kỹ thuật lập trình

2.2 Lập trình hướng đối tượng• Aây dựng dựa trên nền tảng khái niệm lập trình có cấu trúc • Phân chia bài toán thành các đối tượng và bài toán đi giải quyết mối quan hệ giữa các đối tư

Kỹ thuật lập trình

Giảng viên: Đỗ Tuấn Anh

323 C1 ĐHBK Hà Nội

Điện thoại: 0989095167

• Tìm hiểu các thao tác vào ra

Nội dung trình bày

• Chương 4: Lập trình hướng đối tượng

• Chương 5: Thao tác vào ra với tệp tin

Tài liệu tham khảo

• [1] Data Structures and

Algorithm Analysis in C

– Mark Allen Weiss

• [2] Cấu trúc dữ liệu và giải

trúc dữ liệu trên Pascal

– Lê Minh Trung

Chương 1: Mở đầu

• Giới thiệu ngôn ngữ lập trình

1 Lịch sử phát triển

2 Các mô hình ngôn ngữ lập trình

2 Phân loại (tiếp)

• Mệnh lệnh

– Thủ tục: Fortran (1957), Pascal (1970), C(1971), …

– Đối tượng: Smalltalk (1969), C++(1983), Java(1991), C#(2000),…

– Song song: Ada, Occam(1982), C-Linda

2 Phân loại (tiếp)

• Đặc điểm của ngôn ngữ mệnh lệnh

– Diễn đạt thuật toán sử dụng tập các trạng thái.

– Aử lý lần lượt

– Khai báo dữ liệu

– Kiểu dữ liệu cơ bản, và kiểu dữ liệu mới

– Hai kiểu dữ liệu có cùng tên thì tương đương

– Thay đổi trạng thái thông qua lệnh gán

– Cấu trúc điều khiển là tuần tự

– Chương trình con: hàm, thủ tục với truyền tham số – Hiệu ứng phụ khi sử dụng chương trình con

– Bốn mức: Khối, CT con, module, chương trình

• Đặc điểm của ngôn ngữ khai báo

– Sử dụng các hàm suy luận

– Đánh giá một biểu thức

2.1 Lập trình cấu trúc

• Chương trình được tổ chức theo các công việc cần thực hiện, phân chia chương trình theo chức năng.

2.2 Lập trình hướng đối tượng

• Aây dựng dựa trên nền tảng khái niệm lập trình có cấu trúc

• Phân chia bài toán thành các đối

tượng và bài toán đi giải quyết mối

quan hệ giữa các đối tượng

• Các khái niệm

– Class

• Method

• Properties– Object

– Bài tập: Viết một chương trình

• Đọc dữ liệu từ file văn bản VB.TAT

• Liệt kê các từ có trong văn bản và đếm xem

có bao nhiêu lần từ đó xuất hiện và xem nó hiển thị ở trang bao nhiêu (mỗi trang 25 dòng)

Khái niệm

Software

Program 2 Program 1

Ngôn ngữ cấp trung

Ngôn ngữ cấp cao

Ngôn ngữ hợp ngữ

C

Cấu trúc chương trình C

main()

• Chương trình C được chia nhỏ thành những đơn vị gọi là hàm

• Không kể có bao nhiêu hàm trong

chương trình, Hệ điều hành luôn trao quyền điều khiển cho hàm main() khi một chương trình C được thực thi.

• Theo sau tên hàm là dấu ngoặc đơn

• Dấu ngoặc đơn có thể có chứa hay không chứa những tham số

Biên dịch và thi hành chương trình

15

Định danh

• Tên của các biến (variables), các hàm (functions), các nhãn (labels) và các đối tượng khác nhau do người dùng định nghĩa gọi là định danh

• Các định danh trong C có phân biệt chữ hoa và chữ thường

Các nguyên tắc đặt tên định danh

Tên biến phải bắt đầu bằng một ký tự alphabet Nên tránh đặt tên biến trùng tên các từ khoá

Theo sau ký tự đầu có thể là các ký tự chữ, số …

Tên biến nên mô tả được ý nghĩa của nó

Tránh dùng các ký tự gây lầm lẫn

Nên áp dụng các quy ước đặt tên biến chuẩn khi lập trình

Kiểu dữ liệu cơ bản

void

char double

Kiểu dữ liệu cơ bản

float int

Những kiểu dữ liệu dẫn xuất

int

( chiếm ít bộ nhớ hơn int )

Kiểu dữ liệu dẫn xuất

Kiểu dữ liệu & phạm vi giá trị

Kiểu Dung lượng

tính bằng bit

Phạm vi

Biểu thức (Expressions)

