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\SpecialChar LyX
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How to think like a computer scientist''
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Copyright (c) 2001 Allen B.
Downey, Jeffrey Elkner, and Chris Meyers.
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Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under
the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or any later
version published by the Free Software Foundation; with the Invariant Sections
being "Contributor List", with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover
Texts.
A copy of the license is included in the section entitled "GNU Free Documentati
on License".
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This distribution includes a file named fdl.lyx that contains the text of
the GNU Free Documentation License.
If it is missing, you can obtain it from www.gnu.org or by writing to the
Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA
02111-1307, USA.
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\end_inset
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\begin_layout Chapter
El camino hacia el programa
\end_layout
\begin_layout Standard
El objetivo de este libro es el de enseñar al estudiante a pensar como lo
hacen los científicos informáticos.
Esta manera de pensar combina las mejores características de la matemática,
la ingeniería y las ciencias naturales.
Como los matemáticos, los científicos informáticos usan lenguajes formales
para diseñar ideas (específicamente, cómputos).
Como los ingenieros, ellos diseñan cosas, construyendo sistemas mediante
el ensamble de componentes y evaluando las ventajas y desventajas de cada
una de las alternativas de construcción.
Como los científicos, ellos observan el comportamiento de sistemas complejos,
forman hipótesis, y prueban sus predicciones.
\end_layout
\begin_layout Standard
La habilidad más importante del científico informático es
\series bold
la solución de problemas
\series default
.
La solución de problemas incluye poder formular problemas, pensar en soluciones
de manera creativa y expresar soluciones clara y precisamente.
Como se verá, el proceso de aprender a programar es la oportunidad perfecta
para desarrollar la habilidad de resolver problemas.
Por esa razón este capítulo se llama
\begin_inset Quotes eld
\end_inset
El camino hacia el programa
\begin_inset Quotes erd
\end_inset
.
\end_layout
\begin_layout Standard
A cierto nivel, usted aprenderá a programar, lo cual es una habilidad muy
útil por sí misma.
A otro nivel, usted utilizará la programación para obtener algún resultado.
Ese resultado se verá más claramente durante el proceso.
\end_layout
\begin_layout Section
El lenguaje de programación Python
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje de programación
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje!programación
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
El lenguaje de programación que aprenderá es Python.
Python es un ejemplo de
\series bold
lenguaje de alto nivel
\series default
; otros ejemplos de lenguajes de alto nivel son C, C++, Perl y Java.
\end_layout
\begin_layout Standard
Como se puede deducir de la nomenclatura
\begin_inset Quotes eld
\end_inset
lenguaje de alto nivel,
\begin_inset Quotes erd
\end_inset
también existen
\series bold
lenguajes de bajo nivel
\series default
, que también se denominan lenguajes de máquina o lenguajes ensambladores.
A propósito, las computadoras sólo ejecutan programas escritos en lenguajes
de bajo nivel.
Los programas de alto nivel tienen que ser traducidos antes de ser ejecutados.
Esta traducción lleva tiempo, lo cual es una pequeña desventaja de los
lenguajes de alto nivel.
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
portátil
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje de alto nivel
\end_layout
\end_inset
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status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje de bajo nivel
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje!alto nivel
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje!bajo nivel
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
Aun así, las ventajas son enormes.
En primer lugar, la programación en lenguajes de alto nivel es mucho más
fácil; escribir programas en un lenguaje de alto nivel toma menos tiempo
ya que los programas son más cortos, más fáciles de leer, y es más probable
que queden correctos.
En segundo lugar, los lenguajes de alto nivel son
\series bold
portables
\series default
, lo que significa que los programas escritos con estos pueden ser ejecutados
en tipos diferentes de computadoras sin modificación alguna o con pocas
modificaciones.
Programas escritos en lenguajes de bajo nivel sólo pueden ser ejecutados
en un tipo de computadora y deben ser reescritos para ser ejecutados en
otra.
\end_layout
\begin_layout Standard
Debido a estas ventajas, casi todo programa se escribe en un lenguaje de
alto nivel.
Los lenguajes de bajo nivel son sólo usados para unas pocas aplicaciones
especiales.
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
compilar
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
interpretar
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
Hay dos tipos de programas que traducen lenguajes de alto nivel a lenguajes
de bajo nivel:
\series bold
intérpretes
\series default
y
\series bold
compiladores
\series default
.
Un intérprete lee un programa de alto nivel y lo ejecuta, lo que significa
que lleva a cabo lo que indica el programa.
Traduce el programa poco a poco, leyendo y ejecutando cada comando.
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset VSpace 0.1in
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
\backslash
centerline{
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Graphics
filename illustrations/interpret.eps
scale 70
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
}
\end_layout
\end_inset
\begin_inset VSpace 0.1in
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
Un compilador lee el programa y lo traduce todo al mismo tiempo, antes de
ejecutar alguno de los programas.
