Los 7 Pecados Ma

  UNIVERSIDAD NACIONAL DE PANAMÁ  CENTRO REGIONAL UNIVERSITARIO DE VERAGUAS  FACULTAD DE INFORMÁTICA, ELECTRONICA Y  COMUNICACIÓN  INGENIERIA EN INFORMÁTICA 

     

Los Siete Pecados Capitales de la  Introducción al Diseño de los  Lenguajes de Programación.          FACILITADOR:   DIEGO SANTIMATEO      ESTUDIANTE:  FÁTIMA DEL R. ÁLVAREZ   9‐722‐549       

  II SEMESTRE   2007        Análisis  Los  7  pecados  capitales  en  la  introducción  a  los  lenguajes  de  programación,  radican principalmente en el proceso de enseñanza del lenguaje, ya que se tiende a  proyectar  a  los  estudiantes    cientos  de  conceptos  que  hablan  por  ejemplo  de  abstracción,  recursividad,  encapsulación  de  la  información  presentándolas  como  una  opción  fácil  y  elegante  a  la  hora  de  programar,  pero  que  pedagógicamente  para un principiante representa una oscuridad y dificultad a la hora de interpretar  y aplicar.    Se  producen  muchos  desperdicios  en  los  rasgos  de  los  lenguajes,  ya  que  una  pequeña  parte  del  lenguaje    es  ignorado  porque  se  tienden  a  enseñar  a  como  manejar  su estructura  y no su funcionalidad. Un lenguaje es completo cuando los  estudiantes usan su semántica, pero en realidad parte del lenguaje nunca se les ha  explicado.    Las trampas gramaticales representan uno de las mayores dificultades a la hora de  introducirnos a un lenguaje, ya que la semántica y sintáctica varía de un lenguaje a  otro, puede ser que existan distintas maneras de escribir una declaración, además  el  estudiante  tendrá  que  aprenderse  las  palabras  reservas  y  los  operadores  del  lenguaje  aunque  solo  valla  a  realizar  un  pequeño  programa,  pero  que  de  lo  contrario no podrá realizar su tarea. 

  En la aplicación  de un lenguaje, no te enseñan a como manejar las dependencias  del  hardware  y  cuando  estos  interfieren  en  el  desarrollo  de  nuestras  aplicaciones  representan  un  verdadero  dolor  de  cabeza  para  cualquier  estudiante.  Las  bases  para  lograr  un  mayor  rendimiento  ante  estas  adversidades  pedagógicas,  se  presentan en orientar mayores esfuerzos en el diseño de material didáctico y textos  para la introducción a un lenguaje.          1.  Ejemplifique  utilizando  un  lenguaje  de  programación  3  de  los  siete  pecados  capitales.    Ejemplo 1: Trampas Gramaticales     Este  programa  en  Prolog  construye  una  serie  de  listas  que  contienen,  la  información de un grupo de personas.   Como  se  aprecia  en  la  programación  lógica  existen  muchas  trampas  gramaticales  ya  que  las    listas  en  Prolog  podrían  definirse  del  mismo  modo  que  los  árboles  puesto que los términos se pueden anidar todas las veces que sea necesario.    

      Por ejemplo, la lista anterior  se puede representar así:   lista(1,lista(2,lista(3,lista(4,lista(5,vacio)))))     Afortunadamente,  las  listas  están  predefinidas  en  el  lenguaje  para  una  mayor  comodidad  De modo que la lista anterior la podemos escribir así:   [Fátima, Álvarez, González, dir[Montijo, Santiago, Montijo] 999‐81‐31]     Esta es la forma de escribir las listas definiendo todos los elementos, pero podemos  manipular  las  listas  distinguiendo  cabeza  y  resto:  [C|R].  Donde  la  variable  C  representa la cabeza, y R el resto. Por ejemplo:        L = [Fátima, Álvarez, González, dir[Montijo, Santiago, Montijo] 999‐81‐31],      M = [0|L].     La lista M  sería equivalente a [0Fátima, Álvarez, González, dir[Montijo, Santiago,  Montijo] 999‐81‐31]]. 

