: Allocazione dinamica della memoria. Lucidi
28/02/2014 Esempi di tasso di crescita asintotico. Array di dimensione variabile. Selection Sort, proprietà e complessità al caso ottimo, medio e pessimo. [CGGR]: cap. 1.
04/03/2014 InsertionSort, analisi e complessità. Limiti inferiori: tecnica della dimensione dell'input, tecnica degli eventi contabili, tecnica dell'albero delle decisioni. Esempi: algoritmo del torneo e del doppio torneo. [CGGR]: cap. 1 limiti inferiori
05/03/2014 Tecnica dell'oracolo per la determinazione del limite inferiore al problema del doppio torneo. Limite inferiore per il problema della ricerca, Ricerca Binaria Ricorsiva, Divide et impera. [CGGR]: cap. 3 par.3.oracolo
06/03/2014 Laboratorio: Sottoarray di somma massima, intersezione e fusione di array. Puzzle: L'intero mancante Lucidi
07/03/2014 Ordinamento ottimo: MergeSort, algoritmo e analisi. Esecizi. [CGGR]: cap. 3 par.1.
11/03/2014 Relazioni di ricorrenza: Teorema principale (con dimostrazione) ed esempi di applicazione. Ricorrenze (dispensa Prof. Luccio).
12/03/2014 Quicksort: proprietà e analisi della complessità nel caso ottimo e pessimo. Quicksort randomizzato: analisi al caso medio. [CGGR]: cap 3 e cap 5.
13/03/2014 Laboratorio: Selection Sort, Insertion Sort su interi e stringhe, ricerca binaria su stringhe. Lucidi
14/03/2014 Selezione dell'elemento di rango r in un array (QuickSelect). Moltiplicazione veloce di interi e matrici.[CGGR]: cap 3 e cap 5.
18/03/2014 Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità. Esercizi
19/03/2014 Code con priorità. Heap di massimo: definizione, proprietà e rappresentazione in memoria. Operazioni Enqueue e Dequeue. [CGGR]: cap 2.
20/03/2014 Laboratorio: Quick Sort su interi e su stringhe. Varianti pari&dispari e 3-way partition. Puzzle: La scala e Corsa di cavalli Lucidi QuickSortParziale Partizionamento
21/03/2014 Simulazione di Enqueue e Dequeue. HeapSort: definizione e analisi. [CGGR]: cap 2.
25/04/2013 Ordinamento di interi: Counting sort e Radix Sort. [CLR] cap. 8
26/03/2014 Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.
27/03/2014 Laboratorio: Qsort e ripasso delle structLucidi
28/03/2014 Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità (heap).
08/04/2014 Esercitazione: Correzione del primo compitino
09/04/2014 Introduzione alla Programmazione Dinamica. Distanza tra due stringhe (Edit Distance). Programmazione dinamica (dispensa Prof. Luccio) ; [CGGR]: cap 6.
10/04/2014 Laboratorio: Esercizi d'esame: qsort e structLucidi
11/04/2014 Alberi: definizioni algoritmi e visite. Algoritimi ricorsivi su alberi binari[CGGR]: par.3.8
15/04/2014 Programmazione Dinamica, ricostruzione della soluzione dell'Edit Distance; Problema dell' Approximate String Matching e della LCS (Sottosequenza di Lunghezza Massima)[CGGR]:cap 6.
16/04/2014 Programmazione Dinamica: Partizione e Zaino. Complessità Pseudopolinomiale[CGGR]:cap 6.
17/04/2014 Laboratorio: Liste Lucidi
30/04/2014 Programmazione dinamica: Zaino. Dizionari: alberi binari di ricerca, operazioni di ricerca e inserzione. [CGGR]:cap 6 e cap.4
02/05/2014 Alberi binari di ricerca; cancellazioni. Alberi bilanciati in altezza: alberi di Fibonacci, alberi AVL. Relazione logaritmica tra altezza e numero di nodi. Esempi di rotazioni [CGGR]: cap.4
06/05/2014 Alberi AVL: esempio di inserimento con rotazioni, cancellazione: cenni. Introduzione alle tabelle hash. [CGGR]: cap 4.
07/05/2014 Dizionari: realizzazione con tabelle hash (con liste di trabocco e a indirizzamento aperto). [CGGR]: cap 4.
07/05/2014 Esercitazione: progettazione di algoritmi di programmazione dinamica per problemi su scacchiera; EserciziPD: soluzioni
08/05/2014 Laboratorio: Alberi Lucidi
09/05/2014 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su alberi binari, ABR e AVL.EserciziAB soluzioni
13/05/2013 Grafi: definizioni, rappresentazione di grafi in memoria. [CGGR]: cap 7.
14/05/2013 Grafi: visita in ampiezza e in profondità; classificazione degli archi. [CGGR]: cap 7.
14/05/2013 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti (dizionari e alberi). Esercizi, soluzioni.
15/05/2014 Laboratorio: Tabelle Hash Lucidi
16/05/2013 Ordinamento topologico di un grafo diretto aciclico (DAG): algoritmo e analisi. [CGGR]: cap 7.
20/05/2014 Problemi indecidibili: il problema della fermata. Problemi intrattabili: le torri di Hanoi (algoritmo, analisi del numero di mosse; generazione delle stringhe binarie. [CGGR] prologo.
21/05/2014 Generazione di tutte le permutazioni. Le classi di complessità P e EXP. Il certificato polinomiale e la classe NP. Nozione di Riduzione Polinomiale. Problemi NP-completi. [CGGR] prologo; [CGGR]: cap 8.kclique-_sat.pdf
21/05/2014 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su grafi.
22/05/2014 Laboratorio: Simulazione prova d'esame
27/05/2014 Esercitazione: generazione di combinazioni e algoritmi di verifica.
28/05/2014 Seconda prova di verifica intermedia.
informatica/all-a/all14/start.txt · Ultima modifica: 16/02/2015 alle 10:33 (4 anni fa) da Linda Pagli