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====== Algoritmica e Laboratorio - Corso A ======


===== Anno accademico 2015/2016 =====
===== Informazioni Generali =====

**Docenti:**  [[http://www.di.unipi.it/~pagli/|Linda Pagli]], [[http://www.di.unipi.it/~rossano/|Rossano Venturini]], [[http://www.andreamarino.it/~marino/ |Andrea Marino]], [[http://pages.di.unipi.it/pibiri |Giulio Pibiri]]



(**Docenti [[informatica:all-b:start|corso B]]:**  [[http://www.di.unipi.it/~annab/|Anna Bernasconi]], [[http://www.di.unipi.it/~rossano/|Rossano Venturini]],[[http://www.di.unipi.it/~pisanti/|Nadia Pisanti]], 
[[http://zola.di.unipi.it/andrea |Andrea Farruggia]])



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

**Semestre:** secondo.

**Ricevimento studenti:** durante le lezioni il mercoledì alle 2.30 ufficio pagli, poi 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 =====

** su [[http://mediateca.unipi.it]] sono a disposizione disposizione le video-lezioni fino al 2 marzo. Bisogna registrarsi con le credenziali di ateneo.**

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

^           Orario delle Lezioni           ^^^^
|Martedì   | 14-16  |  H, M      | Laboratorio  |
|Mercoledì | 11-13  |  C     | Teoria  |
|Giovedì   | 14-16  |  C     | Teoria |
|Venerdì   | 11-13  |  C     | 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'[[http://www.cli.di.unipi.it/doku/doku.php/informatica/all-a/all14/start|anno scorso]].

^ Data ^ Tipo Prova ^ Documento ^ Note ^
|31/03/2016, ore 9:00 | Scritto (primo compitino)|{{:informatica:all-b:algo1_310316.pdf|}} | {{:informatica:all-a:voti310316.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)|{{:informatica:all-b:algo1_250516.pdf|Testo}} e {{:informatica:all-b:soluzioni25052016.pdf|soluzioni}}|{{:informatica:all-a:voti260516.pdf|lista dei risultati}}  (sono ammessi alla seconda prova di verifica intermedia gli studenti con voto >= 17) **Visione scritti** e inizio orali: lunedì 30 maggio, dalle 9:30 alle 13.00 ufficio Pagli. |
|27/06/2016, ore 9:00 | Scritto  |{{:informatica:all-b:algo1_270616.pdf|Testo}} e {{:informatica:all-b:Algo270616SOL.pdf|soluzioni}} | {{:informatica:all-a:ris27-9-16.pdf|lista dei risultati}} **Visione scritti**: giovedì 30 giugno, ore 9:30, ufficio Pagli. |
|13/07/2016, ore 9:00 | Scritto  |{{:informatica:all-b:algo1_130716.pdf|Testo}}| {{:informatica:all-a:ris13-7-16.pdf|lista dei risultati}} **Visione scritti**: lunedì 18 luglio, ore 9:30, ufficio Pagli. |
|05/09/2016, ore 9:00 | Scritto  |{{:informatica:all-a:algo1_0509.pdf|Testo}}|{{:informatica:all-a:ris5-9-16.pdf|lista dei risultati}} **Visione scritti**: lunedì 12 settembre, ore 9:30, ufficio Pagli. |
|31/10/2016, ore 15  | Scritto, Appello straordinario |  |{{:informatica:all-a:ris31-10-16.pdf|Risultati}} Visione scritti e orali su appuntamento|
|23/01/2017, ore 15  | Scritto |{{:informatica:all-a:all16:algo1_230117_2_.pdf|Testo}} |{{:informatica:all-a:all16:ris23-1-2017.docx|Risultati}} Visione scritti e orali su appuntamento|
Prossime date per le prove orali:
^ Data ^ Ora ^ Aule ^ Note ^
|30/06/2016 | 10:00 | da decidere| obbligatorio iscriversi (via email)| 
|01/07/2016 | 10:00 | da decidere| obbligatorio iscriversi (via email) | 
|4/07/2016 |  11.00 | da decidere| obbligatorio iscriversi (via email) |  
|19/07/2016|  9.30 |uffico Pagli| obbligatorio iscriversi (via email) |
|12/09/2016|  9.30 |uffico Pagli| obbligatorio iscriversi (via email) |

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 | | |
|09/09/2016 | 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. 