A menudo se compila un programa como un paso aparte, y luego se ejecuta
el código compilado.
En este caso, al programa de alto nivel se lo llama el
\series bold
código fuente
\series default
, y al programa traducido es llamado el
\series bold
código de objeto
\series default
o el
\series bold
código ejecutable
\series default
.
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset VSpace 0.1in
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
\backslash
centerline{
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Graphics
filename illustrations/compile.eps
scale 70
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
}
\end_layout
\end_inset
\begin_inset VSpace 0.1in
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
A Python se lo considera un lenguaje interpretado, porque sus programas
son ejecutados por un intérprete.
Existen dos maneras de usar el intérprete: modo de comando y modo de guión.
En modo de comando se escriben sentencias en el lenguaje Python y el intérprete
muestra el resultado.
\end_layout
\begin_layout Verbatim
$python
\end_layout
\begin_layout Verbatim
Python 3.6.1 (default, Apr 29 2017, 15:32:44) [GCC 5.4.0] on linux
\end_layout
\begin_layout Verbatim
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
\end_layout
\begin_layout Verbatim
>>>1+1
\end_layout
\begin_layout Verbatim
2
\end_layout
\begin_layout Standard
La primera línea de este ejemplo es el comando que pone en marcha al intérprete
de Python.
Las dos líneas siguientes son mensajes del intérprete.
La tercera línea comienza con
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
{
\end_layout
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
\backslash
verb+>>>+
\end_layout
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
}
\end_layout
\end_inset
, lo que indica que el intérprete está listo para recibir comandos.
Escribimos
\family typewriter
1+1
\family default
y el intérprete contestó
\family typewriter
2
\family default
.
\end_layout
\begin_layout Standard
Alternativamente, se puede escribir el programa en un archivo y usar el
intérprete para ejecutar el contenido de dicho archivo.
El archivo, en este caso, se denomina un
\series bold
guión (script)
\series default
; por ejemplo, en un editor de texto se puede crear un archivo
\family typewriter
unomasuno.py
\family default
que contenga esta línea:
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Verbatim
print(1 + 1)
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
Por acuerdo unánime, los archivos que contienen programas de Python tienen
nombres que terminan con
\family typewriter
.py
\family default
.
Para ejecutar el programa, se le tiene que indicar el nombre del guión
al intérprete.
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset listings
inline false
status open
\begin_layout Verbatim
$ python unomasuno.py
\end_layout
\begin_layout Verbatim
2
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Verbatim
\end_layout
\begin_layout Standard
En otros entornos de desarrollo, los detalles de la ejecución de programas
diferirán.
Además, la mayoría de programas son más interesantes que el anterior.
\end_layout
\begin_layout Standard
La mayoría de ejemplos en este libro son ejecutados en la línea de comandos.
La línea de comandos es más conveniente para el desarrollo de programas
y para pruebas rápidas, porque las instrucciones de Python se pueden pasar
a la máquina para ser ejecutadas inmediatamente.
Una vez que el programa está completo, se lo puede archivar en un guión
para ejecutarlo o modificarlo en el futuro.
\end_layout
\begin_layout Section
¿Qué es un programa?
\end_layout
\begin_layout Standard
Un programa es una secuencia de instrucciones que especifican cómo ejecutar
un cómputo.
El cómputo puede ser matemático, cómo solucionar un sistema de ecuaciones
o determinar las raíces de un polinomio, pero también puede ser simbólico,
cómo buscar y reemplazar el texto de un documento o (aunque parezca raro)
compilar un programa.
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
instrucción
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
Las instrucciones (comandos, órdenes) tienen una apariencia diferente en
lenguajes de programación diferentes, pero existen algunas funciones básicas
que se presentan en casi todo lenguaje:
\end_layout
\begin_layout Description
Entrada: recibir datos del teclado, o de un archivo o de otro aparato.
\end_layout
\begin_layout Description
Salida: mostrar datos en el monitor o enviar datos a un archivo u otro aparato.
\end_layout
\begin_layout Description
Matemáticas: ejecutar operaciones básicas, como la adición y la multiplicación.
\end_layout
\begin_layout Description
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
Operación condicional:
\end_layout
\end_inset
probar la veracidad de alguna condición y ejecutar una secuencia de instruccion
es apropiada.
\end_layout
\begin_layout Description
Repetición ejecutar alguna acción repetidas veces, usualmente con alguna
variación.
\end_layout
\begin_layout Standard
Aunque sea difícil de creer, todos los programas en existencia son formulados
exclusivamente con tales instrucciones.
Así, una manera de describir la programación es: el proceso de romper una
tarea en tareas cada vez más pequeñas hasta que éstas sean lo suficientemente
sencillas como para ser ejecutadas con una secuencia de estas instrucciones
básicas.
