Informatica per Scienze
Biologiche e Biotecnologie
Anno Accademico 2001-2002
Anno Accademico
2001-2002
Corso di Informatica
Informatica per Scienze
Biologiche e Biotecnologie
Modulo 2 Algoritmi e Modelli
Anno Accademico
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Algoritmi e Modelli
Per capire come funziona un computer è indispensabile avere chiaro che il
computer basa il proprio funzionamento su modelli della realtà. Pertanto è
necessario costruire un terreno comune per le parti successive del corso.
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Argomenti
-
Concetto di modello
Parametri di un modello
Flussi procedurali
Algoritmi
Alcuni esempi
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Modelli matematici
Lo studio di un fenomeno fisico mediante un suo modello consiste nel
semplificare e ridurre il fenomeno alle sue caratteristiche essenziali, allo scopo di
darne una rappresentazione semplice anche se non completamente
corrispondente alla realtà, e, assai spesso, di tradurlo in equazioni matematiche
facilmente risolubili; la corrispondenza del modello sussiste quando la soluzione
delle equazioni è in accordo con i dati sperimentali. Ad es., un pendolo semplice è
un modello di un corpo sospeso mediante un filo, nel quale si ammette che la
massa del corpo sia concentrata nel suo baricentro, che il filo sia flessibile e privo
di attrito interno, di massa nulla e inestensibile; infine che il sistema esegua
oscillazioni sufficientemente piccole perché l'angolo j fra la verticale passante per
il punto di sospensione e la direzione del filo sia tale da poter supporre sen j = j.
In tale ipotesi il corpo si muove di moto oscillatorio, di periodo dipendente
soltanto dalla lunghezza l del filo e dall'accelerazione di gravità g. Lo studio della
fisica può essere considerato come lo studio di modelli dei fenomeni la cui
complessità è cresciuta sia con l'affinamento dell'indagine, per cui determinate
ipotesi non sono più state ritenute accettabili, sia anche con il perfezionarsi dei
mezzi. matematici atti alla soluzione delle equazioni che ne derivano.
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Modelli matematici
Tra i mezzi matematici vanno compresi anche i calcolatori per l'aiuto dato allo
studio di problemi la cui soluzione è concettualmente nota, ma praticamente
laboriosa.
Enciclopedia Rizzoli Larousse - Prima edizione Multimediale
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Modelli Analogici
L'affinità tra fenomeni appartenenti a diverse parti della fisica,
affinità che si traduce essenzialmente nell'identità formale delle
equazioni che li rappresentano, ha dato luogo a un altro tipo di
modelli, detti analogici perché esprimono una particolare
analogia, in base alla quale si stabiliscono corrispondenze tra
grandezze fisiche concernenti fenomeni diversi. La teoria dei
circuiti elettrici è stata assai feconda di risultati in questo campo
in quanto ha consentito la traduzione di fenomeni idraulici,
acustici, meccanici in fenomeni elettrici mediante circuiti
analoghi. Recentemente si è tentato di studiare mediante circuiti
analoghi anche il comportamento di determinate parti del
sistema nervoso umano riguardanti le funzioni sensoriali (ad es.
vista, udito).
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Modelli Aeronautici
A parte i modelli aventi scopo pubblicitario e ornamentale, in
aviazione si fa largo impiego di modelli che riproducono in scala,
con assoluta esattezza, le forme esteriori di un nuovo aereo;
vengono usati nelle gallerie del vento per la determinazione e lo
studio delle caratteristiche aerodinamiche dell'aereo stesso.
Enciclopedia Rizzoli Larousse - Prima edizione Multimediale
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Modelli Linguistici
Dal punto di vista semiologico, il modello rappresenta
formalmente un fenomeno o una serie di fenomeni, che
nell'opera letteraria possono essere evidenti o nascosti. Per
l'esame di un testo e, in particolare, dei vari livelli a cui si situa la
narrazione, si può far ricorso ai modelli enunciati da A. J.
Greimas: «costituzionale» e «attanziale» (cioè relativa all'agente
narrativo) e da Cesare Segre che, nell'individuare i livelli testuali,
ipotizza quattro momenti: «Discorso», «Intrigo», «Fabula» e,
ultimo, «Modello narrativo» che dal testo si sposta verso
l'insieme comportamentale.
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Modelli
Ma se lasciamo che il modello si avvicini asintoticamente alla
complessità della situazione d'origine, esso tenderà a diventare
identico al sistema originario. Al limite diventerà proprio quel
sistema. [...] Lewis Carrol ha espresso questo concetto in un
episodio di Sylvie e Bruno, dove mostra come l'unica mappa in
scala di un paese, soddisfacente in tutti i dettagli, non è altro che
il paese stesso. La situazione non muta nel caso di modelli
teorici. Il modello formale ideale sarebbe quello che è in grado di
coprire l'universo intero, cui si adeguerebbe per complessità
attraverso una corrispondenza biunivoca. Chiunque avesse la
capacità di elaborare e comprendere nella sua interezza un
modello siffatto, finirebbe per trovarlo superfluo, potendo egli
cogliere l'universo intero come un tutto (Rosenblueth, Wiener,
1945).
