Programación en general: el mundo de los algoritmos
¿Qué es un Algoritmo?
Un algoritmo es un conjunto de instrucciones estructuradas que tienen como objetivo resolver un problema. Los algoritmos están presentes en nuestra vida cotidiana en multiples campos, desde una receta de cocina que nos indica que ingredientes necesitamos, en que orden y como debemos prepararlos para obtener el plato deseado; pasando por las instrucciones de montage de un LEGO o un mueble de IKEA; una partitura musical, que indica que notas tocar para reproducir una determinada pieza o una guía de color, que nos dice, que tenemos que mezclar azul y amarillo para obtener verde.
Estas instrucciones o algoritmos pueden representarse/implementarse utilizando diferentes lenguajes y estructuras (códigos de representación).
Por ejemplo:
- Mezclando azul y amarillo obtendremos verde. Si a ese verde le añadimos blanco sera verde claro, pero si le añadimos negro sera verde oscuro.
+blanco = verde claro
- Azul + Amarillo = Verde <
+negro = verde oscuro
+ [ ] = [ ]
- [ ] + [ ] = [ ] <
+ [ ] = [ ]
En computación, los programas son algoritmos escritos en un lenguaje especifico y comprensible para la máquina, ya que, es la maquina la que tiene que realizar esas acciones.
Al igual que en el ejemplo anterior, en el que hemos escrito con tres códigos de representación diferentes el algoritmo que resuelve el problema '¿cómo crear color verde?', en la programación pasa igual, y existen múltiples estructuras, lenguajes y entornos, que nos permitirán implementar el algoritmo que solucione nuestro problema.
Es muy importante tener siempre en mente que EN PROGRAMACIÓN NO HAY UN SOLO CAMINO CORRECTO :)
Programar es un proceso creativo y constructivo, en el que, de diferentes formas, se pueden obtener resultados equivalentes. Aunque siempre podrá haber diferencias en los costes, tanto de tiempo como de memoria.
Existen muchos lenguajes de programación diferentes y aunque unos y otros frecuentemente tienen elementos en común, cada lenguaje se rige por sus reglas específicas. Esto implica que un comando o elemento que funciona en un lenguaje puede no funcionar en otro, o funcionar de otra manera; por lo que tendremos que conocer y tener en cuenta, en cada caso, los códigos de representación del lenguaje y el entorno en el que estemos programando.
Ejemplo de cómo imprimir en 4 lenguajes diferentes la misma frase "Hello World":
Figura 1. "Hello World" en cuatro lenguajes diferentes (C, C++, Java, Python)
Ejercicio 1 : Busca 2 ejemplos de algoritmos en tu vida cotidiana y represéntalos con dos códigos diferentes.
¿Qué es la programación?
La programación informática, se refiere al proceso de construcción de estos grupos de instrucciones, para que sean procesadas por un ordenador o microcontrolador. La programación, se basa en flujos de datos que se almacenan, comprueban y transforman de manera estructurada.
En un sistema computacional vamos a tener elementos de dos tipos: el software, que es la parte inmaterial, y el hardware, que es la parte material.
El software, son los componentes lógicos ("Software", 2022), las instrucciones o algoritmos, es decir, los programas que serán seguidos por el hardware. El hardware, son los componentes físicos que constituyen el ordenador/computadora (disco duro, tarjeta gráfica, pantalla, ratón, altavoz, cámara ...). El software, le dice al ordenador lo que tiene que hacer, para lograr el resultado deseado. El software es el ADN de la máquina. No obstante, pese a que esta distinción está ampliamente extendida, en realidad, no está tan claro dónde debe situarse la línea que establece la diferencia entre hardware y software.
Lo que sí está claro es que esta combinación de hardware y software constituye el sistema, es decir, la infraestructura que permitirá que los datos introducidos en un programa, a los que se conocen como inputs/inlets/entrada, sean procesados, es decir, que sean comprobados, leídos, almacenados, modificados.
El resultado que este programa proporciona se conoce como output/outlet/salida. Esta terminología y estructura (entrada -> proceso -> salida), se aplica también, a los procesos internos de los programas, ya que, un programa está constituido por otros programas, que son, multiples procesos conectados e interrelacionados.
Esta idea de entrada y salida de datos, nos va a acompañar durante todo el curso, ya que, en nuestros proyectos vamos a trabajar con un conjunto de datos de entrada, que nos permitirán obtener un resultado o salida. Generalmente, todo proceso tiene una entrada de datos (input), un procesamiento, durante el cual se realizan acciones con esos datos, y una salida de datos(output) que es el resultado del proceso. Programar es la acción de construir esos programas para ordenador (Scratch, 2022).