Sự kết hợp các toán tử và các toán hạng

Toán hạng Toán Tử

Toán tử gán

Toán tử gán (=) có thể được dùng với bất kỳ biểu thức C hợp lệ nào

(Toán tử gán)

Bốn Kiểu Toán Tử

Số học (Arithmetic)

Quan hệ

(Relational)

Logic (Logical)

Nhị phân (Bitwise)

Vào ra trong C

ƒ #include <stdio.h>

• Đây là câu lệnh tiền xử lý

ƒ stdio.h là tập tin header (header file)

ƒ Chứa các macro sử dụng cho nhiều hàm nhập/xuất trong C

ƒ Các macro trong stdio.h giúp các hàm printf(), scanf(), putchar(), getchar() thực thi

Các cấu trúc điều khiển

Lệnh IF

• if (expression)

statement; else

statement;

Lệnh switch

ƒ initialize counter là một lệnh gán để khởi tạo biến điều

khiển của vòng lặp trước khi đi vào vòng lặp

ƒ conditional test là một biểu thức quan hệ để chỉ định

khi nào vòng lặp sẽ kết thúc

• re-evaluation parameter định nghĩa cách thức thay đổi

của biến điều khiển vòng lặp mỗi khi vòng lặp được

thực thi

Vòng lặp Do…While

ƒ Trong vòng lặp do while phần thân của vòng lặp

được thực thi trước khi biểu thức điều kiện được kiểm tra

ƒ Khi điều kiện mang giá trị False, vòng lặp do while

sẽ được kết thúc, và điều khiển chuyển đến lệnh xuất hiện ngay sau lệnh while

• Cú pháp

do{

statement;

} while (condition);

Contrỏ

Chương II: Đệ qui

• 1 Mô tả đệ qui

• 2 Bài toán đệ qui

• 3 Khử đệ qui

1 Mô tả đệ qui

• 1.1 Khái niệm về đệ qui

• 1.2 Các loại đệ qui

• 1.3 Mô tả đệ qui các cấu trúc dữ liệu

• 1.4 Mô tả đệ qui các giải thuật

• 1.5 Các dạng đệ qui đơn giản thường gặp

1.1 Khái niệm về đệ qui

• Mô tả mang tính đệ qui về một đối

tượng là mô tả theo cách phân tích đối tượng thành nhiều thành phần mà

trong số các thành phần có thành phần mang tính chất của chính đối tượng được mô tả

• Tức là mô tả đối tượng qua chính nó

1.1 Khái niệm về đệ qui

• Mô tả đệ quy tập số tự nhiên N :

– Số 1 là số tự nhiên ( 1 - N).

– Số tự nhiên bằng số tự nhiên cộng 1.

• Mô tả đệ quy cấu trúc ds(list) kiểu T :

– Cấu trúc rỗng là một ds kiểu T.

– Ghép nối một thành phần kiểu T(nút kiểu

T ) với một ds kiểu T ta có một ds kiểu T.

• Mô tả đệ quy cây gia phả : Gia phảcủa một người bao gồm người đó vàgia phả của cha và gia phả của mẹ

1.1 Khái niệm về đệ qui

• Mô tả đệ quy thủ tục sắp tăng dãy

• a[m:n] ( dãy a[m], a[m+1], , a[n] ) bằng phương pháp Sort_Merge (SM):

• SM (a[m:n]) ≡ Merge ( SM(a[m :

(n+m) div 2]) , SM (a[(n+m) div 2 +1 : n] )

– Với : SM (a[x : x]) là thao tác rỗng

(không làm gì cả )

– Merge (a[x : y] , a[(y+1) : z]) là thủ tục trộn 2 dãy tăng a [x : y] , a[(y+1) : z] để được một dãy a[x : z] tăng

1.1 Khái niệm về đệ qui

• Mô tả đệ qui hàm giai thừa

1.1 Khái niệm về đệ qui

• Mô tả đệ qui gồm hai phần

– Phần neo:trường hợp suy biến của đối tượng

• Ví dụ: 1 là số tự nhiên, cấu trúc rỗng là ds

kiểu T, 0 ! = 1 , SM (a[x:x]) là thao tác rỗng.

– Phần quy nạp: mô tả đối tượng (giải

thuật) thông qua chính đối tượng (giải thuật ) đó một cách trực tiếp hoặc gián tiếp

• Ví dụ:

n! = n * (n – 1) !

