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Algoritmica e Laboratorio - Corso B

Anno accademico 2015/2016

Informazioni Generali

Docenti: Anna Bernasconi, Rossano Venturini, Nadia Pisanti, Andrea Farruggia

(Docenti corso A: Linda Pagli, Rossano Venturini, Andrea Marino, Andrea Farruggia)

Impegno: 12 CFU.

Codice: 008AA

Periodo: primo anno, secondo semestre.

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

Anni accademici precedenti

Orario Lezioni

Le lezioni di laboratorio del 23/2 e del 1/3 si terranno a gruppi riuniti nell'aula B alle 16

Orario delle Lezioni
Martedì 16-18 H, I, M Laboratorio
Mercoledì 11-13 B Teoria
Giovedì 14-16 B Teoria
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 e la prova orale.
  • 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. Possono sostenere la prova di laboratorio solo gli studenti che hanno superato la prova scritta.
  • 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. Possono sostenere la prova orale solo gli studenti che hanno superato la 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
31/03/2016, ore 9:00 Scritto (primo compitino)algo1_310316.pdf lista dei risultati (sono ammessi alla seconda prova di verifica intermedia gli studenti con voto >= 17)
25/05/2016, ore 9:00 Scritto (secondo compitino)Testo e soluzioni lista dei risultati Visione scritti: lunedì 30 maggio, dalle 14:30 alle 15:30, ufficio Bernasconi.
27/06/2016, ore 9:00 Scritto Testo e soluzioni lista dei risultati Visione scritti: giovedì 30 giugno, ore 9:30, ufficio Bernasconi.
13/07/2016, ore 9:00 Scritto Testo lista dei risultati Visione scritti: lunedì 18 luglio, ore 9:15, ufficio Bernasconi.
05/09/2016, ore 14:00 Scritto Testo lista dei risultati Visione scritti: lunedì 12 settembre, ore 14:00, ufficio Bernasconi.
23/01/2017, ore 10:00 Scritto Testo lista dei risultati Visione scritti: mercoledì 25 gennaio, dalle ore 11:00 alle ore 13:00, ufficio Bernasconi.
13/02/2017, ore 9:00 Scritto Testo lista dei risultati Visione scritti: martedì 14 febbraio, dalle ore 11:00 alle ore 12:00, ufficio Bernasconi.

Prossime date per le prove di laboratorio:

Data Ora Aule Documento Note
05/04/2016 14:00 H Appello straordinario riservato a studenti lavoratori e fuori corso
09/06/2016 9:00 H,M,I Appello riservato agli studenti che hanno superato i compitini o appelli precedenti
04/07/2016 9:00 H,M,I
25/07/2016 9:00 H,M,I

Prossime date per le prove orali:

Data Ora Aula Note
31/05/2016 9:00 N1 obbligatorio iscriversi (via email)
1/06/2016 9:00 N1 obbligatorio iscriversi (via email)
22/06/2016 9:30 N1 obbligatorio iscriversi (via email)
30/06/2016 10:00 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
6/07/2016 9:30 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
13/07/2016 14:00 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
21/07/2016 14:00 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
12/09/2016 14:15 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
27/01/2017 9:30 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
16/02/2017 9:30 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)
23/02/2017 13:30 ufficio Bernasconi obbligatorio iscriversi (via email)