Para explicar y hacer más comprensible cómo funcionan los algoritmos, suelen emplearse metáforas. Así, es posible establecer similitudes entre algo tan abstracto, como es la programación, con procesos que nos resultan más familiares. Vamos a tomar como metáfora los sistemas hidrográficos: ríos, arroyos, pozos, lagos, meandros, y las infraestructuras que el ser humano introduce en estos sistemas fluviales para modificar el curso y estado del agua: presas, centrales hidroeléctricas, sistemas de canalización para el riego, acueductos o simples marcas en la pared de un canal, para medir el nivel del agua y obtener información acerca del crecimiento de los ríos.
Figura 2. Mapa de embalses de la cuenca del Ebro.
Por ejemplo:
En Zaragoza el nivel del agua del rio se mide una vez (Proceso 0: contar) todos los días (Proceso 1: comparar) y se apunta en una libreta (Proceso 2: almacenar). Este nivel, ha de ser siempre superior a 50 (Proceso 3: comparar). Cuando el nivel de agua en Zaragoza, desciende por debajo de 50, se avisará al embalse (Proceso 4.1.1: enviar información) para que deje salir más agua (Proceso 4.1.2: cambiar), si el nivel de agua no ha bajado por debajo de 50, no se avisara al embalse y el agua que deja salir este, seguirá siendo la misma (Proceso 4.2: no cambiar). Nombre descriptivo de este programa: Comprobación del estado del agua en Zaragoza, y estado del embalse en función de esa comprobación.
El agua de este sistema hidrográfico va a ser los datos. Y las infraestructuras introducidas por el ser humano para controlar estas aguas van a ser los programas que procesaran estos datos. De esta manera, iremos encadenando procesos por los que los datos pasan para conseguir nuestro objetivo.
Ejercicio 2: Identifica y etiqueta los diferentes procesos que conforman los algoritmos que has elegido para el ejercicio 1. Por etiqueta, nos referimos a que clasifiques estos procesos como en el ejemplo anterior, en función del tipo de acción que se realiza en cada proceso, utilizando categorías como comparar, almacenar o cualquier otra que se te ocurra.
Figura 3. Un gráfico de un lenguaje de programación visual llamado "Bolt" en funcionamiento.
En la Figura 3. podemos ver un ejemplo animado de programación gráfica, que visualmente, se asemeja al mapa de la cuenca hidrográfica del Ebro de la Figura 2. Vemos cajitas conectadas por unas líneas, a través de las cuales, unas bolitas se desplazan de una caja a otra. Cada una de las cajitas representa un proceso, y las bolitas son los datos que entran por la parte izquierda de una cajita, en la cajita son procesados, y salen por la parte derecha en dirección a otra cajita. La dirección del desplazamiento de las bolitas, indica la dirección de los datos a través de estos procesos, que en este caso fluyen de izquierda a derecha, y es en este orden en el que se procesan.
Vemos que la salida de una sola cajita, puede estar conectada con las entradas de varias cajitas, ya que, el mismo resultado de un proceso puede alimentar varios procesos (Cajita Time). Y que, un proceso puede tener varios datos de entrada diferentes, que proceden de diferentes procesos previos (Cajita Select).
Figura 5. Detalle de la figura 3. que muestra que un proceso puede tener varios outlets.
Y aunque en la Figura 5, no haya ninguna cajita con más de una de sus salidas conectadas a otras cajitas, vemos que una cajita o un proceso, pueden tener varias salidas diferentes (Cajitas "Expose Color" y "Material Set Color"). Cada salida, sera el resultado de un proceso distinto, llevado a cabo con los mismos datos de entrada.
Recordar, que cada lenguaje y entorno, tienen sus normas y por lo tanto el ejemplo de las Figuras 3, 4 y 5 también.
Diferencia entre datos e información
Un dato es una representación simbólica (numérica, alfabética, algorítmica, espacial, etc.) de un atributo o variable cuantitativa o cualitativa ("Dato", 2022), o sea: la descripción codificada de un hecho empírico, un suceso, una entidad (Equipo editorial, Etecé, 2021).
Para que los datos tengan sentido para nosotros, han de ser puestos en contexto, por si solos no significan nada.
Ejemplo de datos:
(19,25), (2022), (54.3, 56.2, 54.1, 49.6, 52.9, 53.2, 52.6), (L, M, X, J, V, S, D), (septiembre)
(20,26), (2021), (56.1, 58.3, 59.2, 55.8, 54.7, 54.6, 55.5), (L, M, X, J, V, S, D), (septiembre)
Arriba vemos varias listas de números y caracteres, son un conjunto de datos, pero somos incapaces de saber qué representan.