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Modelli
Un modello è dunque uno schema, un tipo di semplificazione,
che ci permette di comprendere meglio un fenomeno che
vogliamo studiare.
Nella realtà possiamo dover schematizzare o “modellizzare”
strutture statiche o dinamiche, stabili o dipendenti da grandezze
che possono variare....
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Modelli ad oggetti
Un modello deve permettere economia di pensiero.
Se intendiamo modellizzare una famiglia di entità accomunate da
qualche caratteristica comune, da qualche affinità valida
logicamente, possiamo ricorrere a modelli che esplicitino le entità
singole, ciò che si ottiene astraendole o generalizzandole, e le
relazioni che intercorrono tra le diverse entità.
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Modelli ad oggetti
Animali
Uccelli
Fuffy
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Rettili
Canidi
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Pesci
Mammiferi
Meticci
Modelli ad oggetti
Root
Superclasses
Instance
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Superclasses
Class
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Superclasses
Class
Superclasses
Modelli ad oggetti
Root
IS
A
Superclasses
Superclasses
Superclasses
IS
A
Instance
Class
Class
Kind
Of
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Superclasses
Modelli ad oggetti
Orecchie
Occhi
Canidi
Coda
Gamba
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Modelli ad oggetti
Slot 1
Object
Slot 2
Slot n
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Modelli ad oggetti
Area
Prod(lati)
Rettangolo
Perimetro
Somm(lati)
Lato
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Algoritmi
algoritmo s.m. (da Muhammad ibn Musa alKharezmi, matematico arabo dell'inizio del IX sec.).
Insieme di simboli e procedimenti del calcolo
matematico: L'algoritmo del massimo comun divisore
(algoritmo euclideo) è il metodo che ottiene questo
elemento mediante divisioni successive.
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Algoritmi
In realtà algoritmo è un termine che si applica a
qualunque descrizione procedurale precisa e perciò
replicabile a patto di seguire fedelmente e
pedissequamente le “istruzioni” dell’algoritmo stesso.
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Algoritmi
Lavatrice
5 Kg?
NO
Cerca
Altro
Fail
Delicati?
SI
Cerca
Ammorbidente
C'e'?
NO
SI
Temperatura
Alta
Temperatura
Bassa
Aprire
acqua
Success
SI
Finito?
NO
Acqua?
NO
SI
Infilare
presa
Avvia
Lavaggio
SI
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Corrente?
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NO
Modelli e Algoritmi
I modelli ad oggetti sono una eccellente
rappresentazione delle relazioni che intercorrono in un
universo chiuso di entità descrivibili in modo completo o
incompleto.
Gli algoritmi sono la descrizione procedurale di come
alcune di queste entità possono interagire o modificare le
proprie caratteristiche in funzione del cambiamento di
uno o più parametri.
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Perché i Modelli
I computer sono meri esecutori di algoritmi.
Nessun computer della attuale generazione sarà mai
altro. Magari l’algoritmo potrà essere così sofisticato da
proporre lui stesso un comportamento “intelligente”, ma
l’hardware eseguirà sempre ciecamente ciò che
l’algoritmo gli comanda di fare in un determinato
momento.
Sarà mai intellgenza? O solo simulazione?
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Perché i Modelli
Il computer stesso ha un modello alla propria base.
E proprio capendo quello, piuttosto che che imparando a
memoria i singoli step da eseguire per qualunque
esigenza, potremo sfruttare meglio le potenzialità dello
strumento ed essere meno vincolati dai cambiamenti
superficiali che ci fanno sembrare un sistema diverso
dall’altro.
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Modelli Evoluti
•reti eterarchiche di oggetti
•reti semantiche
•modelli logici
•modelli statistici
•reti neurali
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Codifica come modello
minimale
I computer, come vedremo meglio in seguito, sono basati
su utilizzo del codice binario.
La prima esigenza che si impone, a livello elementare, è
quella di interagire con il computer con il nostro alfabeto
e ciò richiede una rappresentazione dello stesso nel
“linguaggio” del computer, un modello minimale che
definiamo codifica, vista la trasformazione presente
caratterizzata da una corrispondenza uno a uno.
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Codifica come modello
minimale
ASCII (sigla di american standard code for information
interchange, Codice americano standard per lo scambio di
informazioni), il più diffuso fra i codici internazionali che
rappresentano numeri, lettere e simboli con valori binari
univoci, comprensibili ed elaborabili dal computer. (È anche
il principale fra i codici di trasmissione dati fra sistemi di
elaborazione. I personal computer utilizzano normalmente
il codice ASCII o un suo sottoinsieme.)
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