Bài giảng Tin học đại cương - Chương 6: Thuật toán và ngôn ngữ lập trình

viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN
• Để đánh giá thời gian thực hiện của một thuật toán, • Thuật toán T sử dụng để giải một bài toán có kích thước dữ
 người ta sử dụng “Độ phức tạp tính toán của thuật liệu đầu vào n sẽ cần thực hiện T(n) các phép toán sơ cấp. T(n)
 là một hàm của tham số n, là đặc trưng cho độ phức tạp tính
 toán” (gọi tắt là Độ phức tạp của thuật toán): Thời
 toán của thuật toán
 gian thực hiện của thuật toán được đánh giá chỉ phụ
 • Tổng quát: Giả sử f(n), g(n) là hai hàm số không âm, đồng
 thuộc vào kích thước của dữ liệu đầu vào, không phụ biến theo n. Hàm f(n) được xác định có độ phức tạp tính toán
 thuộc vào máy tính và các yếu tố liên quan cấp g(n), ký hiệu là O(g(n)), khi và chỉ khi tồn tại các hằng số
 c và n0 sao cho f(n) ≤ cg(n) khi n ≥ n0. Khi đó, ta nói f(n) có
 cấp g(n), ký hiệu f(n) = O(g(n)) (thực chất là cấp lớn không
 vượt quá g(n))
 Ví dụ: với f(n) = n2 + 2n + 3, vì f(n) ≤ n2 + 2n2 + 3n2 = 6n2 với
 n ≥ 1 nên f(n) = O(n2)
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 25 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 26
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN
• Độ phức tạp tính toán của thuật toán có thể thuộc các dạng • Xác định độ phức tạp của thuật toán:
 dưới đây (được sắp xếp theo mức độ tăng dần):
 T(n) = O(1): độ phức tạp cấp hằng số Quy tắc cộng:
 T(n) = O(log2n): độ phức tạp cấp hàm lograrit Nếu T1(n) = O(f(n)), T2(n) = O(g(n)), thì T1(n) + T2(n)
 T(n) = O(n): độ phức tạp cấp hàm tuyến tính = O(max{f(n),g(n)})
 T(n) = O(nlog2n): độ phức tạp cấp hàm nlog2n Ví dụ: Trong một thuật toán có 3 bước, mỗi bước có độ
 T(n) = O(n2), O(n3), , O(nk): độ phức tạp cấp hàm đa 3
 phức tạp tính toán lần lượt là T1(n) = O(n ), T2(n) =
 thức
 O(n), T3(n) = O(nlog2n) thì thời gian thực hiện 3 bước
 n n
 T(n) = O(2 ), O(n!), O(n ): độ phức tạp cấp hàm mũ là:
• Một thuật toán có độ phức tạp tính toán từ cấp hàm đa thức
 T (n)+T (n) +T (n) = O(max{n3,n,nlog n}) = O(n3)
 trở xuống thường chấp nhận được 1 2 3 2
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 27 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 28
 7
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 6.2.5. ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN
• Xác định độ phức tạp của thuật toán: • Xác định độ phức tạp của thuật toán:
Quy tắc nhân: Quy tắc bỏ hằng số:
 Nếu T1(n) = O(f(n)), T2(n) = O(g(n)) thì: T1(n) . T2(n) = O(c.f(n)) = O(f(n)) trong đó c là một hằng số
 O(f(n).g(n)) Ví dụ: O(n2/2) = O(n2)
Ví dụ: • Lưu ý: Khi đánh giá độ phức tạp tính toán của thuật
- Câu lệnh For j:=1 to n do x:=x+1; có thời gian thực hiện toán ta có thể chỉ cần quan tâm đến số lần thực hiện
 T(n) = O(n.1) = O(n) phép toán tích cực (active operation - phép toán mà số
- Câu lệnh For i:=1 to n do lần thực hiện nó không ít hơn số lần thực hiện của bất
 For j:=1 to n do x:=x+1; kỳ phép toán nào khác trong thuật toán)
 có thời gian thực hiện T(n) = O(n.n) = O(n2)
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 29 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 30
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 6.3.1. KHÁI NIỆM VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH
 6.3.1. Khái niệm về ngôn ngữ lập trình • Ngôn ngữ lập trình (programming language):
 - Là ngôn ngữ dùng để viết các chương trình máy tính
 6.3.2. Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình - Bao gồm một hệ thống các ký hiệu, các từ khóa, các từ
 6.3.3. Trình biên dịch và trình thông dịch dành riêng (hay từ vựng), và các quy tắc để viết
 chương trình (hay cú pháp)
 6.3.4. Các công việc của người lập trình
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 31 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 32
 8
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 
 TRÌNH TRÌNH
• Phân loại ngôn ngữ lập trình: • Ngôn ngữ máy:
 - Ngôn ngữ máy - Là ngôn ngữ duy nhất mà Bộ vi xử lý có thể nhận biết và
 - Hợp ngữ thực hiện trực tiếp, các chương trình máy tính được viết
 - Ngôn ngữ lập trình bậc cao bằng các ngôn ngữ khác phải được dịch sang ngôn ngữ
 máy trước khi thực thi
 - Lệnh máy được viết ở dạng số nhị phân hoặc biến thể của