  

  * **[CGGR]** P. Crescenzi, G. Gambosi, R. Grossi, G. Rossi. //Strutture di dati e algoritmi: progettazione, analisi e programmazione (seconda edizione)//. Pearson, 2012. Sito web: [[http://wps.pearsoned.it/crescenzi_strutture-dati-algoritmi2/]].   [[http://tinyurl.com/d9ajvky |Errata]].
 

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 consigliamo di installare una macchina virtuale, come [[http://www.virtualbox.org/|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 =====
  - 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.
  - Sottosequenza di somma massima.
  - Programmazione dinamica: LCS, Partizione e Zaino
  - Algoritmi randomizzati: Quicksort.
  - Generazione di combinazioni e permutazioni
  - Analisi ammortizzata: doubling di array, contatore binario, k ricerche.
  - Dizionari: Alberi bilanciati (AVL), Tabelle hash (liste di trabocco e indirizzamento aperto).
  - Alberi: rappresentazione e visite.
  - Grafi I: rappresentazione e visite (DFS e BFS), DAG e ordinamento topologico.
  - Grafi II: Ciclo/cammino euleriano, ciclo hamiltoniano, componenti (fortemente) connesse.
  - Grafi III: Minimum Spanning Tree e Shortest Path.


===== Registro delle Lezioni =====

^ Data ^ Argomento ^ Rif. Biblio ^ Lavagne ^
| 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]. {{:informatica:all-a:lezione1-1516.pdf|Lucidi}}.| |
| 24/02/2016 | Nozioni di Problema, Algoritmo, Limite Inferiore.  Analisi di un problema semiserio: il problema delle 12 monete. Moltiplicazione Egizia.|{{:informatica:all-b:12monete.pdf|12 monete}}| {{:informatica:all-a:lav1.pdf|}}|
| 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 e pessimo.| [CLRS]: cap 1, cap 2: 2.1, 2.2.| {{:informatica:all-a:lav2.pdf|}}|
| 26/02/2016 | Selection Sort definizione e analisi. Paradigma del Divide et Impera. Merge: definizione e complessità. Merge-Sort: definizione| [CLRS]: cap 2: 2.3|{{:informatica:all-a:lav3.pdf|}} |
| 01/03/2015 | **Laboratorio**: Puntatori, Array, e stringhe. Uso di Valgrind. Allocazione dinamica della memoria. | Sez. 4.1-4.5 e 5.1-5.5 di [KR]. {{:informatica:all-b:lezione2-1516.pdf|Lucidi}}|
| 02/03/2016 | Selection Sort definizione e analisi. Paradigma del Divide et Impera. Merge: definizione e complessità. Merge-Sort: correttezza e complessità. Definizione e uso delle notazioni asintotiche| [CLRS]: cap 2: 2.3, cap 3: 3.1. {{:informatica:all-b:TCScheat.pdf|TCS cheat sheet}}|{{:informatica:all-a:lav4.pdf|}} |
| 03/03/2016 | **Esercitazione**: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.|{{:informatica:all-b:esercizi1-2016.pdf|Esercizi (ricerca, ordinamento, divide et impera)}}|{{:informatica:all-a:lav5.pdf|}} |
| 04/03/2016 |I problemi della ricerca e dell'ordinamento. Limiti inferiori: tecnica della dimensione dell'input, tecnica degli eventi contabili, tecnica dell'albero delle decisioni. Esempi: algoritmo del torneo e del doppio torneo.| {{:{:informatica:all-b:limitiInf.pdf|limiti inferiori}}|{{:informatica:all-a:lav6.pdf|}} |
| 08/03/2016| **Laboratorio**: Esercizi. | | 