Es importante no confundir los términos [C|R] y [C,R]. La diferencia es muy sutil:        L = [1, 2, 3, 4, 5],      M = [0,L].  El  resultado  sería  M  =  [0,[Fátima,  Álvarez,  González,  dir[Montijo,  Santiago,  Montijo] 999‐81‐31]], que es una lista de dos elementos.                                    Resultado del programa anterior nos muestra todas las personas que pertenecen a  la misma ciudad.   

Como  se  puede  observar  en  el  ejemplo  otro  problema  que  dan  los  lenguajes  de  programación  en  el  aspectos  pedagógico  es  la  confusión  en  la  sintáctica  y  la  semántica.  Un estudiante para poder programar deberá aprender todas las formas posibles de  interpretar una instrucción de manera de que los resultados sean los esperados.  En este lenguaje los homónimos sintácticos (estructuras que son sintácticamente el  mismo,  pero  que  tiene  dos  o  más  semánticas  dependiendo  del  contexto)  son  frecuentes.    Alternativa:   Para    eliminar  las  trampas  gramaticales  de    los  lenguajes  de  programación,  primero  se  debería estudiar y reestructurar las sintaxis, para que las expresiones que se utilicen sean  las más comunes y que se usen de una sola forma; de esta manera se evitaría la utilización  de  una  misma  expresión  para  denotar  varias  tareas  diferentes  dentro  de  un  programa,  ocasionando confusiones y malas aplicaciones del lenguaje.       Ejemplo 2: Dependencia del Hardware  Uno de los problemas pedagógicos más comunes se presenta en que el estudiante  no  solo  tiene  que  batallar  con  la  sintáctica  y  semántica  de  los  lenguajes,  sino  es  obligado a menudo manejar los detalles  del hardware.  Por  ejemplo,  pascal  es  muy  utilizado  para  realizar  operaciones  matemáticas  y  desarrollar  teoremas que requieren de una precisión  en sus cálculos.  En  el  programa  a  continuación  se  presenta  el  método  Newton  Rapshon  para  encontrar la raíz aproximada  después de un número de iteraciones determinados  por el usuario. 

Las máquinas comunes no están diseñadas para manejar cálculos mayores por ello  el resultado esperado, quizás no sea el final.  Ejemplo  los  tipos    int  estándares  a  pueden  ir  de    16  a  32  bits,  que  se  representan  dependiendo de la máquina y  de la implementación.       program prog3;  {Programa 3: determina la solución de la ecuación Sen(x) ‐ x + 1   Utilizando el método Newton Rapshon}    var error,error1:real; //Toma los valores de error de aproximación      x,x1:real;  //Toma el valor de xi y xi‐1 respectivamente      i,n:integer; //contadores    begin      writeln(ʹMetodo: metodo Newton Rapshon.ʹ);      writeln;      write(ʹIndique la cantidad de iteraciones ʹ);      readln(n);      if n < 0 then        begin          write(ʹAviso: las iteraciones no pueden ser negativas el valor ʹ,n);          n := n * ‐1;          writeln(ʹ fue cambiado por ʹ,n);         end;      write(ʹIndique el error ʹ);      readln(error1);      write(ʹIndique X0 ʹ);      readln(x);      writeln;      writeln(ʹDeterminando solución para la ecuación: Sen(x) ‐ x + 1ʹ);      writeln(ʹF(x) = sin(x) ‐ x + 1ʹ);      writeln(ʹFʹʹ(x) = cos(x) ‐ 1ʹ);      writeln(ʹResolviendo por el Método: Newton Rapshon.ʹ);      writeln;      i := 0;      error := 1; 