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://dijkstra.di.unipi.it

Programma del corso

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

Registro delle Lezioni

Data Argomento Rif. Biblio
23/02/2016 Laboratorio: Editing e compilazione. Richiami di linguaggio C: Costrutti, array, printf e scanf. Cap. 2-3, 7.1-7.4 di [KR]. Lucidi.
24/02/2016 Nozioni di Problema, Algoritmo, Limite Inferiore. Moltiplicazione Egizia. Analisi di un problema semiserio: il problema delle 12 monete.12 monete lavagna
25/02/2016 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. lavagna
26/02/2016 Selection sort: correttezza e analisi di complessità. Notazione asintotica: Theta, O-grande, Omega-grande, o-piccolo e w-piccolo, con esempi. [CLRS] cap 3. TCS cheat sheet lavagna
1/03/2016 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
2/03/2016 Paradigma del Divide et Impera. MergeSort: algoritmo e correttezza. [CLRS] cap 2: 2.3. lavagna
3/03/2016 MergeSort: analisi di complessità. Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.Esercizi (ricerca, ordinamento, divide et impera) lavagna
4/03/2016 Limiti inferiori: tecnica della dimensione dell'input, tecnica dell'albero di decisione. Limite inferiore per l'ordinamento per confronti. [CLRS] cap 8: 8.1. limiti inferiori lavagna
8/03/2016 Laboratorio: Esercizi.
9/03/2016 Limiti inferiori: tecnica degli eventi contabili. Esempi: algoritmo del torneo e del doppio torneo. Relazioni di ricorrenza: metodo dell'esperto (Teorema principale) con esempi di applicazione. Dimostrazione del teorema principale (solo per potenze esatte). [CLRS] cap 4: 4.5, 4.6.1. Il problema del torneo lavagna
10/03/2016 Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità. lavagna
11/03/2016 Moltiplicazione veloce di interi e matrici. Esercitazione: esercizi sull'applicazione del Teorema Principale.[CLRS] cap 4: 4.2. Moltiplicazione veloce di interi (appunti del Prof. Grossi) lavagna
15/03/2016 Laboratorio: Sottoarray di somma massima, intersezione e fusione di array. Puzzle: L'intero mancante Lucidi
16/03/2016 Quicksort: proprietà e analisi della complessità nel caso ottimo e pessimo. Quicksort randomizzato: analisi della complessità nel caso medio. [CLRS] cap 7: 7.1, 7.2, 7.3, 7.4.2 Numero di confronti di Randomized-Quicksort (Appunti del Prof. Luccio) lavagna
17/03/2016 Statistiche d'ordine: algoritmo Randomized-Select per la selezione dell'i-esimo elemento più piccolo in tempo atteso lineare. Esercitazione: progettazione di algoritmi e analisi di complessità. [CLRS] cap 9: 9.1, 9.2 (senza analisi nel caso medio) Esercizi (divide et impera, ricorrenze, ordinamento) lavagna
18/03/2016 Heap: definizione, realizzazione implicita come array, proprietà, conservazione della proprietà di heap, costruzione. [CLRS] cap 6: 6.1, 6.2. lavagna
22/03/2016 Laboratorio: Selection Sort, Insertion Sort su interi e stringhe, ricerca binaria su stringhe, e QuickSort. Lucidi Lucidi
23/03/2016 Costruzione di un heap in tempo lineare: correttezza e analisi di complessità. L'algoritmo Heapsort. Code di priorità: definizione, operazioni, realizzazione mediante heap. [CLRS] cap 6: 6.3, 6.4, 6.5. lavagna
24/03/2016 Esercitazione: Esercizi di preparazione alla prima prova di verifica intermedia. lavagna
31/03/2016 Prima prova di verifica intermedia. lista dei risultati
6/04/2016 Algoritmi di ordinamento: stabilità. Ordinamento di interi in tempo lineare: Counting sort e Radix sort.[CLRS] cap 8: 8.2, 8.3. lavagna
7/04/2016 Correzione della prima prova di verifica intermedia. Esercitazione: heap.Esercizi (heap) lavagna
