Algoritmos y Programación I - Con lenguaje Python

224 Pages·2011·2.81 MB·Spanish

Algoritmos y Programación I
Con lenguaje Python
9demarzode2011
Contenidos
1. Conceptosbásicos 7
1.1. Computadorasyprogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2. Elmitodelamáquinatodopoderosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3. CómodarleinstruccionesalamáquinausandoPython . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4. Devolverunresultado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5. Unainstrucciónunpocomáscompleja:elciclodefinido . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5.1. Ayudadesdeelintérprete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6. Construirprogramasymódulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.7. LaformadeunprogramaPython . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8. Estadoycomputación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.9. Depuracióndeprogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.10. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2. Programassencillos 21
2.1. Construccióndeprogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2. Realizandounprogramasencillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3. PiezasdeunprogramaPython . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.1. Nombres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2. Expresiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4. Nosólodenúmerosvivenlosprogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5. Instrucciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.6. Ciclosdefinidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.7. Unaguíaparaeldiseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.8. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3. Funciones 30
3.1. Documentacióndefunciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2. ImprimirversusDevolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3. Cómousarunafunciónenunprograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4. Mássobrelosresultadosdelasfunciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.5. Unejemplocompleto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.6. Devolvermúltiplesresultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4. Decisiones 41
4.1. Expresionesbooleanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.1.1. Expresionesdecomparación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1.2. Operadoreslógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2
CONTENIDOS 3
4.2. Comparacionessimples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3. Múltiplesdecisionesconsecutivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5. Mássobreciclos 50
5.1. Ciclosindefinidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.2. Ciclointeractivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3. Cicloconcentinela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.4. Cómoromperunciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.5. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.6. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6. Cadenasdecaracteres 58
6.1. Operacionesconcadenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.1.1. Obtenerellargodeunacadena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.1.2. Recorrerunacadena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.1.3. Accederaunaposicióndelacadena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.2. Segmentosdecadenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.3. Lascadenassoninmutables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.4. Procesamientosencillodecadenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.5. Nuestroprimerjuego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.6. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
7. Tuplasylistas 72
7.1. Tuplas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.1. Elementosysegmentosdetuplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.2. Lastuplassoninmutables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
7.1.3. Longituddetuplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
7.1.4. Empaquetadoydesempaquetadodetuplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7.1.5. Ejercicioscontuplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.2. Listas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.2.1. Longituddelalista.Elementosysegmentosdelistas . . . . . . . . . . . . 76
7.2.2. Cómomutarlistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.2.3. Cómobuscardentrodelaslistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.3. Ordenarlistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.4. Listasycadenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.4.1. Ejerciciosconlistasycadenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
7.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
8. Algoritmosdebúsqueda 87
8.1. Elproblemadelabúsqueda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
8.2. Cómoprogramarlabúsquedalinealamano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
8.3. Búsquedalineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
8.4. Buscarsobreunalistaordenada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
8.5. Búsquedabinaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
8.6. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4 CONTENIDOS
9. Diccionarios 95
9.1. Quéesundiccionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
9.2. UtilizandodiccionariosenPython . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
9.3. Algunosusosdediccionarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
9.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
10.ContratosyMutabilidad 99
10.1. PreyPostcondiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
10.1.1. Precondiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
10.1.2. Postcondiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
10.1.3. Aseveraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
10.1.4. Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
10.2. Invariantesdeciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
10.2.1. Comprobacióndeinvariantesdesdeelcódigo . . . . . . . . . . . . . . . . 102
10.3. MutabilidadeInmutabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
10.3.1. Parámetrosmutableseinmutables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
10.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
10.5. Apéndice-AcertijoMU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
11.Manejodearchivos 107
11.1. Cerrarunarchivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
11.2. Ejemplodeprocesamientodearchivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
11.3. Mododeaperturadelosarchivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
11.4. Escribirenunarchivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
11.5. Agregarinformaciónaunarchivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
11.6. Manipularunarchivoenformabinaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
11.7. Persistenciadedatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
11.7.1. PersistenciaenarchivosCSV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
11.7.2. Persistenciaenarchivosbinarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