 chúng trong hệ 16
 - Các chương trình thực hiện nhanh chóng, nhưng các lệnh
 máy dài và khó nhớ, chương trình cồng kềnh, mất thời
 gian khi viết và gây khó khăn cho việc đọc, phát hiện lỗi
 và hiệu chỉnh chương trình
 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 33 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 34
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ 
 LẬP TRÌNH LẬP TRÌNH
• Hợp ngữ: • Hợp ngữ (tiếp):
- Ra đời từ năm 1950 là ngôn ngữ lập trình bậc thấp - Hiện chỉ dùng khi cần lập trình thao tác trực tiếp với
- Cấu trúc lệnh rất giống với ngôn ngữ máy nhưng cho phần cứng máy tính hoặc làm các công việc không
 phép viết lệnh dưới dạng mã chữ, thường là những từ thường xuyên (trình điều khiển (driver), các hệ nhúng
 tiếng Anh viết tắt có ý nghĩa rõ ràng, dễ nhớ bậc thấp, các hệ thống thời gian thực, )
- Cho phép định địa chỉ hình thức
- Các chương trình hợp ngữ được chuyển sang mã máy
 thông qua trình hợp dịch (assembler)
- Gần với tầng thiết kế máy tính, các chương trình được
 viết luôn có sự liên quan chặt chẽ đến kiến trúc máy tính
 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 35 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 36
 9
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 
 TRÌNH TRÌNH
• Ngôn ngữ lập trình bậc cao: • Ngôn ngữ lập trình bậc cao (tiếp):
- Là ngôn ngữ rất gần với ngôn ngữ tự nhiên và ngôn - Còn được gọi là ngôn ngữ thuật toán
 ngữ toán học - Các chương trình muốn máy tính thực thi được thì
- Thường sử dụng hệ thống ký hiệu phong phú với các cần phải được dịch sang ngôn ngữ máy nhờ các
 ký hiệu số, các ký hiệu chữ, các ký hiệu toán học và chương trình dịch
 nhiều ký hiệu thông dụng khác, cùng với các từ khóa - Ví dụ: Fortran, Pascal, C, C++, Java, PHP, 
 tiếng Anh đơn giản, các cấu trúc lệnh chặt chẽ, rõ
 ràng và mang ý nghĩa thực tế
- Dễ học, dễ đọc, dễ viết và hiệu chỉnh chương trình 
 cho phép thể hiện chính xác các thuật toán, có tính
 độc lập cao, ít phụ thuộc vào phần cứng máy tính
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 37 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 38
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 6.3.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP 
 TRÌNH TRÌNH
• Hiện nay, việc phân loại ngôn ngữ lập trình chỉ mang tính • Một số ngôn ngữ lập trình tiêu biểu:
 tương đối. Tùy theo từng mục đích, có thể phân loại ngôn ngữ - FORTRAN, ALGOL, LISP, COBOL, BASIC,
 lập trình theo những cách khác nhau. Ví dụ:
- Phân loại theo mức trừu tượng: có nhóm ngôn ngữ lập trình PASCAL, C, C++, PERL, PYTHON, RUBBY, JAVA,
 bậc thấp và nhóm ngôn ngữ lập trình bậc cao PHP, 
- Phân loại theo hình thức lập trình: có nhóm ngôn ngữ khai báo
 (LIST, PROLOG, ) và nhóm ngôn ngữ mệnh lệnh
 (PASCAL, C, )
- Phân loại theo các họ, có họ ngôn ngữ máy và hợp ngữ, họ
 ngôn ngữ cổ điển (ALGOL, PASCAL, C, ), họ ngôn ngữ
 hàm (LISP, ), họ ngôn ngữ logic (PROLOG, ), họ ngôn
 ngữ hướng đối tượng (C++, JAVA, ), họ ngôn ngữ truy vấn
 (SQL, )
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 39 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 40
 10
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH
 • Trình thông dịch: Sử dụng kỹ thuật thông dịch, dịch
• Máy tính chỉ hiểu được một ngôn ngữ duy nhất là
 từng câu lệnh trong chương trình nguồn được viết
 ngôn ngữ máy. Trước khi được thực thi, các chương bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao sang ngôn ngữ máy
 trình viết bằng các ngôn ngữ lập trình không phải là để máy tính “hiểu” và thực thi ngay câu lệnh đó mà
 ngôn ngữ máy (chương trình nguồn) phải được dịch không lưu lại đoạn mã máy tương ứng, sau đó chuyển
 sang ngôn ngữ máy nhờ các chương trình dịch sang dịch câu lệnh tiếp theo
• 2 loại chương trình dịch: Không tạo ra tệp mã đối tượng (tệp mã máy tương
 - Trình thông dịch ứng với chương trình nguồn). Mỗi lần thực hiện
 - Trình biên dịch chương trình là một lần thông dịch lại
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 41 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 42
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH
• Trình thông dịch (tiếp): • Trình biên dịch (Compiler): Sử dụng kỹ thuật biên
 Cho phép dịch, thực hiện ngay câu lệnh mà không dịch, dịch toàn bộ chương trình nguồn sang ngôn ngữ
