Cap 03 - Estructuras de Control en C

Captulo 3 - Desarrollo de

Programas Estructurados

Lenguaje de Programacin

EE.GG.CC.

Introduccin (1)

Programa: Conjunto de instrucciones escritas en algn lenguaje de programacin, que permite al computador ejecutar una lista de acciones finita, predeterminada y no ambigua.

Anlisis del problema: qu nos piden resolver?

Diseo del algoritmo: pseudo cdigo o diagrama de flujo.

Elaboracin del programa en un lenguaje de programacin.

Introduccin (2)

En cursos anteriores se aprendi: Tcnica del diseo

descendente: top-down

Dividir un programa en partes ms pequeas: sub programas o mdulos

Forma de trabajo comn de Pascal y C/C++

Funcin

Principal

Funcin

Intermedia1

Funcin

Intermedia2

Funcin

Intermedia3

Funcin

Intermedia2.1

Funcin

Intermedia2.2

3.1 Qu es un programa?

Un programa es un conjunto de lneas de cdigo escritas en un lenguaje de programacin determinado.

Estructura general de un programa

Entradas Procedimiento Salidas

Cmo se resuelve un problema ?

Tener una completa comprensin del problema

Nos debemos hacer tres preguntas: Qu salidas debemos generar?

Qu entradas debemos ingresar para obtener las salidas solicitadas?

Cul es el procedimiento que debemos usar para transformar las entradas en las salidas?

Un planteamiento correcto nos evitar perder tiempo en la implementacin de algoritmos que posteriormente nos demos cuenta que son incorrectos.

3.2 Qu es un Algoritmo?

Algoritmo: procedimiento dado en trminos de

Acciones que deben realizarse

Secuencia de estas acciones

Primero se determina qu hace el programa.

Luego se determina cmo lo hace.

3.2 Qu es un Algoritmo? (2)

Se divide el problema en varios subproblemas que se solucionan de forma independiente (divide y vencers). Esto se denomina diseo modular.

En este paso es conveniente la utilizacin de diagramas de flujo o pseudocdigo.

Control del programa:

Especificar secuencia en la que los enunciados sern ejecutados

3.3 Qu es un Pseudocdigo?

Lenguaje artificial y formal que nos ayuda a desarrollar algoritmos.

Similar al lenguaje cotidiano.

No se ejecuta en la computadora.

Nos ayuda a pensar en un programa antes de escribirlo.

Fcil de convertir en un programa C

Consiste tan solo de enunciados

Representacin Grfica de un algoritmo

Smbolo de rectngulo :

Indica una accin

valo :

Indica comienzo o fin de un programa

3.4 Qu son los Diagramas de Flujo?

INICIO

Estructuras Lgicas

Todo algoritmo puede expresarse mediante 3 estructuras lgicas:

La secuencia.

La condicin.

La repeticin.

Notacin grfica

Secuencia

Condicin

Notacin grfica (2)

Repeticin

Estructura de seleccin por condicin

Estructura de Seleccin if

La estructura de seleccin if es utilizada para realizar una de dos acciones distintas en base a una condicin.

Estructuras selectivas en C: if (1)

Estructura selectiva if -else

Funcionamiento similar que en Pascal

Sintaxis: versin simple

if (expresin)

sentencia 1;

else

sentencia 2;

Diferencia con Pascal:NO SE USA LA PALABRA

THEN

Diferencia con Pascal:SE ESCRIBE ; ANTES DE ELSE

Estructuras selectivas en C: if (2)

Sintaxis: versin bloquesif (expresin)

{

..

}

else

{

..

}

Bloque de instrucciones del if

Bloque de instrucciones del else

Estructura de Seleccin if Por ejemplo, el siguiente pseudocdigo:

Si la nota del alumno es mayor o igual a 11Imprimir Aprobado

La condicin la nota del alumno es mayor o igual a 11 tiene dos posibilidades: es verdadera o es falsa.