11.8. Directorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
11.9. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
11.10.Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
12.Manejodeerroresyexcepciones 124
12.1. Errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
12.2. Excepciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
12.2.1. Manejodeexcepciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
12.2.2. Procesamientoypropagacióndeexcepciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
12.2.3. Accesoainformacióndecontexto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
12.3. Validaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
12.3.1. Comprobacionesporcontenido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
12.3.2. Entradadelusuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
12.3.3. Comprobacionesportipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
12.3.4. Comprobacionesporcaracterísticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
12.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
12.5. Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
CONTENIDOS 5
13.Procesamientodearchivos 135
13.1. Cortedecontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
13.2. Apareo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
13.3. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
14.Objetos 139
14.1. Tipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
14.2. Quéesunobjeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
14.3. Definiendonuevostipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
14.3.1. Nuestraprimeraclase:Punto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
14.3.2. Agregandovalidacionesalconstructor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
14.3.3. Agregandooperaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
14.4. Métodosespeciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
14.4.1. Unmétodoparamostrarobjetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
14.4.2. Métodosparaoperarmatemáticamente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
14.5. Creandoclasesmáscomplejas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
14.5.1. Métodosparacompararobjetos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
14.5.2. Ordenardemenoramayorlistasdehoteles . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
14.5.3. Otrasformasdecomparación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
14.5.4. Comparaciónsóloporigualdadodesigualdad . . . . . . . . . . . . . . . . 151
14.6. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
14.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
15.Polimorfismo,HerenciayDelegación 154
15.1. Polimorfismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
15.1.1. Interfaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
15.1.2. Redefinicióndemétodos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
15.1.3. Unejemplodepolimorfismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
15.2. Herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
15.3. Delegación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
15.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
16.Listasenlazadas 163
16.1. Unaclasesencilladevagones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
16.1.1. Caminos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
16.1.2. Referenciandoelprincipiodelalista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
16.2. Tiposabstractosdedatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
16.3. LaclaseListaEnlazada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
16.3.1. Construccióndelalista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
16.3.2. Eliminarunelementodeunaposición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
16.3.3. Eliminarunelementoporsuvalor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
16.3.4. Insertarnodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
16.4. Invariantesdeobjetos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
16.5. Otraslistasenlazadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
16.6. Iteradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
16.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6 CONTENIDOS
17.Pilasycolas 179
17.1. Pilas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
17.1.1. Pilasrepresentadasporlistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
17.1.2. Usodepila:calculadoracientífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
17.1.3. ¿Cuántocuestanlosmétodos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
17.2. Colas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
17.2.1. Colasimplementadassobrelistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
17.2.2. Colasylistasenlazadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
17.3. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
17.4. Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
18.Modelodeejecucióndefuncionesyrecursividad 194
18.1. Lapiladeejecucióndelasfunciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
18.2. Pasajedeparámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
18.3. Devoluciónderesultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
18.4. Larecursiónycómopuedeserquefuncione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
18.5. Unafunciónrecursivamatemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
18.6. Algoritmosrecursivosyalgoritmositerativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
18.7. Unejemploderecursividadelegante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
18.8. Unejemploderecursividadpocoeficiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
18.9. Limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
18.10.Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
19.Ordenarlistas 208
19.1. Ordenamientoporselección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
19.1.1. Invarianteenelordenamientoporselección . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
19.1.2. ¿Cuántocuestaordenarporselección? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
19.2. Ordenamientoporinserción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
19.2.1. Invariantedelordenamientoporinserción . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
19.2.2. ¿Cuántocuestaordenarporinserción?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
19.2.3. Inserciónenunalistaordenada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
19.3. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
20.Algunosordenamientosrecursivos 216
20.1. Ordenamientopormezcla,oMergesort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
20.2. ¿CuántocuestaelMergesort? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
20.3. OrdenamientorápidooQuicksort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
20.4. ¿CuántocuestaelQuicksort? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
20.5. UnaversiónmejoradadeQuicksort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
20.6. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
A. LicenciayCopyright 224
Unidad 1
Algunos conceptos básicos
En esta unidad hablaremos de lo que es un programa de computadora e introduciremos
unos cuantos conceptos referidos a la programación y a la ejecución de programas. Utilizare-
mosentodomomentoellenguajedeprogramaciónPythonparailustraresosconceptos.