| 09/03/2016 | Tecnica dell'oracolo o avversario: Limite inferiore per il problema del doppio torneo. Equazioni di ricorrenza: metodi iterativo e con albero di ricorsione. Enunciato del Teorema dell'esperto. | {{:informatica:all-a:oracol.pdf|}}, [CLRS]: cap 4: 4.4, 4.5|{{:informatica:all-a:lav7.pdf|}} |
| 10/03/2016| **Esercitazione**: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.| | {{:informatica:all-a:lav8.pdf|}} |
|11/03/2016| Moltiplicazione veloce di interi e matrici. **Esercitazione**: esercizi sull'applicazione del Teorema Principale.|[CLRS] cap 4: 4.2. {{:informatica:all-b:moltveloce.pdf|Moltiplicazione veloce di interi (appunti del Prof. Grossi)}}| {{:informatica:all-a:lav9.pdf|}}|
|15/03/2016 | **Laboratorio**:  Sottoarray di somma massima, intersezione e fusione di array. Puzzle: L'intero mancante| {{:informatica:all-b:lezione3-1415.pdf|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 {{:informatica:all-b:quicksort.pdf|Numero di confronti di Randomized-Quicksort (Appunti del Prof. Luccio)}} |{{:informatica:all-a:lav10.pdf|}} |
|17/03/2016 | QuickSelect: proprietà e analisi della complessità nel caso ottimo e pessimo.  **Esercitazione**: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.| [CLRS] cap 9: 9.9, analisi al caso medio esclusa {{:informatica:all-b:Esercizi2-2016.pdf|Esercizi (divide et impera, ricorrenze, ordinamento)}} | {{:informatica:all-a:lav11.pdf|}}|
|18/03/2016 | Heap: definizione, realizzazione implicita come array, proprietà, conservazione della proprietà di heap. Code di priorità|[CLRS] cap 6: 6.1, 6.2, 6.5.|{{:informatica:all-a:lav12.pdf|}} |
|22/03/2015 | **Laboratorio**: Selection Sort, Insertion Sort su interi e stringhe, ricerca binaria su stringhe, e QuickSort. | {{:informatica:all-b:lezione4-1415.pdf|Lucidi}} {{:informatica:all-b:lezione5-1415.pdf|Lucidi}}|
|23/03/2016 |Costruzione dell'Heap, HeapSort, analisi|[CLRS] cap 6: 6.3, 6.4 |{{:informatica:all-a:lav13.pdf|}}|
|24/03/2016 |**Esercitazione**: progettazione di algoritmi e analisi di complessità.| |{{:informatica:all-a:lav14.pdf|}} |
|31/03/2016 | {{:informatica:all-b:algo1_310316.pdf | Prima prova di verifica intermedia. }}|{{:informatica:all-a:voti310316.pdf|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.|{{:informatica:all-a:lav15.pdf|}} |
|7/04/2016 | Correzione della prima prova di verifica e discussione errori.| | {{:informatica:all-a:lav16.pdf|}}|
|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. |{{:informatica:all-a:lav17.pdf|}}|
|12/04/2016 | **Laboratorio**: Qsort e ripasso delle struct.|{{:informatica:all-b:lezione6-1415.pdf|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. {{:informatica:all-b:hash.pdf|Dispense Prof. Luccio}}|{{:informatica:all-a:lav18.pdf|}} |
|14/04/2016 |**Esercitazione**: progettazione di algoritmi e analisi di complessità su heap e tabelle hash.| |{{:informatica:all-a:lav19.pdf|}} |
|15/04/2016 | Alberi binari: visite, algoritmi ricorsivi su alberi binari.| [CLRS] cap 10: 10.4. [CGGR]: {{:informatica:all-b:alberibinari.pdf|Algoritmi ricorsivi su alberi binari}}| {{:informatica:all-a:lav20.pdf|}} |