Si la condicin es verdadera Se ejecuta la accin de imprimir y el programa contina al

siguiente enunciado

Si la condicin es falsa: El enunciado de impresin es ignorado y el programa contina al

siguiente enunciado

Estructura de Seleccin if Veamos otra vez el ejemplo:

Si la nota del alumno es mayor o igual a 11Imprimir Aprobado

Si lo traducimos al lenguaje C:if ( nota_alumno >= 11 )

printf( Aprobado\n" );

Observar que el cdigo en C se parece al pseudocdigo

La sangra permite que los programas sean ms fciles de leer, pues C ignora los espacio en blanco

Estructura if: representacin en diagrama de flujo

Estructura if es del tipo una-entrada/una-salida

verd

falso

nota >= 11 print Aprobado

En lenguaje C:

Es cero falso

No es cero verdadero

Estructura de Seleccin if/else

if

Slo realiza una accin si la condicin es verdadera

if/else

Especifica una accin a realizarse si la condicin es verdadera y otra accin si la condicin es falsa

Estructura de Seleccin if/else Otro ejemplo en pseudocdigo:

Si la nota del alumno es mayor o igual a 11Imprime Aprobado

de lo contrarioImprime Jalado

Notar las convenciones de espaciado y tabulado

Traducido a C :if ( nota >= 11 )

printf( Aprobado\n");

else

printf( Jalado\n");


Diagrama de flujo de la estructura if/else

verdfalso

print

Jalado

print

Aprobado

nota >= 11


Enunciados compuestos:

Uso de llaves

Ejemplo:

if ( nota >= 11 )

printf( Aprobado.\n );

else {

printf( jalado.\n);

printf( Debe repetir el curso.\n );}

Sin las llaves, el enunciadoprintf( Debe repetir el curso.\n );

se ejecutaria siempre

Notacin abreviada del if/else Operador condicional ternario (cond ? X :Y)

Usa tres argumentos (condicin, valor para condicin verdadera, valor para condicin falsa)

Por ejemplo: if(nota>=11)

aprobados = 1;

else

aprobados = 0;

Lo anterior se puede escribir de la siguiente manera:aprobados = (nota>=11)? 1:0;

Notacin abreviada del if/else

Tambin se puede combinar con otras funciones como por ejemplo printf().

Por ejemplo:printf("%s\n", (nota>=11)? Aprobado":Jalado");

Tambin se puede escribir de la siguiente manera:

(nota>=11)? printf( Aprobado\n ):printf( Jalado\n );

Anidacin de estructuras if/else

Se pone a prueba casos mltiples colocando estructuras if/else dentro de estructuras if/else.

Se cumple con una condicin, el resto de los enunciados se evitan.

Anidacin de estructuras if/else ejemplo

Si la nota del alumno es mayor o igual a 16Imprimir A

de lo contrario Si la nota del alumnos es mayor o igual a 12

Imprimir Bde lo contrario

Si la nota del alumno es mayor o igual a 8 Imprimir C

de lo contrario Si la nota del alumno es mayor o igual a 4

imprimir Dde lo contrario

imprimir E

Enunciado en C ifthenelse1.c

Estructuras de seleccin mltiple

La estructura de Seleccin Mltiple

switch

switch

Permite realizar una ramificacin mltiple, ejecutando slo una de varias posibilidades, dependiendo de los diferentes valores que puede tomar una variable.

switch: Diagrama de Flujo

caso aVerdadero

Falso

Acciones del caso a

caso bVerdadero

Falso

Acciones del caso b

caso zVerdadero

Falso

Acciones del caso z

Acciones por defecto

Formato Series de etiquetas case y el caso opcional default

switch ( variable ){

case '1':

acciones

case '2':

acciones

default:

acciones

}

break; permite salir de la estructura

La estructura de Seleccin Mltiple

switch

switch1.c

switch2.c

Estructuras de repeticin controlada

Estructuras de repeticin controlada

Con control al inicio del bloque:while()

