Introduction

Objectifs

Apprendre comment

• analyser un problème
• proposer une stratégie pour le résoudre par ordinateur
• programmer correctement cette solution en Java

Apprendre à programmer ≠ apprendre Java

Pourquoi Java ?

• langage moderne (moins de détails étranges que le C++)
• utilise l'approche orientée objet (OO)
• syntaxe de base similaire au C et C++
• librairie standard très riche
• très utilisé; voir les statistiques

Mais le langage a beaucoup moins d'importance que la qualité du programme.

Comment installer Java ?

• installer l'environnement d'exécution;
  allez à la page http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index-jsp-138363.html, cliquez sur le premier download, sauvegardez le fichier et ensuite cliquez l'icône du fichier pour installer la version "Java Standard Edition" (dans le passé, appelé J2SE).
  
• installer l'environnement de programmation Eclipse;
  télécharger Eclipse à partir de la page http://www.eclipse.org/downloads/ (premier lien) et décompresser le dans un répertoire, par exemple C:\. Pour lancer Eclipse, il suffit d'exécuter le programme eclipse.exe situé dans le répertoire eclipse décompressé.

Programmes, ordinateurs, langages de programmation, algorithmes

Qu’est-ce qu’un programme ?

• une séquence d'instructions indiquant à un ordinateur ce qu'il doit faire
• l'ordre d'exécution de cette séquence est important

Qu’est-ce qu’un langage de programmation ?

Un langage de programmation est un ensemble de règles qui déterminent quand une séquence de symboles constitue un programme dans ce langage.

Deux types de règles

• règles syntaxiques
• règles sémantiques

Exemple :

Différents langages de programmation

• différents domaines d'application

• différents styles (paradigmes) de programmation

  • programmation impérative (C, C++, Java, Php, Cobol, Fortran, ...)
    • programmation procédurale (structurée) (Pascal, C, ...)
    • programmation orientée objet (C++, Java, Smalltalk, ...)
  • programmation déclarative
    • programmation fonctionnelle (ML, Lisp, ...)
    • programmation logique (Prolog, ...)
  • programmation déclarative vs programmation impérative
    • programmation déclarative :
      La racine carrée d’un nombre réel positif x est le nombre positif dont le carré vaut x.
      sqrt(x) = y tel que y * y = x
      On ne spécifie pas comment trouver cette valeur, par exemple sqrt(2).
    • programmation impérative
      la méthode de Héron ou méthode babylonienne : pour déterminer la racine carrée du nombre x, on choisit un nombre x0 assez proche de la racine carrée de x, en général sa partie entière, puis on construit une suite définie par récurrence par
      x_n+1 = (x_n + x/x_n)/2
      On spécifie comment trouver la valeur.
      
      Exemple :
      x₀ = 1
      x₁ = (x₀ + x/x₀)/2 = (1 + 2/1)/2 = 1.5
      x₂ = (x₁ + x/x₁)/2 = (1.5 + 2/1.5)/2 = (1.5 + 1.3333)/2 = 1.42
      x₃ = (x₂ + x/x₂)/2 = (1.42 + 2/1.42)/2 = (1.42 + 1.4085)/2 = 1.41422
      ...
  • En 1936, un mathématicien britannique, Alain Turing, a montré que six concepts simples de programmation sont suffisants pour décrire n'importe quel processus. Alors si deux langages de programmation supportent ces concepts, ils sont équivalents. Tout ce qui peut être fait dans un langage de programmation, peut être fait dans l'autre!

• différents niveaux d'abstraction

  langage de programmation est toujours un compromis entre la puissance d'expression et la possibilité d'exécution
  • niveau d'abstraction bas : langage machine
  • niveau d'abstraction moyen : langage C
  • niveau d'abstraction haut : Java, C++
  • niveau d'abstraction très élevé : langage mathématique

Qu’est-ce qu’un ordinateur ?

• une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés.
• un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire, ou bits.
• la machine permet de traiter automatiquement les données, ou informations, selon des séquences d'instructions prédéfinies appelées aussi programmes.
• une machine très rapide et très stupide !

Architecture de l’ordinateur

• Unité centrale (central processing unit - CPU) le "cerveau" qui exécute des instructions très simples
• Mémoire (random access memory - RAM) une collection des tiroirs numérotés contenant des nombres
  • la plus petite unité adressable est l'octet (byte) : une suite de 8 bits
• Périphériques
  • clavier, écran, carte de réseau, lecteur de CD, etc.

Stockage de l’information

Avantages et inconvénients d'un langage de haut niveau

Qu’est-ce qu’un algorithme ?

Il comprend des instructions très primitives. Si l'on veut qu'il fasse des choses plus avancées, il faut lui dire comment le faire, il faut lui fournir un algorithme.

Un algorithme est (cf. Wikipédia)

• un processus systématique de résolution, par le calcul, d'un problème permettant de présenter les étapes vers le résultat à une autre personne physique (un autre humain) ou virtuelle (un calculateur)
• un énoncé d’une suite d’opérations permettant de donner la réponse à un problème.

Problème : comment faire des muffins aux bananes ?

Ingrédients (les données)

• 2/3 tasse de cassonade
• 1/2 tasse d'huile végétale
• 1 oeuf
• 2 c. à table de mélasse
• 1 1/2 tasse de son de blé naturel
• 2/3 tasse de farine
• 1/2 tasse de gruau
• 1/4 tasse de graine de lin moulue
• 2 bananes écrasées
• 1/2 tasse de pépites de chocolat au lait
• 1/2 tasse de raisins secs
• 1/2 c. à thé de sel
• 1/2 c. à thé de cannelle
• 1 c. à thé de soda
• 1 c. à thé de poudre-à-pâte
• 1 tasse de lait

Algorithme

• Faire chauffer le four à 375f.
• Mélanger l'oeuf avec la cassonade, l'huile, la mélasse et les bananes.
• Ajouter le gruau, le son de blé, la farine, la graine de lin, le soda, le sel, la poudre à pâte, la cannelle, les raisins et les pépites de chocolat.
• Ajouter le lait en dernier.
• Bien mélanger et mettre dans les moules à muffin.
• Cuire environ 25 min à 375f.

Exécution séquentielle, parallèle, répartie

Si les opérations s’exécutent en séquence, on parle d’algorithme séquentiel. Si les opérations s’exécutent sur plusieurs processeurs en parallèle, on parle d’algorithme parallèle. Si les tâches s’exécutent sur un réseau de processeurs on parle d’algorithme réparti ou distribué.

Programmes ressemblent aux recettes

Tâche : additionner deux nombres et afficher le résultat à l'écran.

Le CPU utilise un accumulateur : mémoire "locale".

Programme :

1. Lire le premier nombre du clavier et le placer dans la mémoire.
2. Lire le deuxième nombre du clavier et le placer dans la mémoire.
3. Charger le premier nombre de la mémoire dans l'accumulateur.
4. Ajouter le deuxième nombre de la mémoire au nombre qui se trouve dans l'accumulateur, et placer le résultat dans l'accumulateur.
5. Stocker le nombre qui se trouve dans l'accumulateur dans la mémoire.
6. Afficher le résultat sur l'écran.