8/04/2016 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. lavagna
12/04/2016 Laboratorio: Qsort e ripasso delle struct.Lucidi
13/04/2016 Tabelle hash a indirizzamento aperto (analisi al caso pessimo e medio). Scansione lineare, scansione quadratica, doppio hashing. [CLRS] cap 11: 11.4. Dispense Prof. Luccio lavagna
14/04/2016 Esercitazione: tabelle hash e heap.Esercizi (heap) lavagna
15/04/2016 Alberi e alberi binari: visite, algoritmi ricorsivi su alberi binari, memorizzazione binarizzata. [CLRS] cap 10: 10.4. [CGGR]: Algoritmi ricorsivi su alberi binari lavagna
19/04/2016 Laboratorio: Esercizi d'esame: qsort e struct.Lucidi
20/04/2016 Dizionari: realizzazione con alberi binari di ricerca; interrogazioni (ricerca, minimo, massimo, successore); inserimento e cancellazione. [CLRS] cap 12: 12.1, 12.2, 12.3. lavagna
21/04/2016 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su alberi binari e alberi binari di ricerca.EserciziAB lavagna
22/04/2016 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 lavagna
26/04/2016 Laboratorio: Liste. Lucidi
27/04/2016 Introduzione alla Programmazione Dinamica (calcolo dei numeri di Fibonacci). Il problema della sottosequenza comune più lunga (LCS): definizione, proprietà, regola ricorsiva. [CLRS] cap 15: 15.4. lavagna
28/04/2016 LCS: ricostruzione della soluzione, algoritmi LCS-LENGTH e PRINT-LCS. [CLRS] cap 15: 15.4. lavagna
29/04/2016 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti (dizionari e alberi). Esercizi su dizionari e alberi Soluzioni lavagna
3/05/2016 Laboratorio: Alberi binari di ricerca. Lucidi
4/05/2016 Il problema della Edit Distance: definizione, regola ricorsiva e ricostruzione della soluzione, algoritmi ED e ALLINEA. Edit Distance (dispense Prof. Luccio). lavagna
5/05/2016 Esercitazione: Programmazione Dinamica.Esercizi sulla Programmazione Dinamica lavagna
6/05/2016 Lezione non tenuta causa mancata apertura del Polo Didattico (sciopero dei lavoratori del servizio di portierato)
10/05/2016 Laboratorio: Tabelle Hash. Lucidi
11/05/2016 Tecnica Greedy e Programmazione Dinamica: il problema dello Zaino. Algoritmi pseudopolinomiali. Generazione delle sequenze binarie e algoritmo enumerativo per il problema dello zaino. [CLRS] cap 16: 16.2, esercizio 16.2.2 (algoritmo PD per lo Zaino). [CGGR]: generazione delle sequenze binarie, pseudopolinomialità lavagna
12/05/2016 Grafi: definizioni, rappresentazione di grafi in memoria, esempi di problemi su grafi (perfect matching, ciclo hamiltoniano e ciclo euleriano). [CLRS]: appendice B.4, cap 22: 22.1. lavagna
13/05/2016 Grafi: visita in ampiezza (BFS), algoritmo e analisi di complessità, albero di visita in ampiezza e algoritmo PRINT-PATH; esplorazione di un grafo con insieme di vertici non noto; visita in profondità (DFS). [CLRS] cap 22: 22.2, 22.3 (senza dimostrazioni). lavagna
17/05/2016 Laboratorio: Simulazione della prova di laboratorio.
18/05/2016 Grafi: visita in profondità (DFS), analisi di complessità, classificazione degli archi; ordinamento topologico di grafi diretti aciclici. [CLRS] cap 22: 22.3, 22.4. lavagna
19/05/2016 Esercitazione: progettazione di algoritmi efficienti su grafi.Esercizi lavagna
20/05/2016 Introduzione alla computabilità, problemi indecidibili. Il problema dell'arresto. Teoria della complessità: le classi P e NP.Calcolabilità Complessità
24/05/2016 Laboratorio: Simulazione della prova di laboratorio.
25/05/2016 Seconda prova di verifica intermedia.
informatica/all-b/algob_16/start.txt · Ultima modifica: 06/02/2018 alle 14:21 (9 mesi fa) da Linda Pagli