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Algoritmica e Laboratorio - Corso A

Informazioni Generali

Docenti: Linda Pagli, Rossano Venturini, Giovanna Rosone, Andrea Farruggia

(Docenti corso B: Anna Bernasconi, Rossano Venturini, Nadia Pisanti, 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.

AVVISO

La lezione del giorno 15/05/2015 (esercitazione) è spostata al 14/05/2014 dalle 14 alle 16 in aula A

Anni accademici precedenti

Orario Lezioni

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

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
14/04/2015, ore 11.00 Scritto (primo compitino)algo1_140415.pdf lista dei risultati.
29/05/2015, ore 9.00 Scritto (secondo compitino)testo e soluzioni lista dei risultati|. Visione scritti: martedì 3 giugno, dalle 12:00 alle 13:00, ufficio pagli.
10/06/2015, ore 9:30 Orali ufficio pagli
12/06/2015, ore 9:30 Scritto testo e soluzioni lista dei risultati| Visione scritti: martedì 16 giugno, dalle 11:00 alle 13:00, ufficio pagli.
01/07/2015, ore 9:30 Orali ufficio pagli
03/07/2015, ore 9:30 Scritto testo e soluzionilista dei risultat Visione scritti: lunedì 6 luglio ore 11-12 ufficio Bernasconi
14/07/2015, ore 9:30 Orali ufficio pagli
10/09/2015, ore 14:30 Scritto testo e soluzioni lista dei risultati
15/09/2015, ore 14:00 Orali ufficio pagli
11/01/2016, ore 9:00 Scritto testo e soluzioni Risultati: nessun compito è risultato sufficiente. Visione scritti: su appuntamento.
01/02/2016, ore 9:00 Scritto testo e soluzioniRisultati:lista dei risultati Visione scritti: su appuntamento.
08/02/2015, ore 10:00 Orali ufficio pagli

ATTENZIONE

Il secondo compitino è riservato solo agli studenti che hanno preso un voto ≥ 18 al primo compitino

Prossime date per le prove di laboratorio:

Data Ora Aule Documento
04/06/2015 9:00 H-M-I Testo TestSet
22/06/2015 9:00 H-M-I Testo
09/07/2015 9:00 H-M-I
15/09/2015 9:00 H-M-I
06/11/2015 10:00 M Appello straordinario
13/01/2016 9:00 H-M-I
03/02/2016 9:00 H-M-I

Libri di testo

  • [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 consigliamo di installare una macchina virtuale, come VirtualBox, con una qualunque distribuzione Linux. 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 il corso), per concentrarsi soltanto sugli aspetti di coding degli algoritmi.
  • Sistema di Autovalutazione: http://vinello.isti.cnr.it:10000