1.1. Computadoras y programas
Enlaactualidad,lamayoríadenosotrosutilizamoscomputadoraspermanentemente:para
mandarcorreoselectrónicos,navegarporInternet,chatear,jugar,escribirtextos.
Las computadoras se usan para actividades tan disímiles como predecir las condiciones
meteorológicasdelapróximasemana,guardarhistoriasclínicas,diseñaraviones,llevarlacon-
tabilidad de las empresas o controlar una fábrica. Y lo interesante aquí (y lo que hace apasio-
nante a esta carrera) es que el mismo aparato sirve para realizar todas estas actividades: uno
nocambiadecomputadoracuandosecansadechatearyquierejugaralsolitario.
Muchosdefinenunacomputadoramodernacomo“unamáquinaquealmacenaymanipula
informaciónbajoelcontroldeunprogramaquepuedecambiar”.Aparecenacádosconceptos
que son claves: por un lado se habla de una máquina que almacena información, y por el otro
lado,estamáquinaestácontroladaporunprogramaquepuedecambiar.
Una calculadora sencilla, de esas que sólo tienen 10 teclas para los dígitos, una tecla para
cada una de las 4 operaciones, un signo igual, encendido y CLEAR, también es una máquina
quealmacenainformaciónyqueestácontroladaporunprograma.Peroloquediferenciaaesta
calculadoradeunacomputadoraesqueenlacalculadoraelprogramanopuedecambiar.
Unprogramadecomputadoraesunconjuntodeinstruccionespasoapasoqueleindicanauna
computadora cómo realizar una tarea dada, y en cada momento uno puede elegir ejecutar un
programadeacuerdoalatareaquequiererealizar.
Lasinstruccionessedebenescribirenunlenguajequenuestracomputadoraentienda.Los
lenguajes de programación son lenguajes diseñados especialmente para dar órdenes a una
computadora, de manera exacta y no ambigua. Sería muy agradable poder darle las órdenes
a la computadora en castellano, pero el problema del castellano, y de las lenguas habladas en
general,essuambigüedad:
Sialguiennosdice“Compráelcollarsinmonedas”,nosabremossinospidequecompremos
elcollarquenotienemonedas,oquecompremosuncollaryquenousemosmonedasparala
compra.Habráquepreguntarleaquiennosdalaordencuáleslainterpretacióncorrecta.Pero
talesdudasnopuedenaparecercuandoseledanórdenesaunacomputadora.
Este curso va a tratar precisamente de cómo se escriben programas para hacer que una
7
8 Unidad1.Conceptosbásicos
computadorarealiceunadeterminadatarea.Vamosausarunlenguajeespecífico(Python)por-
queessencilloyelegante,peroéstenoseráuncursodePythonsinouncursodeprogramación.
Sabíasque...
ExistenunagrancantidaddeprogramasdesarrolladosenPython,desdeherramientasparaservi-
dores,comomailman,hastaprogramasamigablesparausuariosfinales,comoemesene,pasando
poraplicacionesempresariales,openerp,tryton;herramientasdedesarrollo,meld,mercurial,ba-
zaar,trac;plataformasweb,django,turbogears,zope;clientesdebittorrent,bittorrent,bittornado,
deluge;montonesdejuegosdetodotipo,ymuchísimasaplicacionesmás.
Todasestasaplicacionessonsoftwarelibre,porloquesepuedeobteneryestudiarelcódigoconel
queestánhechas
1.2. El mito de la máquina todopoderosa
Muchas veces la gente se imagina que con la computadora se puede hacer cualquier cosa,
quenohaytareasimposiblesderealizar.Másaún,seimaginanquesibienhubocosasqueeran
imposibles de realizar hace 50 años, ya no lo son más, o no lo serán dentro de algunos años,
cuandolascomputadorascrezcanenpoder(memoria,velocidad),ylacomputadorasevuelva
unamáquinatodopoderosa.