Con control al final del bloque:do-while()

Con control al inicio y con contadores:for()

Instrucciones de control:break

continue

La estructura while()

while = mientras

Estructura El programador especifica que una accin se repite

mientras cierta condicin se mantenga como verdadera

Pseudocdigo:Mientras haya ms cosas en mi lista de compras

Comprar el siguiente item y sacarlo de mi lista

El bucle while se repite hasta que la condicin sea falsa

La estructura de repeticin while

Ejemplo: int producto = 2;

while ( producto

Algoritmos tpicos de repeticin

Validacin de ingreso de datos.

Repeticin controlada por contador.

Repeticin controlada por centinela.

Ingreso de dato con validacin

Se pide leer del teclado una variable entera mayor que cero:

int dato=0;

while(1){

printf(Ingrese dato mayor que cero:):

scanf(%d, &dato);

if(dato > 0) break;

}

Ingreso de dato con validacin (2)

Se pide leer del teclado una variable entera mayor que cero y menor que 20:

int dato=0;

while(1){

printf(Ingrese dato entre 0 y 20:):

scanf(%d, &dato);

if(dato > 0 && dato < 20) break;

}

Algoritmo de Repeticin Controlada por Contador

El bucle se repite hasta que el contador alcanza cierto valor.

Se usa cuando el nmero de repeticiones es conocido con anticipacin.

Ejemplo de algoritmo de Repeticin Controlada por Contador

Ejemplo: Una clase de diez estudiantes toma un test. Las notas (enteros del 0 al 20) estn disponibles. Determinar el promedio de las notas de la clase

Pseudocdigo: Poner total en cero

Poner contador de notas en uno

Mientras el contador de notas es menor o igual a 10ingrese la sgte notaSumar la nota al totalSumar uno al contador

Calcular el promedio de la clase como el total dividido entre diez

Imprimir el promedio de la clase

1 /* Fig. 3.6: fig03_06.c

2 Programa de promesio de la clase con

3 repeticin controlada por contador*/

4 #include

5

6 int main()

7 {

8 int contador, nota, total, promedio;

9

10 /* inicializacin */

11 total = 0;

12 contador = 1;

13

14 /* proceso */

15 while ( contador

Ingrese nota: 98

Ingrese nota : 76

Ingrese nota : 71

Ingrese nota : 87

Ingrese nota : 83

Ingrese nota : 90

Ingrese nota : 57

Ingrese nota : 79

Ingrese nota : 82

Ingrese nota : 94

El promedio de la clase es: 81

Ejecucin del Programa

Formulando Algoritmos con refinamiento descendente paso a paso

El problema se convierte en :

Desarrolle un programa de promedios de la clase que pueda procesar un nmero arbitrario de notas, cada vez que se ejecute el programa.

Nmero de alumnos desconocido

Como se culmina el programa?


Debe usarse un valor centinela

Tambin conocido como valor seal, un valor substituto o valor bandera

Nos ayuda a indicar el fin del ingreso de datos.

El bucle termina cuando el usuario ingresa el valor escogido como centinela

El valor centinela se escoge de tal forma que no se confunda con un valor posible (en nuestro ejemplo conviene el valor -1 )


Refinamiento descendente paso a paso

Empezamos con una representacin general de seudocdigo:

Determinar el promedio de la clase correspondiente al examen

Dividimos la rep. general en tareas pequeas y las enlistamos en orden:

Inicializar variablesIngreso, suma y cuenta de las notas del examenCalcular e imprimir el promedio


La mayora de los programas se dividen en tres fases:

Inicializacin: se inicializan las variables

Proceso: Se ingresan los valores de datos y se ajustan las variables de programa correspondientes