SM (a[m:n]) ≡ Merge (SM (a[m:( m+n) div 2] ,

SM (a[(m+n) div 2 +1 : n]) )

1.2 Các loại đệ qui

• Đệ quy trực tiếp là loại đệ quy mà

đối tượng được mô tả trực tiếp qua nó– A mô tả qua A, B, C, trong đó B, C, không chứa A

• Đệ quy gián tiếp là loại đệ quy mà

đối tượng được mô tả gián tiếp qua nó– A mô tả qua A1 ,A2 , , An Trong đó cómột Ai được mô tả qua A

1.3 Mô tả đệ qui các cấu trúc dữ liệu

• Cấu trúc dữ liệu có tính đệ quy thường gồm một

số thành phần dữ liệu cùng kiểu được ghép nối theo cùng một phương thức

• Ví dụ :

– Mô tả đệ quy cây nhi phân :Cây nhi phân kiểu T

• Hoặc là một cấu trúc rỗng (phần neo).

• Hoặc là một nút kiểu T (nút gốc) và 2 cây nhị phân kiểu T rời nhau (cây con nhị phân phải, cây con nhị phân trái) kết hợp với nhau

– Mô tả đệ quy mảng nhiều chiều :

• Mảng một chiều là dãy có thứ tự các thành phần cùng kiểu

• Mảng n chiều là mảng 1 chiều mà các thành phần có kiểu mảng n-1 chiều

1.4 Mô tả đệ qui các giải thuật

• Giải thuật đệ qui

– Giải thuật đệ quy là giải thuật có chứa thao tác gọi đến nó

– Đặc điểm: mô tả một dãy lớn các thao tác bằng một số ít các thao tác trong đó có chứa thao tác gọi lại giải thuật (gọi đệ quy)

– Biểu diễn giải thuật đệ qui

1.4 Mô tả đệ qui các giải thuật

• Dãy các giai thừa : { n! } ? 1 ,1 , 2 , 6 , 24 , 120

– Ký hiệu FAC(n ) = n !

• FAC(0 ) = 1 ; ( 0 ! = 1 )

• FAC(n ) = n * FAC(n - 1 ) ; ( n ! = n * (n - 1 ) ! ) với n >= 1

• Giải thuật đệ quy tính FAC(n ) là :

– FAC(n )

– if (n = 0 ) then return 1 ;

– else return (n * FAC(n - 1 )) ;

1.4 Mô tả đệ qui các giải thuật

• Dãy số Fibonaci(FIBO) :{ FIBO (n) } ≡ 1 ,1 , 2 ,

3 , 5 , 8 , 13 , 21 , 34 , 55 , 89 , 144 , 233 , 377 ,

– FIBO(0 ) = FIBO (1 ) = 1 ;

– FIBO(n ) = FIBO (n - 1 ) + FIBO ( n - 2 ) ; với n > = 2

• Giải thuật đệ quy tính FIBO ( n ) là :

– FIBO(n)

– if ((n = 0 ) or ( n = 1 )) then return 1 ;

– else return ( FIBO (n - 1) + FIBO (n - 2)) ;

1.5 Các dạng đệ qui đơn giản thường gặp

• Đệ qui tuyến tính: là dạng đệ qui trực tiếp đơn giản nhất có dạng

– P Ù {

– If (B) thực hiện S;

– else { thực hiện S* ; gọi P }

– }

Với S , S* là các thao tác không đệ quy

Ví dụ:Hàm FAC(n) tính số hạng n của dãy n!

– Dạng hàm trong ngôn ngữ mã giả :

• { Nếu n = 0 thì FAC = 1 ; /* trường hợp neo*/

• Ngược lại FAC = n*FAC(n-1) }

1.5 Các dạng đệ qui đơn giản thường gặp

• Chương trình con tính USCLN của 2 số dựa vào thuật toán Euclide

– Dạng hàm trên ngôn ngữ toán học

• USCLN(m , n ) = USCLN(n , m mod n ) khi n ≠ 0

• USCLN(m , 0) = m– Dạng hàm trong C++ :

• int USCLN( int m , int n )

• { if(n == 0 ) return (m) ;

• else return ( USCLN( n , m mod n)) ; }

1.5 Các dạng đệ qui đơn giản thường gặp (tiếp)

• Đệ qui nhị phân: là đệ qui trực tiếp có dạng như

Với S , S* là các thao tác không đệ quy

Ví dụ : Hàm FIBO(n) tính số hạng n của dãy

1.5 Các dạng đệ qui đơn giản thường gặp (tiếp)

• Đệ qui phi tuyến: là đệ quy trực tiếp mà lời gọi đệ quy được thực hiện bên trong vòng lặp.

