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Introdução - Algoritmos e Programas

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Algoritmos

Um algoritmo é um procedimento passo-a-passo projetado para resolver um problema ou realizar uma tarefa. Ele pode ser executado por humanos ou por computadores. Algoritmos são procedimentos lógicos e bem definidos que podem ser implementados em diferentes meios, como em programas de computador, manuais de instruções ou mesmo em rotinas do cotidiano, como trocar um pneu furado. Os algoritmos são usados para automatizar tarefas, simplificar processos e garantir que os resultados sejam consistentes e precisos. Em essência, eles são a base da lógica por trás de qualquer programa de computador. Veja o exemplo:

Fonte: http://www.cristiancechinel.pro.br/my_files/algorithms/bookhtml/node12.html

Repare que, se seguirmos cada instrução em sequência, do início até o final, teremos como resultado o nosso pneu trocado! Portanto, o passo-a-passo acima pode ser também chamado de programa, ou seja, um conjunto de instruções que, se executadas uma após a outra, geram um resultado. Uma receita de bolo é um outro exemplo de algoritmo.

Os algoritmos são uma ferramenta essencial em muitos campos diferentes, desde a matemática e a física até a biologia e a engenharia. Eles são usados para resolver problemas complexos, automatizar tarefas e criar sistemas eficientes e precisos.

Na eletrônica, por exemplo, os algoritmos são usados tanto na eletrônica digital quanto na analógica. Na eletrônica digital, os algoritmos são usados para projetar circuitos integrados e processadores, bem como para programar o comportamento dos sistemas de automação e controle. Na eletrônica analógica, os algoritmos são usados para projetar circuitos que respondem a sinais contínuos, como sinais de áudio ou de vídeo. Eles são usados para amplificar, filtrar e modular sinais analógicos, bem como para controlar sistemas de feedback em tempo real.

Por exemplo, sistemas de feedback em tempo real usam sensores para medir a posição, temperatura ou pressão, e em seguida, um controlador determina se é necessário fazer ajustes para manter os valores dentro de um determinado limite. Esses ajustes são então enviados para um atuador, que executa as mudanças necessárias no sistema, como acionar um sistema de resfriamento para reduzir a temperatura, caso esteja acima do limite.

Fora da eletrônica, os algoritmos são usados em muitos outros campos. Na matemática, os algoritmos são usados para resolver problemas complexos de álgebra e cálculo, enquanto na física, os algoritmos são usados para modelar o comportamento de sistemas complexos, como o clima ou o movimento de partículas subatômicas. Na biologia, os algoritmos são usados para analisar dados genéticos e para modelar a evolução das espécies.

Na saúde, os algoritmos estão sendo usados para ajudar médicos e pesquisadores a diagnosticar doenças, prever riscos e fornecer tratamentos personalizados. Um exemplo é o uso de algoritmos de aprendizado de máquina para analisar grandes conjuntos de dados de pacientes e identificar padrões que possam ser usados para prever riscos de doenças cardíacas, diabetes e outros problemas de saúde. Além disso, os algoritmos também estão sendo usados em sistemas de monitoramento de pacientes, como sensores de movimento e monitoramento de sinais vitais, para alertar os profissionais de saúde quando um paciente precisa de atenção médica.

No meio ambiente, os algoritmos estão sendo usados para modelar e prever as mudanças climáticas, analisar a qualidade da água e do ar e monitorar a biodiversidade. Por exemplo, algoritmos de aprendizado de máquina estão sendo usados para analisar imagens de satélite e detectar padrões de mudança no uso do solo e na cobertura vegetal, permitindo aos pesquisadores entender melhor como as mudanças ambientais estão afetando a biodiversidade e o clima. Além disso, os algoritmos também estão sendo usados em sistemas de gerenciamento de resíduos e na modelagem de sistemas de transporte para reduzir a pegada de carbono e melhorar a sustentabilidade ambiental.