Terminacin: calculo e impresin de los resultados finales


Se refina la fase de inicializacin

Inicializar variables en:Inicializa total a ceroInicializa contador a cero

Refinar

Ingreso,suma y cuenta de las notas en Ingrese la primera nota(While) mientras el usuario no haya ingresado el centinela

Sumar la nota a totalSumar uno al contador de notasIngrese la siguiente nota (puede ser el sentinela)


Refinar Calcular e imprimir el promedio en

(If ) si el contador no es igual a ceroPoner el promedio como el total dividido entre el

contadorImprimir el promedio

(else) de lo contrarioImprimir No se ingresaron notas

1. Se inicializan las

variables

2. Ingreso de usuario

2.1 Realizar bucle

1 /* Fig. 3.8: fig03_08.c

2 programa de promedio de la clse con

3 repeticin controlado por centinela */

4 #include

5

6 int main()

7 {

8 float promedio; /* new data type */

9 int contador, nota, total;

10

11 /* initializacion */

12 total = 0;

13 contador = 0;

14

15 /* proceso */

16 printf( Ingrese nota, -1 para finalizar: " );

17 scanf( "%d", &nota );

18

19 while ( nota != -1 ) {

20 total = total + nota;

21 contador = contador + 1;

22 printf( " Ingrese nota, -1 para finalizar: " );

23 scanf( "%d", &nota );

24 }

Promedio2.c

3. Clculo de Promedio

3.1 Imprime resultados

Salida del programa

25

26 /* terminacion */

27 if ( contador != 0 ) {

28 promedio = ( float ) total / contador;

29 printf( Promedio de la clase es %.2f", promedio );

30 }

31 else

32 printf( No se ingresaron notas\n" );

33

34 return 0; /* Fin del programa */

35 }

Ingrese nota, -1 para finalizar: 75








Ingrese nota, -1 para finalizar: -1

Promedio de la clase es 82.50

Estructuras de control anidadas

Problema

El colegio tiene una lista de notas para 10 alumnos.

Escribir un programa que analice los resultados.

Si ms de 8 alumnos aprobaron, imprimir el mensaje Aumentar el nivel"


Tener en cuenta: El programa debe procesar 10 resultados de

pruebaDebe usarse un lazo controlado por contador.

Deben usarse dos contadoresUno para el nmero de aprobados, otro para los

jalados.


Representacin generalAnalice los resultados del examen y decida si debe aumentarse

el nivel

Primer RefinamientoInicializar variables

Ingrese las diez notas y cuente los aprobados y jalados

Imprimir un resumen de los resultados del exmenes y decidir si se debe aumentar el nivel

Refine Inicializar variablesInicializar aprobados con cero

Inicializar jalados con cero

Inicializar contador de notas con uno


Refinar Ingrese las diez notas y cuente los aprobados y jalados

(While) mientras el contador de alumnos es menor o igual a 10Ingrese el siguiente resultado de examen

(If ) si el alumno aprob

Incremente en uno aprobados(else) de lo contario

Incremente en uno jalados

Incremente en uno el contador de alumnos


Refinar Imprimir un resumen de los resultados del exames y decidir si se debe aumentar el nivel

Imprimir el nmero de aprobados

Imprimir el nmero de jalados

(If) Si mas de 8 alumnos aprueban Imprimir Levantar el nivel

/*

Analisis de resultados de un examen */

#include

int main()

{

/* inicializacion de variables */

int pasaron = 0, jalaron = 0, estudiantes = 1, nota;

/* proceso de 10 notas; bucle controlado por contador */

while ( estudiantes = 11 ) /* if/else anidado en un while */

pasaron++;

else

jalaron++;

estudiantes++;

}

printf( "Pasaron %d\n", pasaron );

printf( "Jalaron %d\n", jalaron );

if ( jalaron > 8 )

printf( "Aumentar el nivel de enseanza\n" );

getch();

return 0;

}

Analisis1.c

Ms estructuras de control

Estructura de repeticin do-while()