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
24/02/2015 Concetto di algoritmo, moltiplicazione Egizia e problema delle 12 monete. 12 monete
25/02/2015 Modello RAM e complessità computazionale di un algoritmo in tempo e spazio, al caso pessimo, al caso ottimo e al caso medio. Insertion sort: correttezza e analisi di complessità al caso ottimo, medio e pessimo. [CLRS]: cap 1, cap 2: 2.1, 2.2.
26/02/2015 Laboratorio: Editing e compilazione. Richiami di linguaggio C: Costrutti, array, printf e scanf. Funzioni e puntatori. Cap. 2-3, Sez. 4.1-4.5, 5.1-5.5 e 7.1-7.4 di [KR]. Lucidi
27/02/2015 Paradigma del Divide et Impera. Merge: definizione, correttezza e complessità. Merge-Sort: definizione [CLRS]: cap : 2.3
03/03/2015 Merge-Sort: analisi. Selection sort: correttezza e analisi di complessità. Notazione asintotica: Theta, O-grande, Omega-grande, o-piccolo e w-piccolo. [CLRS]: cap 3.
04/03/2015 Limite inferiore per il problema dell'ordinamento, esempio con 3 elementi, albero di decisione. Esercizi e esempi di notazioni asintotiche [CLRS]: cap 3. Cap.8 sez.1
05/03/2015 Laboratorio: Puntatori, Array, e stringhe. Uso di Valgrind. Allocazione dinamica della memoria. Sez. 4.1-4.5 e 5.1-5.5 di [KR]. Lucidi
06/03/2015 Il problema della ricerca. Limiti inferiori: tecnica della dimensione dell'input, tecnica degli eventi contabili, tecnica dell'albero delle decisioni. Esempi: algoritmo del torneo e del doppio torneo. limiti inferiori
10/03/2015 Limiti inferiori: tecnica dell'oracolo o avversario, limite inferiore per la determinazione del primo e del secondo. Esercizi di ripasso Esercizi1oracol.pdf
11/03/2015 Metodi di soluzione dell'equazioni di ricorrenza: metodo iterativo, albero di ricorsione, metodo dell'esperto. [CLRS]: cap 4, sezioni da 4.4 a 4.6
12/03/2015 Laboratorio: Sottoarray di somma massima, intersezione e fusione di array. Lucidi
13/03/2015 Dimostrazione del teorema principale (solo per potenze esatte). Moltiplicazione veloce di interi. Esercizi.Moltiplicazione veloce di interi (Prof. Grossi)
17/03/2015 Quicksort: proprietà e analisi della complessità nel caso ottimo e pessimo. Quicksort randomizzato. [CLRS] cap 7: 7.1, 7.2, 7.3.
18/03/2015 Quicksort randomizzato: analisi della complessità nel caso medio. Statistiche d'ordine: algoritmo Randomized-Select per la selezione dell'i-esimo elemento più piccolo in tempo atteso lineare. [CLRS] cap 7: 7.4.2, cap 9: 9.1, 9.2 (senza analisi nel caso medio). Numero di confronti di Randomized-Quicksort (Prof. Luccio)
19/03/2015 Laboratorio: Selection Sort, Insertion Sort su interi e stringhe, ricerca binaria su stringhe. Lucidi
20/03/2015 Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.Esercizi
24/03/2015 Heap: definizione, realizzazione implicita come array, proprietà. Code di priorità: definizione, operazioni, realizzazione mediante heap.[CLRS] cap 6: 6.3, 6.4, 6.5.
25/03/2015 Nuove proprietà. Costruzione di un heap in tempo lineare: correttezza e analisi di complessità. [CLRS] cap 6: 6.1, 6.2, 6.3.
26/03/2015 Laboratorio: Quick Sort su interi e su stringhe. Varianti pari&dispari e 3-way partition. Lucidi QuickSortParziale Partizionamento
27/03/2015 HeapSort. Algoritmi di ordinamento: stabilità. Ordinamento di interi in tempo lineare: Counting sort [CLRS] cap 8: 8.2.
31/03/2015 Radix Sort [CLRS] cap.8: 8.3. Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.Esercizi (heap)
1/04/2015 Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.
2/04/2015 Laboratorio: Qsort e ripasso delle struct.Lucidi
14/04/2015 Prima prova di verifica intermedia.
15/04/2015 Correzione della prima prova di verifica intermedia. Alberi binari: visite, algoritmi ricorsivi su alberi binari. [CLRS] cap 10: 10.4. [CGGR]: Algoritmi ricorsivi su alberi binari
16/04/2015 Laboratorio: Esercizi d'esame: qsort e struct.Lucidi
17/04/2015 Alberi binari di ricerca: definizione, max, min, predecessore, successore, ordinamento. [CLRS] cap 12: 12.1, 12.2.
21/04/2015 Alberi binari di ricerca: inserimento, cancellazione, costruzione e analisi. [CLRS] cap 12: 12.3
22/04/2015 Alberi AVL: definizione, alberi di Fibonacci, dimostrazione di altezza logaritmica nel numero di nodi. Dizionari: realizzazione con alberi AVL (ricerca; inserimento: rotazioni; cancellazione: cenni). [CGGR]: Alberi AVL, rotazioni.
23/04/2015 Laboratorio: Liste. Lucidi
24/04/2015 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su alberi binari, ABR e AVL.EserciziAB
28/04/2015 Dizionari: realizzazione con tabelle a indirizzamento diretto e con tabelle hash; funzioni hash (metodo della divisione e metodo iterativo); gestione delle collisioni mediante concatenamento (analisi al caso pessimo e medio).[CLRS] cap 11: 11.2, 11.2, 11.3, 11.3.1.
29/04/2015 Tabelle hash a indirizzamento aperto (analisi al caso pessimo e medio). Scansione lineare, scansione quadratica. [CLRS] cap 11: 11.4. Dispense Prof. Luccio. Esercizi su dizionari e alberi
30/04/2015 Laboratorio: Alberi Lucidi
5/05/2015 Introduzione alla Programmazione Dinamica (calcolo dei numeri di Fibonacci). Il problema dell'“Edit Distance”, definizione, proprietà, regola ricorsiva e ricostruzione della soluzione programmazione_dinamica edit_distance.pdf
6/05/2015 Il problema della sottosequenza comune più lunga (LCS): definizione, proprietà, regola ricorsiva, ricostruzione della soluzione[CLRS] cap 15: 15.4.
7/05/2015 Laboratorio: Tabelle Hash. Lucidi
8/05/2015 LCS: ottimalità della sottostruttura. Stampa LCS iterativo e ricorsivi. Apparizioni approssimate di una sequenza in un testo (cenni). Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti (dizionari e alberi). Esercizi su dizionari e alberi Soluzioni
12/05/2015 Tecnica Greedy e Programmazione Dinamica: il problema dello Zaino. Algoritmi pseudopolinomiali. [CLRS] cap 16: 16.2, esercizio 16.2.2. pseudopolinomialità.
13/05/2015 Generazione delle sequenze binarie e algoritmo enumerativo per il problema dello Zaino. Introduzione ai grafi e BFS. [CGGR]: generazione delle sequenze binarie, Esercizi sulla Programmazione Dinamica, [CLRS] cap 22: 22.1, 22.2.
14/05/2015 Esercitazione: coda implementata con array, visita in ampiezza di un albero binario, esercizi sulla Programmazione Dinamica [CLRS] cap 10: 10.1.Soluzioni
14/05/2015 Laboratorio: Simulazione della prova di laboratorio.
19/05/2015 Grafi: visita in profondità (DFS); classificazione degli archi; ordinamento topologico di grafi diretti aciclici. [CLRS] cap 22: 22.3, 22.4.
20/05/2015 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su grafi.Esercizi
21/05/2015 Laboratorio: Soluzione della prova di laboratorio della scorsa settimana. soluzione
22/05/2015 Introduzione alla computabilità, problemi indecidibili. Il problema dell'arresto. Le classi di complessità P e NP: introduzione.calcolabilità
26/05/2015 Teoria della complessità: classe P; nozione di certificato polinomiale e classe NP; nozione di riduzione polinomiale; problemi NP-completi. Esempi: problema del ciclo euleriano; generazione di tutte le permutazioni e problema del ciclo hamiltoniano; riduzione SAT - Clique. [CLRS] cap 34: 34.1. Lucidi Generazione delle permutazioni e problema del ciclo hamiltoniano.
informatica/all-a/all15/start.txt · Ultima modifica: 17/02/2016 alle 13:00 (2 anni fa) da Linda Pagli