Với S , S* là các thao tác không đệ quy

– Ví dụ: Cho dãy { An } xác định theo công thức truy

hồi :

A0 = 1 ; An = n2 A0 +(n-1)2 A1 + + 22 An-2 + 12 An-1

1.5 Các dạng đệ qui đơn giản thường gặp (tiếp)

• Dạng hàm đệ quy tính An trên ngôn ngữ C++ là :

2 Bài toán đệ qui

• 2.1 Tìm giải thuật đệ qui

• 2.2 Một số bài toán giải bằng đệ qui

2.1 Tìm giải thuật đệ qui

• Thực hiện 3 bước

– Thông số hóa bài toán

– Tìm các trường hợp neo cùng giải thuật giải tương ứng– Tìm giải thuật giải trong trường hợp tổng quát bằng phân rã bài toán theo kiểu đệ quy

2.1 Tìm giải thuật đệ qui

• Thông số hóa bài toán

– Tổng quát hóa bài toán cụ thể cần giải thành bài toán tổng quát (một họ các bài toán chứa bài toán cần giải )– Tìm ra các thông số cho bài toán tổng quát

• các thông số điều khiển: các thông số mà độ lớn của chúng đặc trưng cho độ phức tạp của bài toán , và giảm đi qua mỗi lần gọi đệ qui.

– Ví dụ

• n trong hàm FAC(n) ;

• a , b trong hàm USCLN(a,b)

2.1 Tìm giải thuật đệ qui (tiếp)

• Phát hiện trường hợp suy biến

– trường hợp suy biến của bài toán tổng quát

– các trường hợp tương ứng với các gía trịbiên của các biến điều khiển

2.1 Tìm giải thuật đệ qui (tiếp)

• Phân rã bài toán tổng quát theo phương thức đệ qui

– Tìm phương án (giải thuật ) giải bài toán trong trường hợp tổng quát phân chia nó thành các thành phần

• giải thuật không đệ quy

• bài toán trên nhưng có kích thước nhỏ hơn.

• Ví dụ

– FAC(n) = n * FAC(n -1)

– Tmax(a[1:n]) = max(Tmax(a[1:(n-1)]) , a[n] )

2.2 Một số bài toán giải bằng đệ qui

• Bài toán tháp Hà Nội

• Bài toán chia phần thưởng

• Bài toán hoán vị

2.2 Một số bài toán giải bằng đệ qui (tiếp)

• Bài toán tháp Hà Nội

– Truyền thuyết kể rằng : Một nhà toán học Pháp sang thăm Đông Dương đến một ngôi chùa cổ ở Hà Nội thấy các vị sư đang

chuyển một chồng đĩa qúy gồm 64 đĩa với kích thước khác nhau

từ cột A sang cột C theo cách :

• Mỗi lần chỉ chuyển 1 đĩa

• Khi chuyển có thể dùng cột trung gian B

• Trong suốt qúa trình chuyển các chồng đĩa ở các cột luôn được xếp đúng (đĩa có kích thước bé được đặt trên đĩa có kích thước lớn )

– Khi được hỏi các vị sư cho biết khi chuyển xong chồng đĩa thì đến ngày tận thế !

• Phân tích

– Với chồng gồm n đĩa cần 2 n - 1 lần chuyển

– Giả sử thời gian để chuyển 1 đỉa là t giây thì thời gian để chuyển xong chồng 64 đĩa sẽ là :

– T = ( 2 64 -1) * t = 1.84 10 19 t

– Với t = 1/100 s thì T = 5.8*109 năm = 5.8 tỷ năm

Bài toán tháp Hà Nội

• Giải bài toán bằng đệ qui

– Thông số hóa bài toán

• Xét bài toán ở mức tổng quát nhất : chuyển n (n>=0) đĩa từ cột A sang cột C lấy cột B làm trung gian

• THN(n ,A ,B,C) -> với 64 đĩa gọi THN(64,A ,B,C)

• n sẽ là thông số quyết định bài toán – n là tham số điều khiển– Trường hợp suy biến và cách giải

• Với n =1 : THN (1,A,B,C)

– Giải thuật giải bài toán THN (1,A,B,C) là thực hiện chỉ 1 thao tác cơ bản : Chuyển 1 đĩa từ A sang C ( ký hiệu là Move (A , C) )

• THN(1,A,B,C) ≡ { Move( A, C ) }

• THN(0, A,B,C) ≡ { φ }

Bài toán tháp Hà Nội

• Phân rã bài toán

– Ta có thể phần rã bài toán TH N (k,A,B,C) : chuyển k đĩa từ cột A sang cột C lấy cột B làm trung gian thành dãy tuần tự 3 công việc sau :

• Chuyển (k -1) đĩa từ cột A sang cột B lấy cột C làm trung gian :