Repeticin controlada por contador

Estructura de repeticin for()

Estructura de repeticin for(): Notas y Observaciones

Ejemplos usando la estructura for()

Enunciados break y continue

Resumen de programacin estructurada

La estructura de repeticin

do/while

Estructura de repeticin do/while Similar a while

La condicin para la repeticin se evala despus que el lazo es ejecutado Todas las acciones se ejecutan al menos una vez

Formato:do {

enunciado;

} while ( condicion );

Ejemplodo {

printf( "%d ", contador );

} while (++contador

do/while: Diagrama de Flujo

condicinVerdadero

Falso

acciones

1. Inicializacin

2. Bucle

3. Impresin

Salida

1 /* Estructura do while */

2

3 #include

4

5 int main()

6 {

7 int contador = 1;

8

9 do {

10 printf( "%d ", contador );

11 } while ( ++contador

Estructuras de repeticin

Otras estructuras de control de repeticin for

do/while

break

Usado para salir en forma inmediata y rpida de ciertas estructuras de control

continue

Usado para saltarse el resto de una estructura de repeticin, continuando con la siguiente iteracin del ciclo

Lo esencial de la repeticin

Bucle o Lazo

Grupo de instrucciones que la computadora ejecuta en forma repetida mientras cierta condicin se mantiene como verdadera

Repeticin controlada por contador

Repeticin Definida: se conoce cuntas veces se ejecuta el lazo

Se usa una variable de control para contar repeticiones

Lo esencial de la repeticin (2)

Repeticin controlada por centinela

Repeticin indefinida

Se usa cuando la cantidad de repeticioness es desconocida

El valor de centinela indica fin de los datos"

Repeticin Controlada por contador

La repeticin controlada por contador requiere:

El nombre de una variable de control (contador de bucle)

El valor inicial de la variable de control

Una condicin que compruebe el valor final de la variable de control (si se debe seguir con el ciclo)

El incremento (o decremento) con el cual, cada vez que se termine un ciclo, la variable control ser modificada.

Estructura de repeticin for

Formato a usarse con bucles forfor ( inicializacin; CondiciondeContinuaciondeCiclo;

incremento ) enunciado

Ejemplo: for( int contador = 1; contador


La sentencia for reemplaza a bucles del tipo

while del siguiente tipo:inicializacin;while (CondiciondeContinuaciondeCiclo)

{

enunciado o accin;

incremento;}

Inicializacin e incremento

Se separan por comas

Ejemplo:

for (i = 0, j = 0; j + i


Observaciones

Expresiones Aritmticas

Las partes de Inicializacin, Condicicin de continuacin de bucle e Incremento pueden contener expresiones aritmticas.

Si x es igual a 2 e y es igual a 10

for ( j = x; j


Notas

"Incremento" puede ser negativo (decremento): x--.

Si la Condicin de continuacin de bucle es inicialmente falsa, el enunciado no se

ejecuta y el Control procede con el siguiente enunciado despus de la estrucutura for.

1. Inicializacin

2. Estructura de repeticin

for

Salida

1 /* Suma con for */

2

3 #include

4

5 int main()

6 {

7 int suma = 0, numero;

8

9 for ( numero = 2; numero

Los enunciados break y

continue

break

Causa una salida inmediata de una estructura tipo while, for, do/while o switch

La ejecucin del programa contina con la primera sentencia despus de la estructura.

Usos comunes de break

Salida temprana de un lazo

Saltar el resto de una estructura switch

Los enunciados break y

continue

continue

Salta los enunciados restantes del cuerpo de una estructura while, for o do/while

Contina con la siguiente iteracin del lazo

while y do/while

Se realiza la evaluacin de la continuacin del lazo inmediatamente despus que continue es ejecutada

for

La expresin de incremento es ejecutada, y luego es evaluada la condicin de continuacin del lazo

1. Inicializa variable

2. Lazo

3. Imprime

Salida

1 /* Fig. 4.12: fig04_12.c

2 Using the continue statement in a for structure */

3 #include

4

5 int main()

6 {

7 int x;

8

9 for ( x = 1; x

Programacin Estructurada

Ventaja:

Ms fcil de entender, probar, depurar y modificar programas.

