Scurtă teorie și exemple

În această lecție, vom introduce (foarte) pe scurt paradigmele de programare și vom începe să învățăm Python. Studenții avansați pot sări direct la exercițiile medii sau grele.

Introducere

O paradigmă de programare este o caracteristică prin care se pot clasifica limbajele de programare, în funcție de modul în care se exprimă programele scrise folosind limbajele respective.

Așa cum într-un limbaj natural avem propoziții și fraze de mai multe feluri (enunțiative, interogative, exclamative etc.), la fel și în cazul limbajelor de programare putem exprima același lucru în mai multe moduri.

Ca o mică paranteză teoretică, trebuie ținut cont de faptul că orice limbaj (fie el natural sau de programare) are două componente fundamentale: sintaxa și semantica. Prima se ocupă cu „aspectul“ limbajului, cu regulile după care se pot forma cuvintele, în sens general, iar cea de-a doua, cu sensul acestor cuvinte.

Astfel, de exemplu, în limbajul de programare C++, expresia itn x; folosită pentru a declara o variabilă întreagă x este greșită sintactic, deoarece cuvîntul itn nu este acceptat de compilator (așteptînd, de fapt, int). Iar expresia x++; este corectă sintactic, avînd semantica de incrementare a valorii stocate în variabila x cu o unitate.

În limbajul natural, de exemplu, în limba română, cuvîntul x12 este greșit, pentru că sintaxa limbii române nu permite și litere, și cifre într-un cuvînt. Iar cuvîntul program este corect sintactic, avînd semantica obișnuită pe care o găsiți în dicționar.

Așadar, revenind la paradigme de programare, nu faceți confuzia între diferențele de sintaxă și cele de paradigmă! De exemplu, o diferență de sintaxă între Python și C++ este x += 1 și x++;, însă o diferență de paradigmă este că într-un limbaj precum Python putem scrie imperativ (vezi mai jos) o incrementare simplă sub forma:

x += 1

în timp ce într-un limbaj funcțional ca Haskell putem scrie o funcție care face același lucru:

Module Increment where

f :: Integer -> Integer
f = add1

Diferența importantă este că într-un limbaj funcțional definim funcții, care trebuie apelate pentru a produce vreun rezultat. Mai multe detalii, mai jos. Reținem deocamdată că diferența de paradigmă este altceva față de diferența de sintaxă.

Paradigme de programare

Principala clasificare este între paradigma imperativă și cea declarativă.

În cazul unui program imperativ, programatorul scrie exact ce vrea să rezolve și cum. Dă instrucțiuni compilatorului (sau interpretorului), care să fie urmate imperativ.

Într-un program declarativ, programatorul declară, caracterizează rezultatul, dar nu instruiește compilatorul cum să ajungă la acel rezultat. Din acest punct de vedere, un limbaj de programare declarativă are o vedere superioară celor imperative.

Clasificarea continuă, iar limbajele imperative se împart în:

• procedurale: în care se pune accentul pe funcții și proceduri;

• orientate pe obiecte, în care starea mașinii este caracterizată cu ajutorul unor abstracții precum clase și obiecte.

Limbajele declarative se împart în:

• funcționale, în care se lucrează cu funcții și compunerea lor;

• logice, care folosesc inferențe logice în loc de instrucțiuni;

• matematice, concentrate pe probleme de optimizare numerică;

• reactive, care fac legături între obiectele de lucru și „reacționează“ la schimbări ulterioare.

Majoritatea limbajelor de programare populare suportă mai mult de o paradigmă. De exemplu, în Python și C++ -- care sînt privite drept limbaje imperative, în general -- se poate lucra cu metode funcționale, folosind expresii lambda. În Python, puteți citi aici, cum funcționează, iar în C++, aici.

Unul dintre cele mai cunoscute limbaje funcționale este Haskell, care are proprietatea de a fi pur, adică suportă numai paradigma funcțională și se preferă un stil de codare care să nu aibă efecte secundare. Cu alte cuvinte, se descurajează programarea care să afișeze valori sau să producă efecte altfel decît prin aplicarea funcțiilor asupra argumentelor.

IMPORTANT: În cadrul acestui laborator, puteți lucra cu orice limbaj de programare doriți și orice paradigmă preferați. Exemplele pe care le veți întîlni vor fi scrise în Python, cu o paradigmă procedurală.

Introducere în Python

Python este un limbaj interpretat. Aceasta înseamnă că se poate rula „dinamic“ un program scris în Python și nu este nevoie să se compileze după fiecare modificare, iar apoi să se ruleze executabilul. Mai mult, un program scris în Python poate fi rulat chiar și pe bucăți, dacă are sens.

În general, Python, la bază, nu este un limbaj axat pe performanță, însă poate fi compilat către C sau C++ (folosind, de exemplu, Cython) și se pot folosi diverse alte metode de optimizare.

Principala caracteristică a Python este lizibilitatea. Este o trăsătură de design impusă de la început de Guido van Rossum, cel care a creat limbajul. Astfel, codul în Python este ușor de citit și nu folosește foarte multe semne de delimitare. În locul acoladelor din C și C++ se folosește indentarea de 4 spații. În exemplul de mai jos, puteți ghici ușor ce se întîmplă, chiar dacă nu sînteți familiarizați cu limbajul:

import math

def estePrim(x):
	for d in range(2, math.sqrt(x) + 1):
		if x % d == 0:
			return 0
	return 1

x = int(input("Introduceți un număr: "))
if estePrim(x):
	print(f"{x} este prim.")
else:
	print(f"{x} nu este prim.")

Mai departe, pentru a vă familiariza cu limbajul, propun să parcurgeți exemplele incluse. Acestea conțin și suficiente comentarii care clarifică ce se întîmplă și vă încurajez să scrieți (nu să copiați) codul și să-l rulați pe calculatorul vostru. De asemenea, după ce ați înțeles modul de funcționare, vă puteți gîndi și la variații, adică să faceți modificări în cod care să rezolve o problemă similară.

Exemple

• cmmdc pentru o listă de elemente;

• operații simple cu string;

• criptosistemul Caesar;

• rezolvarea ecuației de gradul al doilea, cazul rădăcinilor reale;

• 6/49.

Tutoriale

Cei care preferă să citească și să exerseze pornind de la tutoriale, recomand cîteva:

• @ w3 Schools;

• @ python.org;

• @ tutorialspoint;

• @ learnpython.org;

• @ pythontutorial.net;

• @ geeksforgeeks;

• @ Harvard.

Sau, dacă preferați o carte, recomand pe cea a lui Gaddis.

Exerciții

Aici.