– THN (k -1,A,C,B) (bài toán THN với n = k-1,A= A , B = C , C

Bài toán tháp Hà Nội

• Vậy giải thuật trong trường hợp tổng quát (n > 1)

Bài toán tháp Hà Nội

• Độ phức tạp của bài toán

– Với n đĩa , gọi f(n) là số các thao tác chuyển một đĩa

• Ta có : f(0) = 0

• f(1) =1

• f(n) = 2f(n -1) + 1 với n > 0– Do đó: f(n) = 1+ 21 + 22 + + 2n-1 = 2n - 1

Bài toán tháp Hà Nội

• void THN( int n , char X,Y,Z) {

Bài toán chia phần thưởng

• Có 100 phần thưởng đem chia cho

12 học sinh giỏi đã được xếp hạng

Có bao nhiêu cách khác nhau để thực hiện cách chia?

• Tìm giải thuật giải bài toàn bằng

phương pháp đệ quy

Bài toán chia phần thưởng

• Giải bài toán bằng đệ qui

– Nhìn góc độ bài toán tổng quát: Tìm số cách chia

m vật (phần thưởng ) cho n đối tượng (học sinh )

Bài toán chia phần thưởng

• Các trường hợp suy biến

– m = 0 : mọi học sinh đều nhận được 0 phần thưởng

PART(0 , n ) = 1 với mọi n

– n = 0 , m <> 0 : không có cách chiaPART(m , 0 ) = 0 với mọi m <> 0

Bài toán chia phần thưởng

• Phân rã bài toán trong trường hợp

tổng quát

– m < n : n - m học sinh xếp cuối sẽ luôn không nhận được gì cả trong mọi cách chia

Vậy: n > m thì PART(m , n ) = PART(m , m )– m>=n: là tổng

• Học sinh cuối cùng không có phần thưởng

PART(m , n -1 )

• Học sinh cuối cùng có ít nhất 1

PART(m - n , n ) Vậy: n > m PART(m , n ) = PART(m , n -1 ) + PART(m - n , n )

Bài toán chia phần thưởng

Bài toán tìm tất cả hoán vị của một dãy các phần tử

• Bài toán : In ra tất cả các hoán vị của

dãy A.

• Ví dụ:

– Với dãy A gồm N = 3 phần tử A[1] = a ,

A[2] = b , A[3] = c thì bài toán bắt phải

xuất 6 hoán vị có thể của A :

– Với n=4 thì bài toán phải xuất ra 24 hoán

vị có thể có của A

Bài toán tìm tất cả hoán vị của một dãy các phần tử

• Thông số hóa bài toán.

– Gọi HV(v, m )

• v : array[1 N ] of T

• m :integer ; m <= N

• T là một kiểu dữ liệu– Ví dụ : N = 4 , A[1] = 1 , A[2] = 2 , A[3] = 3 , A[4] =

4 thì lời gọi HV(A ,3 ) xuất tất cả hoán vị của A có được bằng cách hoán vị 3 phần tử đầu (có 6 h vị ) :

– Để giải bài toán tổng quát HV(A,N)

Bài toán tìm tất cả hoán vị của một dãy các phần tử

• Trường hợp neo

– Vơi m = 1 : HV(v,1): xuất v

• HV(v,1) ≡ print(v) ≡ for k:= 1 to N do write(v[k])

Bài toán tìm tất cả hoán vị của một dãy các phần tử

• Phân rã bài toán

– Giữ nguyên các phần tử cuối V[m] , ,V[N] hoán vị m-1

• gọi đệ quy HV(V ,m - 1)

– - Đổi chổ V[m] cho V[1] ,giữ nguyên các phần tử cuối V[m], ,V[N] hoán vị m-1 phần tử đầu

• gọi đệ quy HV(V ,m - 1)

Bài toán tìm tất cả hoán vị của một dãy các phần tử

SWAP(x , y ) là thủ tục hoán đổi giá trị của 2 đối tượng dữ liệu x ,y )

• Vậy :HV(V , m ) ≡ for k := m downto 1 do begin

– SWAP( V[m], V[k] ) ;

– HV(V,m – 1) ;

– end ;

Bài toán tìm tất cả hoán vị của một dãy các phần tử

• const size = Val ; // Val là hằng gía trị

typedef typebase vector[size] ; // typebase là một kiểu dữ liệu có thứ tự

• void Swap( typebase & x , typebase& y) {

typebase t ;

t = x ; x = y ; y = t ; }

•

• void print( const vector &A) {

for(int j= 0 ; j <size ; j++ ) cout<< A[j] ;

} }