|19/04/2016 | **Laboratorio**: Esercizi d'esame: qsort e struct.|{{:informatica:all-b:lezione9.pdf|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. | {{:informatica:all-a:lav21.pdf|}}|
|21/04/2016 | **Esercitazione**: progettazione di algoritmi efficienti su alberi binari e alberi binari di ricerca.|{{:informatica:all-b:esercizialberi2016.pdf|EserciziAB}}| {{:informatica:all-a:lav22.pdf|}}|
|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.).| [CGGR]: {{:informatica:all-b:AVL.pdf|Alberi AVL}},  {{:informatica:all-b:figureAVL.pdf| rotazioni}}.| {{:informatica:all-a:lav23.pdf|}}|
|26/04/2016 | **Laboratorio**: Liste. | {{:informatica:all-a:lezione8-1415.pdf|Lucidi}}|
|27/04/2016 | {{:informatica:all-b:PD.pdf|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.| 
|28/04/2016 |LCS: ricostruzione della soluzione, algoritmi LCS-LENGTH e PRINT-LCS.  |[CLRS] cap 15: 15.4. | |
|29/04/2016 | **Esercitazione**: progettazione di algoritmi efficienti (dizionari e alberi).| {{:informatica:all-b:esercizi_su_dizionari_e_alberi.pdf|Esercizi su dizionari e alberi}} {{:informatica:all-b:SoluzioniDizionari.pdf|Soluzioni}} | {{:informatica:all-b:lezione29apr.pdf|lavagna}}| 
|3/05/2016 | **Laboratorio**: Alberi binari di ricerca.| {{:informatica:all-b:lezione9-1415.pdf|Lucidi}}|
| 4/05/2016 | Il problema della Edit Distance: definizione, regola ricorsiva e ricostruzione della soluzione,  algoritmi ED e ALLINEA.| {{:informatica:all-b:ED.pdf|Edit Distance (dispense Prof. Luccio)}}. | {{:informatica:all-a:lav24.pdf|}}|
| 5/05/2016 | **Esercitazione**: Programmazione Dinamica.|{{:informatica:all-b:esercizipd.pdf|Esercizi sulla Programmazione Dinamica}} |{{:informatica:all-a:lav25.pdf|}} |
| 10/05/2016 | **Laboratorio**: Tabelle Hash. | {{:informatica:all-b:lezione10-1415.pdf|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, {{:informatica:all-b:ZainoPD.pdf|esercizio 16.2.2 (algoritmo PD per lo Zaino)}}. [CGGR]: {{:informatica:all-b:generaBinPerm.pdf |generazione delle sequenze binarie}}, {{:informatica:all-b:pseudo.pdf |pseudopolinomialità}}|{{:informatica:all-a:lav26.pdf|}}| 
| 12/05/2016 | Grafi: definizioni, rappresentazione di grafi in memoria, esempi di problemi su grafi (ciclo hamiltoniano e ciclo euleriano). Visita in ampiezza (BFS), algoritmo e analisi di complessità,| [CLRS]: appendice B.4, cap 22: 22.1, 22.2|{{:informatica:all-a:lav27.pdf|}} |
| 13/05/2016 | Grafi: 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).|{{:informatica:all-a:lav28.pdf|}} |{{:informatica:all-a:lav28.pdf|}}
| 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. |{{:informatica:all-a:lav29.pdf|}}|
| 19/05/2016 | **Esercitazione**: progettazione di algoritmi efficienti su grafi.|{{:informatica:all-b:eserciziGRAFI.pdf|Esercizi}}| {{:informatica:all-a:lav30.pdf|}}|
| 20/05/2016 | Introduzione alla computabilità, problemi indecidibili. Il problema dell'arresto. Teoria della complessità: le classi  P e NP.|{{:informatica:all-b:Calc2016.pdf|Calcolabilità}} {{:informatica:all-b:PeNP.pdf|Complessità}}|
| 24/05/2016 | **Laboratorio** | | |
| 25/05/2016 | {{:informatica:all-b:algo1_250516.pdf|Seconda prova di verifica intermedia}}.| |