    x1 := 0;      writeln(ʹiʹ:2,ʹxiʹ:16,ʹF(xi)ʹ:18,ʹFʹʹ(x)ʹ:18,ʹerrorʹ:18);      write(ʹ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ʹ);      writeln(ʹ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ʹ);      repeat         x1 := x;         writeln(i:2,x:18:4,sin(x) ‐ x + 1:16:4,cos(x) ‐ 1:18:4,error:18:4);         x :=  x ‐ (((sin(x) ‐ x) + 1)/(cos(x) ‐ 1));  //calculo de la función de         error := (x ‐ x1) / x;                        // iteración         if error < 0 then           error := ‐1 * error;         i := i + 1;      until ((i >= n) or (error <= error1) or (error = 0));      writeln(i:2,x:18:4,sin(x) ‐ x + 1:16:4,cos(x) ‐ 1:18:4,error:18:4);      writeln;      if error = 0 then        begin          writeln(ʹRaiz: ʹ,x:10:4);        end      else        begin          if error < error1 then            writeln(ʹRaiz aproximada: ʹ,x:10:4)          else            writeln(ʹLa raiz no fue encontrada en ʹ,n,ʹ iteracionesʹ);        end;      readln;   end.      

_     El  resultado  esperado  era  una  raíz  aproximada,  pero  debido  a  la  cantidad  de  iteraciones (cálculos) que se realizaron basándose en el método Newton Rapshon,  la máquina presenta un problema de hardware y no tiene la capacidad de realizar  tantas  iteraciones.  Por  ello  la  salida  es  un  número  negativo;  las  raíces    no  son   negativas  y  no  se  espera  una  raíz  imaginaria  así  que  nuestro  programa  solo  funcionara  para realizar cálculos pequeños no mayores a 100 iteraciones.  Alternativa:  Estos  problemas  de  hardware  están  siempre  presente  cuando  trabajamos  con  lenguaje  de  programación, más cuando estamos utilizándolo para realizar cálculos y almacenamiento de  información a gran capacidad en donde se producen los desbordamientos de la memoria del  computador. Por ejemplo en java recomendaría utilizar el garbage colection, para que valla  limpiando las basuras de la memoria.  Analizar  las  posibilidades  que  me  brindan  los  lenguajes  que  estoy  utilizando  para  aprovechamiento de la memoria y en caso de necesidad ampliar la capacidad del hardware  del computador.  Capacitar  al  estudiante  sobre  las  complicaciones  que  se  dan  entre  programación  y    los  detalles  del  hardware  del  computador  por  que  muchos  ignoran  las  relaciones  que  tienen  estos al momento de resolver los problemas que ejecutamos comúnmente.  

  Ejemplo 3: Violación de las expectativas                  Declaración de un predicado, que luego Unificara un valor a la variable anónima. Este instrucción se encarga de hacer la labor de un contador de componentes de mi lista.

       

Prolog ofrece un sistema de programación  basada en el predicado lógico, pero con  advertencias silenciosas y terribles para los resultados que esperamos.  El principiante y estudiante para crear una definición recursiva como la que resalto  en la figura;  deberá crear un predicado razonable, algo como:    • longitud([_|Resto],Longitud):‐  • longitud ([] ,0).  • longitud(Resto,[Resto|_]).  que  lógicamente  esta  bastante  correcto,  pero  que  incurre  en  una  violación  a  las  expectativas  por  que  el  orden  de  la  declaración  de  predicados  determina  la  sucesión  de  unificación  del  predicado  en  prolog,  este  tipo  de  problemas  se  me  presento  mucho  en  la  construcción  de  mis  programas  cuando  trabaje  con  este  lenguaje.   

El lenguaje prolog rompe con los esquemas que acostumbrados a ver en otros tipos  de  lenguajes  como  C  o  Java  en  donde  la  el  diseño  de  un  programa  se  basa  en  la  lógica tradicional que aprendemos desde 1 año.   Pienso que un lenguaje como prolog debe estar orientado para un profesional de la  informática o un estudiante de mayor nivel porque la verdad es que requiere una  cierta formación en lógica matemática y en técnicas de programación.       Alternativa:   Las violaciones semánticas de las expectativas son las más comunes lamentablemente, pero  en  la  actualidad  programas  como  eclipse  que  han  logrado  un  gran  desarrollo  sobre  la  plataforma java; constan  con una herramienta que te muestra las posibilidades que tienes  para construir una instrucción.   Recomendaría  sacar  el  máximo  provecho  de  las  herramientas  que  están  disponibles  para  trabajar  muchos  lenguajes  populares  como  Dev  C++,  Eclipse,  NetBeans,  que  tienen  muy  buenos depuradores que permiten evaluar los resultados de la ejecución por segmentos, por  variables,  de  esta  forma  nos  aseguraremos  donde  están  nuestros  errores,  ya  que  muchas  veces las violaciones semánticas se escapan de nuestros ojos.                3.  Evaluación  de  dos  lenguajes  de  programación,  utilizando  los  criterios  de  la  lectura. 