Poner estos datos en contexto con otros datos: relacionarlos, compararlos, en definitiva, procesarlos; nos permite entender, que relación existe entre los datos y los hechos, sucesos o entidades que representan. Al resultado comprensible del procesamiento y contextualización de datos es a lo que llamamos información.
Ejemplo de información:
Nivel del agua del río Ebro en Zaragoza en la semana del 19 al 25 de septiembre de 2022 fue: lunes 19: 54.3 cm; martes 20: 56.2 cm; miércoles 21: 54.1 cm; jueves 22: 49.6 cm; viernes 23: 52.9 cm; sábado 24: 53.2 cm; domingo 25: 52.6 cm
Nivel del agua del río Ebro en Zaragoza en la semana del 20 al 26 de septiembre de 2021 fue: lunes 20: 56.1 cm; martes 21: 58.3 cm; miércoles 22: 59.2 cm; jueves 23: 55.8 cm; viernes 24: 54.7 cm; sábado 25: 54.6 dm; domingo 26: 55.5 cm
Tipos de datos
Numérico
Entero: Tipo de dato formado por una variable numérica que no cuenta con parte decimal ("Dato", 2020). En programación, vamos a conocer este tipo de dato como int (integer)
Ejemplo int: dia del mes = 22
Real: Tipo de dato formado por una variable numérica que puede contar con parte decimal ("Dato", 2020). En programación, vamos a conocer este tipo de dato como float
Ejemplo float: altura del agua = 49.6
Una variable de tipo float, siempre va a poder representar números enteros y decimales, sin embargo, una variable de tipo int, solo podrá representar números enteros.
Texto
Caracter: Tipo de dato formado por una unidad o símbolo que puede ser una letra, un número, una mayúscula o un signo de puntuación. En programación, vamos a conocer este tipo de dato como char (character).
Ejemplo char: dia de la semana = J
Cadena: Tipo de dato formado por un conjunto de caracteres dispuestos de forma consecutiva que se representa entre comillas. En programación, vamos a conocer este tipo de dato como string.
Ejemplo string: nombre del mes del año = "septiembre"
Una variable de tipo texto, tanto carácter como cadena, también puede representar números enteros y decimales, sin embargo estos serán entendidos por el programa como datos textuales, no como datos numéricos.
Lógico
Boolean: Tipo de dato que puede representar dos valores: verdadero o falso.
Ejemplo boolean: El jueves 22 de 2022 el nivel del agua del rio Ebro en Zaragoza supera los 50 cm = Falso
Ejercicio 3: Identifica y separa los datos de la información que has incluido en los algoritmos que has elegido para el ejercicio 1. Una vez tengas los datos separados, indica que tipo de datos son en tu algoritmo.
Figuras:
Figura 1: Tomada de "Hello World in Python | Python Program to Print Hello World" por FACE prep https://dev.faceprep.in/python/hello-world-in-python/
Figura 2: Tomada de "Mapas Temáticos" por Confederación Hidrográfica del Ebro https://www.chebro.es/ca/mapas-tematicos
Figura 3: Tomada de "Visualize that! Behind the scenes with Bolt for Visual Scripting" por Unity bloghttps://blog.unity.com/games/visualize-that-behind-the-scenes-with-bolt-for-visual-scripting
Figura 4: Tomada y recortada de "Visualize that! Behind the scenes with Bolt for Visual Scripting" por Unity bloghttps://blog.unity.com/games/visualize-that-behind-the-scenes-with-bolt-for-visual-scripting
Figura 5: Tomada y recortada de "Visualize that! Behind the scenes with Bolt for Visual Scripting" por Unity bloghttps://blog.unity.com/games/visualize-that-behind-the-scenes-with-bolt-for-visual-scripting
Referencias:
Dato. (2020, octubre 1). Equipo editorial, Etecé (Ed.), En Enciclopedia Concepto. Consultado el 19 septiembre 2022 en https://concepto.de/dato/
Dato. (2022, Septienbre 2) En Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Dato
Dato en informática. (2021, agosto 5). Equipo editorial, Etecé (Ed.), En Enciclopedia Concepto. Consultado el 19 septiembre 2022 en https://concepto.de/dato-en-informatica/
Pure Data (2022). Pure Data home. [Website/Pagina web] Pure Data. Consultado el 16 Agosto 2022 en http://puredata.info/
Scratch (n.d). Programming. Scratch wiki. Retrieved August 17, 2022 https://en.scratch-wiki.info/wiki/Programming
Software. (2022, Agosto 15). In Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Software