Sin embargo eso no es así: existen algunos problemas, llamados no computables que nunca
podránserresueltosporunacomputadoradigital,pormáspoderosaqueéstasea.Lacompu-
tabilidadeslaramadelacomputaciónqueseocupadeestudiarquétareassoncomputablesy
quétareasnoloson.
Delamanodelmitoanterior,vieneelmitodellenguajetodopoderoso:hayproblemasque
sonnocomputablesporqueenrealidadseutilizaalgúnlenguajequenoeselapropiado.
Enrealidadtodaslascomputadoraspuedenresolverlosmismosproblemas,yesoesinde-
pendiente del lenguaje de programación que se use. Las soluciones a los problemas compu-
tablessepuedenescribirencualquierlenguajedeprogramación.Esonosignificaquenohaya
lenguajes más adecuados que otros para la resolución de determinados problemas, pero la
adecuación está relacionada con temas tales como la elegancia, la velocidad, la facilidad para
describirunproblemademanerasimple,etc.,nuncaconlacapacidadderesolución.
Los problemas no computables no son los únicos escollos que se le presentan a la compu-
tación. Hay otros problemas que si bien son computables demandan para su resolución un
esfuerzoenormeentiempoyenmemoria.Estosproblemassellamanintratables.Elanálisisde
algoritmos se ocupa de separar los problemas tratables de los intratables, encontrar la solu-
ciónmásbaratapararesolverunproblemadado,yenelcasodelosintratables,resolverlosde
maneraaproximada:noencontramoslaverdaderasoluciónporquenonosalcanzanlosrecur-
sosparaeso,peroencontramosunasoluciónbastantebuenayquenosinsumemuchosmenos
recursos (el orden de las respuestas de Google a una búsqueda es un buen ejemplo de una
soluciónaproximadaperononecesariamenteóptima).
En este curso trabajaremos con problemas no sólo computables sino también tratables. Y
aprenderemosamedirlosrecursosquenosdemandaunasolución,yempezaremosabuscarla
soluciónmenosdemandanteencadacasoparticular.
Algunosejemplosdelosproblemasqueencararemosydesussoluciones:
Problema1.1. DadounnúmeroN sequierecalcularN33.
1.3.CómodarleinstruccionesalamáquinausandoPython 9
Una solución posible, por supuesto, es hacer el producto N ×N ×...×N, que involucra
32multiplicaciones.
Otrasolución,muchomáseficientees:
CalcularN ×N.
AlresultadoanteriormutiplicarloporsímismoconlocualyadisponemosdeN4.
AlresultadoanteriormutiplicarloporsímismoconlocualyadisponemosdeN8.
AlresultadoanteriormutiplicarloporsímismoconlocualyadisponemosdeN16.
AlresultadoanteriormutiplicarloporsímismoconlocualyadisponemosdeN32.
Al resultado anterior mutiplicarlo por N con lo cual conseguimos el resultado deseado
consólo6multiplicaciones.
Cada una de estas soluciones representa un algoritmo, es decir un método de cálculo, dife-
rente.Paraunmismoproblemapuedehaberalgoritmosdiferentesqueloresuelven,cadauno
conuncostodistintoentérminosderecursoscomputacionalesinvolucrados.
Sabíasque...
La palabra algoritmo no es una variación de logaritmo, sino que proviene de algorismo. En la an-
tigüedad, los algoristas eran los que calculaban usando la numeración arábiga y mientras que los
abacistaseranlosquecalculabanusandoábacos.Coneltiempoelalgorismosedeformóenalgoritmo,
influenciadoporeltérminoaritmética.