 cần phải đợi dịch xong toàn bộ chương trình, cho máy và tạo ra tệp mã đối tượng tương ứng
 phép dò tìm lỗi dễ dàng thích hợp trong môi - Trong quá trình biên dịch, trình biên dịch phân tích từ
 trường cần có sự đối thoại giữa con người và hệ thống vựng và cú pháp của các câu lệnh, thông báo danh
 Một số ngôn ngữ lập trình có sử dụng trình thông sách tất cả các lỗi để lập trình viên chỉnh sửa. Tệp mã
 dịch như: BASIC, VISUAL BASIC, PERL, đối tượng chỉ được tạo ra khi chương trình nguồn
 PYTHON, ... không còn bất kỳ lỗi cú pháp nào
 - Mỗi lần thực hiện chương trình chỉ cần sử dụng
 chương trình thực thi đã được tạo trước đó mà không
 cần phải tiến hành biên dịch lại chương trình nguồn
 thích hợp với các chương trình có tính ổn định và
 được thực hiện nhiều lần
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 43 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 44
 11
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.3. TRÌNH BIÊN DỊCH VÀ TRÌNH THÔNG DỊCH 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH
• Trình biên dịch (tiếp): • Bước 1: Soạn thảo chương trình:
- Thông thường, mỗi ngôn ngữ lập trình bậc cao đều có - Sử dụng một trình soạn thảo chuyên dụng để nhập nội
 một trình biên dịch tương ứng, ví dụ: PASCAL, C, dung chương trình, lưu tệp chương trình (tệp mã
 C++, ... nguồn - source code) với phần mở rộng tên tệp phù
 hợp với ngôn ngữ lập trình (ví dụ: .pas, .c, .cpp, )
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 45 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 46
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH
• Bước 2: Biên dịch chương trình: • Bước 3: Chạy thử chương trình
- Sử dụng trình biên dịch (compiler) thích hợp để biên
 - Chạy chương trình (kích hoạt tệp thực thi), nhập các
 dịch tệp chương trình nguồn sang tệp mã máy tương
 dữ liệu đầu vào (các dữ liệu mẫu dùng để kiểm tra) và
 ứng (tệp đối tượng hay object code). Nếu chương trình
 kiểm tra các kết quả được đưa ra. Nếu kết quả thu
 nguồn có một số lỗi nào đó về mặt cú pháp thì trình
 được không đúng hoặc có lỗi khi thực thi chương
 biên dịch sẽ thông báo danh sách tất cả các lỗi, khi đó
 trình thì cần kiểm tra, chỉnh sửa lại thuật toán, rồi
 cần quay lại bước 1, sử dụng trình soạn thảo để chỉnh
 quay lại bước 1 để chỉnh sửa lại chương trình
 sửa chương trình nguồn
- Khi tệp đối tượng đã được tạo, bộ liên kết (linker) sẽ
 thực hiện việc liên kết các đối tượng thành phần với
 nhau và tạo ra tệp thực thi (executable code) cho
 chương trình
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 47 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 48
 12
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 6.3.4. CÁC CÔNG VIỆC CỦA LẬP TRÌNH Ví dụ
• Môi trường phát triển tích hợp (IDE – Integrated • Viết chương trình tìm ước số chung lớn nhất của 2 số
 Development Environment): Tích hợp trình soạn nguyên dương, chương trình viết bằng ngôn ngữ
 thảo, trình biên dịch, bộ liên kết, trình gỡ rối,  và PASCAL, sử dụng phần mềm Free Pascal (IDE,
 cho phép chạy thử chương trình version 2.6.2) để lập trình
• Người lập trình cũng có thể sử dụng một trình soạn
 thảo chuyên dụng, độc lập để soạn thảo chương trình
 nguồn (Notepad++, ); sau đó sử dụng một trình
 biên dịch thích hợp để biên dịch rồi chạy chương
 trình bằng cách kích hoạt tệp thực thi đã được tạo
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 49 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 50
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương Bài giảng Tin học đại cương
 Ví dụ Ví dụ
• Bước 1: Khởi động phần mềm Free Pascal, sử dụng trình soạn • Bước 2: Nhấn tổ hợp phím Alt+F9 để biên dịch chương trình.
 thảo nhập nội dung chương trình nguồn, sau đó lưu tệp mã Khi chương trình nguồn không có lỗi cú pháp, hệ thống sẽ đưa
 nguồn dưới dạng .pas: ra thông báo quá trình biên dịch đã thành công:
08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 51 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 52
 13
 03/02/2018
 Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
 Bài giảng Tin học đại cương
 Ví dụ
• Bước 3: Nhấn tổ hợp phím Ctrl+F9 để chạy thử chương trình:
 08/02/2017 Chương 6. Thuật toán và Ngôn ngữ lập trình 53
 14