Алгоритмы и алгоритмические языки: альтернативная версия

Аннотация

/!\ TODO

Концепция

Курс состоит из пяти неравных по объёму тематических разделов:

  1. Введение в теорию алгоритмов. Алгоритмические языки.
    • Теоретическая база алгоритмизации и примеры реализующих её формализмов
  2. Обзор языка программирования и исполнителя Python
    • Одно занятие, посвящённое поверхностному знакомству с языком и интерпретатором командной строки
  3. Основы ЯП Python
    • Базовый набор операторов и структур данных, необходимых для того, чтобы составлять и изучать алгоритмы
  4. Возможности ЯП Python
    • Подмножество ЯП, достаточное для эффективного програмирования, семантика работы исполнителя
  5. (!) Алгоритмы и структуры данных.

    • Классические алгоритмы и структуры данных, в них используемые

Темы последнего раздела идут не отдельно в конце семестра, а появляются после изучения подходящей конструкции ЯП или приёма программирования. Помечены значком (!) .

Лекции

примерный почасовой план План содержит несколько поясняющих комментариев, для их показа надо нажать «Комментарии» в начале или в конце страницы.

Введение в теорию алгоритмов. Алгоритмические языки

  1. Интуитивное понятие алгоритма: преобразование данных исполнителем на основании команд. Свойства алгоритмов.
  2. Программируемый калькулятор: данные, команды, последовательное, условное и циклическое выполнение.
  3. Алгоритм как преобразование слов из заданного алфавита. Нормальные алгоритмы Маркова.
  4. Машина Тьюринга. Тезис Тьюринга и принцип нормализации, их обоснование.
  5. Алгоритмически неразрешимые проблемы.
  6. Неразрешимость проблем самоприменимости, останова и эквивалентности алгоритмов.
  7. Характеристика алгоритмических языков. Понятия исполнителя и трансляции. Компилируемые и интерпретируемые языки.
  8. Алфавит, синтаксис и семантика алгоритмического языка. Описание синтаксиса языка с помощью металингвистических формул (БНФ) и синтаксических диаграмм.
  9. /!\

  10. /!\

Обзор языка программирования и исполнителя Pyton

  1. История Python. Интерпретатор командной строки. Использование Python в качестве калькулятора.
  2. Неформальное введение в Python. Работа со справочным материалом.

Основы ЯП Python

  1. Константы-конструкторы основных скалярных объектов. Операции над объектами. Интерпретация выражения: конструирование и удаление объектов. Именование объектов, оператор связывания.
  2. Основные типы последовательностей. Индексирование и секционирование. Множественный оператор связывания, распаковка последовательностей.
  3. Логические выражения. Условный оператор. Блок операторов. Вложенные операторы.
  4. Оператор цикла с условием. Каноническая схема цикла. Оператор цикла с последовательностью.

  5. Оформление кода. Строки документации, комментарии, соглашение об именах. Модернизация языка Python сообществом.
  6. (!) Понятие вычислительной сложности алгоритмов в худшем случае и в среднем. Поиск и бинарный поиск в упорядоченных последовательностях.

  7. (!) Методы сортировки, оптимальные оценки числа сравнений и перемещений при сортировке.

  8. Функции: задание и оператор вызова. Контекст выполнения, глобальное и локальное пространства имён, их перекрытие.
  9. Стандартные модули. Основные функции стандартных модулей math, random, os, sys и т. п.

  10. Конструирование пространства имён: модули и классы. Экземпляры классов.
  11. Интерактивный и файловый ввод-вывод. Параметры командной строки.
  12. (!) Рекурсия. Достоинства, недостатки, критерий применения в Python.

Возможности ЯП Python

  1. Референция объектов: имена и ссылки из составных объектов. Счётчик ссылок. Идентификаторы объектов и их сравнение.
  2. Старшинство операций. Логические операции. Нулевой объект типа.
  3. Пространство имён объекта: поля и методы объекта.
  4. Методы последовательностей. Использование последовательностей в качестве стека.
  5. (!) Алгоритмы поиска с возвратами (backtracking), реализация их с помощью рекурсии. Замещение рекурсии стеком контекстов.

  6. Цикл с итерируемым объектом. Циклические конструкторы объектов.
  7. Строковые методы. Конкатенация и разбиение строк.
  8. Модуль как контейнер имён. Использование модуля. Стандартные модули. Файл как модуль. Строки документации.
  9. Файловый ввод-вывод. Сериализация.
  10. Взаимодействие с ОС: потоки ввода-вывода, параметры командной строки, /!\

  11. Задача хеширования. Открытое и закрытое хеширование. Требования к функции расстановки.
  12. Хешируемые объекты Python. Словари. Методы словарей.
  13. Множества, байтовые массивы. Константные (хешируемые) варианты. Операции над множествами.
  14. Позиционные и именованные параметры функции, значение по умолчанию. Упаковка и распаковка параметров функции.
  15. Функции с произвольным количеством и именами параметров. Словари-пространства глобальных и локальных имён.
  16. Генераторы: выражения-генераторы, повторно входимые функции (функции-генераторы). Работа цикла с итерируемым объектом.
  17. Класс как конструктор пространства имён. Экземпляр класса: динамические поля и поля класса. Методы. Вызов метода. Строки документации.
  18. Спецметоды. Реализация операций над объектами путём задания спецметодов.


/!\ TODO: что ещё должно быть: выбрать и подсунуть в нужное место Ещё:

  1. eval() / exec()

  2. Z-функция и поиск подстроки
  3. Двоичные (бинарные) деревья. Обход дерева с использованием стека, очереди и рекурсии.
  4. Деревья поиска (сравнений), алгоритмы поиска, вставки и удаления элементов.
  5. Куча
  6. Замыкание транзитивного бинарного отношения.
  7. Моделирование многомерных массивов.
  8. Исключения как средство управления потоком вычислений