Exemplo 1: Algoritmo de Identificação de Áreas Suspeitas de Desmatamento

Objetivo: detectar áreas de desmatamento em uma região utilizando imagens de satélite.

Passos:

  1. Coletar imagens de satélite da região de interesse.
  2. Pré-processar as imagens para remover ruídos e realçar áreas verdes.
  3. Segmentar as áreas verdes nas imagens utilizando técnicas de processamento de imagem.
  4. Comparar as imagens segmentadas com imagens anteriores da mesma região para detectar mudanças significativas.
  5. Identificar as áreas onde houve uma diminuição significativa na quantidade de áreas verdes.
  6. Analisar essas áreas para verificar se houve desmatamento ou outras mudanças no uso do solo.
  7. Gerar um relatório indicando as áreas suspeitas de desmatamento e sua localização.

Resultado Esperado: áreas suspeitas de desmatamento identificadas e localizadas

Esse algoritmo pode ser usado por órgãos governamentais, ONGs ou empresas para monitorar o desmatamento em uma determinada região e tomar medidas para preservar o meio ambiente. Ele usa técnicas de processamento de imagem e comparação de imagens para identificar áreas de desmatamento de forma rápida e precisa.

 

Exemplo 2: Algoritmo para cálculo do Índice de Massa Corporal (IMC)

Objetivo: calcular o Índice de Massa Corporal (IMC) e diagnosticar graus de obesidade.

Passos:

  1. Leia o peso da pessoa em quilogramas (kg).
  2. Leia a altura da pessoa em metros (m).
  3. Calcule o IMC utilizando a fórmula: IMC = peso / altura^2
  4. Se o IMC for menor que 18,5, exiba a mensagem "Peso abaixo do normal".
  5. Se o IMC estiver entre 18,5 e 24,9, exiba a mensagem "Peso normal".
  6. Se o IMC estiver entre 25 e 29,9, exiba a mensagem "Sobrepeso".
  7. Se o IMC estiver entre 30 e 34,9, exiba a mensagem "Obesidade grau 1".
  8. Se o IMC estiver entre 35 e 39,9, exiba a mensagem "Obesidade grau 2".
  9. Se o IMC for maior que 40, exiba a mensagem "Obesidade grau 3".
  10. Fim do algoritmo.

Resultado Esperado: grau de obesidade informado na tela com base no IMC calculado.

Esse algoritmo tem como objetivo ajudar a avaliar a condição física de uma pessoa através do cálculo do seu IMC, que é uma medida amplamente utilizada na área de saúde para determinar se alguém está dentro do peso ideal. Com esse algoritmo, é possível determinar a categoria em que a pessoa se encontra de acordo com os valores do IMC, o que pode ser útil para orientar a adoção de hábitos de vida mais saudáveis.

 

Em resumo, os algoritmos são uma ferramenta poderosa e versátil que é usada em uma ampla gama de campos para resolver problemas e automatizar tarefas. Sua importância é cada vez mais reconhecida à medida que a tecnologia se torna mais complexa e interconectada.

Programas

A diferença é que, tanto o passo-a-passo para troca de um pneu furado, como uma receita de bolo possuem instruções compreensíveis para humanos, ou seja, são escritos para serem executados por humanos e não por computadores. Chamamos programas escritos em linguagem humana de Algoritmos. Algoritmos também podem ser entendidos como projetos de programas em linguagem humana escritos de forma lógica. Para construirmos programas de computador, precisamos de mais alguns ingredientes que veremos a seguir.

Programas de computador têm invadido nossas vidas a uma velocidade nunca vista antes. Seja em forma de aplicativos de smartphones, planilhas e editores de textos, sites na Web ou softwares embarcados, como os que são encontrados na Internet das Coisas, em casas automatizadas, fazendas inteligentes ou carros autônomos. Contudo, o que são esses programas? Como são feitos?

Nesta disciplina, vamos investigar a fundo como os programas de computador são construídos, estudando suas estruturas e sempre praticando bastante para dominarmos esse recurso tão fascinante.


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