He decidido evaluar  el lenguaje C porque es uno de los lenguajes más populares y  representa una de los lenguajes que más uso. Además evaluare el lenguaje  Prolog  ya cuando lo utilice me pareció súper interesante pero a la vez  significo todo un  reto a la hora de desarrollar un programa.    Lenguaje C    El  lenguaje  se  denomina  como  un  lenguaje  de  nivel  medio,  puesto  que  combina  elementos  de  lenguajes  de  alto  nivel  (FORTRAN,  Pascal,  Basic…)  con  el  funcionamiento del lenguaje ensamblador.    En  la  actualidad  C  permite  el  manejo  de  bits,    bytes  y  direcciones  los  elementos  básicos con que funciona una computadora.  Otra  característica  del  C  es  que  posee  muy  pocas  palabras  claves  (32  donde  27  provienen de la versión original, y cinco añadidas por el comité de ANSI. Todas la  palabras  claves  de  C  están  en  minúscula  (C  distingue  entre  minúscula  y  mayúscula).     Los  programas  en  C  están  compuestos  por  en  una  o  más  funciones.  La  única  función  que  debe  estar  siempre  presente  se  denomina  main,  siendo  la  primera  función  que  es  llamada  cuando  se  ejecuta  un  programa.  Aunque  main  no  forma  parte  técnicamente  del  lenguaje  C,  hay  que  tratarla  como  si  lo  fuera,  pues  si  se  emplea  para  denominar  una  variable,  probablemente  confundirá  al  compilador.  Estos  detalles  son  básicos  y  primordiales  a  la  hora  de  introducirnos  en  este  lenguaje.   

Además,  los  programas  escritos  en  C  tienen  otras  ventajas  sobre  el  resto.  Con  la  excepción  del  ensamblador,  generan  los  programas  más  compactos  y  rápidos.  El  código  es  transportable,  es  decir,  un  programa  ANSI  en  C  podrá  ejecutarse  en  cualquier  máquina  y  bajo  cualquier  sistema  operativo.  Y  si  es  necesario, proporcionan  un  acceso  a  bajo  nivel  de  hardware  sólo  igualado  por  el  ensamblador. En cuanto a la utilidad práctica de C podemos citar:    C  es  lenguaje  de  programación  de  propósito  general.  Todo  puede  programarse  con  el,  desde  sistemas  operativos  y  compiladores  hasta  aplicaciones  de  bases  de  datos y procesadores de texto, pasando por juegos, aplicaciones a medida, etc.    C presenta un generador de errores en donde el compilador te indica la línea del  código  que  debes  corregir.  Por  ejemplo  errores  de  enlazado  en  donde  puede  que  hayamos  olvidado  incluir  alguna  librería,  o  algún  fichero  objeto,  o  puede  que  hayamos olvidado definir alguna función o variable, o lo hayamos hecho mal, de  esta forma contribuye a mejorar el proceso de aprendizaje y manejo del lenguaje.  Es muy recomendable explicar estos puntos a los estudiantes principiantes ya que  así se aprovecha al máximo los recursos del lenguaje.    Con el pasar de los años C a ido fortaleciendo sus debilidades y problemas en su  diseño convirtiéndose en un lenguaje básico para la enseñanza de la programación.               

                    Lenguaje Prolog    El  PROLOG  es  el  lenguaje  rey  de  la  programación  declarativa  relacional.  Pero  enseñarlo  en  verdad  requiere  de  mucha  preparación  ya  que  rompe  con  el  pensamiento común, exigiendo mayor lógica y sutileza.  En cuanto a la escasa utilidad práctica de Prolog podemos citar:     •

Acceso a bases de datos desde páginas Web.  

•

Paralelización automática de programas.  