\end_layout
\begin_layout Standard
Quizás esta descripción es un poco ambigua.
No se preocupe.
Explicaremos ésto con más detalle en el tema de
\series bold
algoritmos
\series default
.
\end_layout
\begin_layout Section
¿Qué es la depuración (debugging)?
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
depuración (debugging)
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
error (bug)
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
La programación es un proceso complejo, y a veces este proceso lleva a
\series bold
errores indefinidos
\series default
, también llamados
\series bold
defectos
\series default
o
\series bold
errores de programación
\series default
(en inglés `bugs'), y el proceso de buscarlos y corregirlos es llamado
\series bold
depuración
\series default
(en inglés `debugging').
\end_layout
\begin_layout Standard
Hay tres tipos de errores que pueden ocurrir en un programa.
Es muy útil distinguirlos para encontrarlos más rápido.
\end_layout
\begin_layout Subsection
Errores sintácticos
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
error sintáctico
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
error!sintaxis
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
Python sólo puede ejecutar un programa si está sintácticamente bien escrito.
Al contrario, es decir, si el programa tiene algún error de sintaxis, el
proceso falla y devuelve un mensaje de error.
La palabra
\series bold
sintáctica
\series default
se refiere a la estructura de cualquier programa y a las reglas de esa
estructura.
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
sintáctica
\end_layout
\end_inset
Por ejemplo, en español, la primera letra de toda oración debe ser mayúscula
y el fin de toda oración debe llevar un punto.
esta oración tiene un error sintáctico.
Esta oración también
\end_layout
\begin_layout Standard
Para la mayoría de lectores, unos pocos errores no impiden la comprensión
de los grafitis en la calle que, a menudo, rompen muchas reglas de sintaxis.
Sin embargo Python no es así.
Si hay aunque sea un error sintáctico en el programa, Python mostrará un
mensaje de error y abortará su ejecución.
Al principio usted pasará mucho tiempo buscando errores sintácticos, pero
con el tiempo no cometerá tantos errores y los encontrará rápidamente.
\end_layout
\begin_layout Subsection
Errores en tiempo de ejecución
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset CommandInset label
LatexCommand label
name "runtime"
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
error en tiempo de ejecución
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
error!en tiempo de ejecución
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
excepción
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
lenguaje seguro
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
seguro!lenguaje
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
El segundo tipo de error es el de tiempo de ejecución.
Este error aparece sólo cuando se ejecuta un programa.
Estos errores también se llaman
\series bold
excepciones
\series default
, porque indican que algo excepcional ha ocurrido.
\end_layout
\begin_layout Standard
Con los programas que vamos a escribir al principio, los errores de tiempo
de ejecución ocurrirán con poca frecuencia.
\end_layout
\begin_layout Subsection
Errores semánticos
\end_layout
\begin_layout Standard
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
semántica
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
error semántico
\end_layout
\end_inset
\begin_inset Index idx
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
semántico!error
\end_layout
\end_inset
\end_layout
\begin_layout Standard
El tercer tipo de error es el
\series bold
semántico
\series default
.
Si hay un error de lógica en su programa, éste será ejecutado sin ningún
mensaje de error, pero el resultado no será el deseado.
El programa ejecutará la lógica que usted le dijo que ejecutara.
\end_layout
\begin_layout Standard
A veces ocurre que el programa escrito no es el que se tenía en mente.
El sentido o significado del programa no es correcto.
Es difícil hallar errores de lógica.
Eso requiere trabajar al revés, comenzando a analizar la salida para encontrar
al problema.
\end_layout
\begin_layout Subsection
Depuración experimental
\end_layout
\begin_layout Standard
Una de las técnicas más importantes que usted aprenderá es la depuración.
Aunque a veces es frustrante, la depuración es una de las partes de la
programación más estimulantes, interesantes e intelectualmente exigentes.
\end_layout
\begin_layout Standard
La depuración es una actividad parecida a la tarea de un investigador: se
tienen que estudiar las pistas para inferir los procesos y eventos que
han generado los resultados encontrados.
\end_layout
\begin_layout Standard
La depuración también es una ciencia experimental.
Una vez que se tiene conciencia de un error, se modifica el programa y
se intenta nuevamente.
Si la hipótesis fue la correcta se pueden predecir los resultados de la
modificación y estaremos más cerca a un programa correcto.
Si la hipótesis fue la errónea tendrá que idearse otra hipótesis.
Como dijo Sherlock Holmes:
\begin_inset Quotes eld
\end_inset
Cuando se ha descartado lo imposible, lo que queda, no importa cuan inverosímil,
debe ser la verdad
\begin_inset Quotes erd
\end_inset
(A.
Conan Doyle,
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
{
\end_layout
\end_inset
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout
\backslash
em
\end_layout
\end_inset
The Sign of Four
\begin_inset ERT
status collapsed
\begin_layout Plain Layout