Reglas para una Programacin

Estructurada

Se utilizan estructuras de una sola-entrada / una sola-salida.

Reglas: 1. Empezar con el diagrama ms simple posible.

2. Verificar qu acciones pueden ser reemplazadas por 2 acciones en secuencia.

3. Verificar qu acciones pueden ser reemplazadas por una estructura de control (if, if/else, switch, while, do/while o for).

Reglas de programacin estructurada

.

.

.

Regla 2 Regla 2 Regla 2

Regla 1 Inicie con el diagrama ms simple posible

Regla 2 Cualquier rectngulo puede ser reemplazado por dos rectngulos

en secuencia.


Regla 3

Regla 3 Reemplazar algunos rectngulos con estructuras de control

Regla 3Regla 3


Todos los programas pueden estar compuestos de 3 controles bsicos: Secuencia manejada por el compilador. Seleccin if, if/else o switch.

Repeticin while, do/while o for.

Slo pueden ser combinadas de 2 maneras: Anidando (Nesting) Apilando (Stacking)

Cualquier seleccin puede ser reescrita como un if()

Cualquier repeticin puede ser reescrita como unwhile()

Estructuras de Control

Ejemplos Resueltos

Problema 1

Elaborar un programa que calcule y muestre el factorial de un nmero ingresado. Considerar que el programa debe validar que el nmero ingresado sea natural.

Problema 2

Elaborar un programa en C que calcule y muestre el nmero de neper elevado al nmero ingresado x, usando aproximaciones por series. Adicionalmente, deber ingresarse el nivel de aproximacin n.

Considerar que la sumatoria de la serie correspondiente es:

0 !n

nx

n

xe

Problema 3: El mtodo de Newton

Escribir un programa que resuelva la ecuacin f(x)=0 utilizando el mtodo de Newton. Para esto deber tener en cuenta que debe ingresar un valor inicial X0 y considere el intervalo de derivacin diferencial como h=0.00001 y el intervalo de convergencia e=0.0001. Adicionalmente, debe considerar un mximo nmero de repeticiones N=30, en el caso la solucin no se pueda hallar y evitar que el programa entre en un lazo infinito. Pruebe el programa con diferentes valores de h, e y N.

Problema 3: El mtodo de Newton

x

f(x)

tangente de f(x) = f(x2)

x1x2

tangente de f(x) = f(x1)

Raz: f(x) = 0

Problema 4: El mtodo Runge-Kutta

Las leyes que gobiernan los fenmenos de la naturaleza se expresan habitualmente en forma de ecuaciones diferenciales.

El movimiento de los cuerpos se expresa con una ecuacin diferencial de segundo orden, por ejemplo: la ecuacin que describe los sistemas oscilantes, la propagacin de las ondas, la transmisin del calor, la difusin, el movimiento de partculas subatmicas, etc.


Sea una ecuacin diferencial de primer orden, con una condicin inicial.

Se elige un intervalo de paso h, y se calculan cuatro constantes k1, k2, k3, k4 de acuerdo con el procedimiento esquematizado en la siguiente tabla.

Segn el procedimiento ordinario de Runge-Kutta, a partir del valor de x en el instante t se determina el valor de x en el instante t+h mediante la frmula que figura en la ltima fila de dicha tabla.


Elaborar un programa en C para resolver un ecuacin diferencial mediante el procedimiento de Runge-Kutta que se aplica de forma directa a una ecuacin diferencial de primer orden:

dx/dt = 1.0 - t + 4.0*x y x(0.0)=1

Atencin de Preguntas

Fin del Captulo 3

Cap 03 - Estructuras de Control en C

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