•

Programación distribuida y multiagente.  

•

Sistemas expertos e inteligencia artificial.  

•

Validación automática de programas.  

•

Procesamiento de lenguaje natural.  

•

Prototipado rápido de aplicaciones.  

•

Bases de datos deductivas.  

•

Interfacing con otros lenguajes como Java y Tcl/Tk.  

•

... (la lista es interminable) ...  

  En cuanto a la excasa eficiencia hemos de admitir que Prolog es aproximadamente  diez  veces  más  lento  que  el  lenguaje  C.  Pero  también  hemos  de  admitir  que  un  programa  en  Prolog  ocupa  aproximadamente  diez  veces  menos,  en  líneas  de  código y tiempo de desarrollo, que el mismo programa escrito en C.   Además las técnicas de optimización de código en Prolog apenas están emergiendo  en  estos  momentos.  Algunos  experimentos  (optimistas)  hacen  pensar  que  la  velocidad de ejecución de Prolog podría aproximarse a la de C en esta década.           Para que un estudiante utilicé este lenguaje de tener conocimientos previos en:    *  La programación imperativa tradicional.   *  Tipos abstractos de datos, como listas y árboles.   *  Técnicas de programación, como la recursividad.     El entorno de desarrollo Prolog    Prolog  es  un  lenguaje  de  programación  seminterpretado.  Su  funcionamiento  es  muy  similar  a  Java.  El  código  fuente  se  compila  a  un  código  de  byte  el  cuál  se  interpreta  en  una  máquina  virtual  denominada  Warren  Abstract  Machine  (comúnmente denominada WAM).   Por eso, un entorno de desarrollo Prolog se compone de: 

  *  Un compilador. Transforma el código fuente en código de byte. A diferencia  de  Java,  no  existe  un  standard  al  respecto.  Por  eso,  el  codigo  de  byte  generado  por  un  entorno  de  desarrollo  no  tiene  por  que  funcionar  en  el  intérprete de otro entorno.   *  Un intérprete. Ejecuta el código de byte.   *  Un  shell  o  top‐level.  Se  trata  de  una  utilidad  que  permite  probar  los  programas, depurarlos, etc. Su funcionamiento es similar a los interfaces de  línea de comando de los sistemas operativos.   *  Una  biblioteca  de  utilidades.  Estas  bibliotecas  son,  en  general,  muy  amplias.  Muchos  entornos  incluyen  (afortunadamente)  unas  bibliotecas  standard‐ISO  que  permiten  funcionalidades  básicas  como  manipular  cadenas, entrada/salida, etc.    Generalmente,  los  entornos  de  desarrollo  ofrecen  extensiones  al  lenguaje  como  pueden ser la programación con restricciones, concurrente, orientada a objetos, etc.       En cuanto a su sintaxis:  Existe  un standard  ISO que  dicta  las  típicas normas con  respecto  a la sintáxis del  lenguaje y a las bibliotecas básicas que se deben ofrecer. Actualmente el standard  no  contempla  todos  los  aspectos  del  lenguaje,  y  además,  no  todos  los  entornos  siguen  el  standard  al  pie  de  la  letra.  Por  eso,  programas  que  funcionan  en  unos  entornos  podrían  no  funcionar  en  otros,  o  lo  que  es  peor,  funcionar  de  forma  diferente.      

Evaluación de los Lenguajes    Pecado

Lenguaje C

1.  Menos es más 

Lenguaje Prolog

 

 

2.  Más es más 

 

 

3.  Las trampas gramaticales 

 

 

4.  Dependencia del hardware 

 

 

5.  Compatibilidad atrasada 

 

 

6.  Destreza excesiva  

 

 

7.  Violaciones a las 

 

 

expectativas   Total de puntos 

6 

6 

  Ambos  lenguajes  se  encuentran  al  mismo  nivel,  en  lo  que  concierne  a  los  problemas  que    surgen  al  momento  de  su  enseñanza,  pero  a  pesar  de  tener  los  mismos  puntos  C  seguirá  siendo  el  lenguaje  más  popular,  por  ello  estas  dificultades pronto formaran parte del pasado.