Asuvezelusodelapalabraalgorismoprovienedelnombredeunmatemáticopersafamoso,ensu
épocayparalosestudiososdeesaépoca,“AbuAbdallahMuhammadibnMûsâal-Jwârizmî”,que
literalmente significa: “Padre de Ja’far Mohammed, hijo de Moises, nativo de Jiva”. Al-Juarismi,
comoselollamausualmente,escribióenelaño825ellibro“Al-Kitâbal-mukhtasarfîhîsâbal-gabr
wa’l-muqâbala” (Compendio del cálculo por el método de completado y balanceado), del cual
surgiótambiénlapalabra“álgebra”.
Hastahacenomuchotiemposeutilizabaeltérminoalgoritmoparareferirseúnicamenteaformas
derealizarciertoscálculos,peroconelsurgimientodelacomputación,eltérminoalgoritmopasó
aabarcarcualquiermétodoparaobtenerunresultado.
Problema1.2. Tenemosquepermitirlaactualizaciónyconsultadeunaguíatelefónica.
Para este problema no hay una solución única: hay muchas y cada una está relacionada
con un contexto de uso. ¿De qué guía estamos hablando: la guía de una pequeña oficina, un
pequeño pueblo, una gran ciudad, la guía de la Argentina? Y en cada caso ¿de qué tipo de
consultaestamoshablando:hayqueimprimirunlistadounavezpormesconlaguíacomple-
ta, se trata de una consulta en línea, etc.? Para cada contexto hay una solución diferente, con
los datos guardados en una estructura de datos apropiada, y con diferentes algoritmos para la
actualizaciónylaconsulta.
1.3. Cómo darle instrucciones a la máquina usando Python
EllenguajePythonnosproveedeunintérprete,esdecirunprogramaqueinterpretalasór-
denes que le damos a medida que las escribimos. Para orientarnos, el intérprete presenta una
10 Unidad1.Conceptosbásicos
Sabíasque...
Python fue creado a finales de los años 80, por un programador holandés llamado Guido van
Rossum,quiensiguesiendoaúnhoyellíderdeldesarrollodellenguaje.
La versión 2.0, lanzada en 2000, fue un paso muy importante para el lenguaje ya que era mucho
másmadura,incluyendounrecolectordebasura.Laversión2.2,lanzadaendiciembrede2001,fue
tambiénunhitoimportanteyaquemejorólaorientaciónaobjetos.Laúltimaversióndeestalínea
esla2.7quefuelanzadaennoviembrede2010yaúnestávigente.
En diciembre de 2008, se lanzó la versión 3.0, cuya versión actual es la 3.2, de febrero de 2011.
Sin embargo, debido a que estas versiones introducen importantes cambios y no son totalmente
compatiblesconlasversionesanteriores,todavíanoselautilizaextensamente.
línea de comandos (los comandos son las órdenes) que identifica al comienzo con los símbolos
>>>,yquellamaremosprompt.Enestalínea,acontinuacióndelpromptpodemosescribirdife-
rentesórdenes.
Algunas órdenes sencillas, por ejemplo, permiten utilizar la línea de comandos como una
calculadora simple con números enteros. Para esto escribimos la expresión que queremos re-
solver en el prompt y presionamos la tecla <ENTER>. El intérprete de Python “responde” el
resultadodelaoperaciónenlalíneasiguiente,sinprompt,yluegonospresentanuevamenteel
cursorparaescribirlasiguienteorden.
>>> 2+3
5
>>>
Python permite utilizar las operaciones +, -, *, / (división entera), y ** (potencia-
ción). La sintaxis es la convencional (valores intercalados con operaciones), y se pueden usar
paréntesisparamodificarelordendeasociaciónnaturaldelasoperaciones(potenciación,pro-
ducto/división,suma/resta).
>>> 5*7
35
>>> 2+3*7
23
>>> (2+3)*7
35
>>> 10/5
2
>>> 5**2
25
>>>
Otra orden sencilla de Python permite indicarle al intérprete que escriba o “imprima” por
pantallaunapalabraofrase,quellamaremoscadenadetexto.
>>> print ’Hola’
Hola
>>> print ’Como estan?’
Como estan?
>>> print "Bienvenidos y bienvenidas a este curso!"
Bienvenidos y bienvenidas a este curso!