Programowanie

Modele programowania

Programowanie liniowe – klasa problemów programowania matematycznego, w której wszystkie warunki ograniczające oraz funkcja celu mają postać liniową. Warunki ograniczające mają postać:

${\displaystyle a_{1}x_{1}+a_{2}x_{2}+\cdots +a_{n}x_{n}\geqslant \alpha }$

${\displaystyle a_{1}x_{1}+a_{2}x_{2}+\cdots +a_{n}x_{n}\leqslant \alpha }$

${\displaystyle a_{1}x_{1}+a_{2}x_{2}+\cdots +a_{n}x_{n}=\alpha }$

Mamy zmaksymalizować lub zminimalizować funkcję celu, również liniową:

${\displaystyle f=\alpha +c_{1}x_{1}+c_{2}x_{2}+\cdots +c_{n}x_{n}}$

Zmienne x_i są liczbami rzeczywistymi.

Nie zawsze taki problem ma jakiekolwiek rozwiązanie, np.:

${\displaystyle x_{1}\geqslant 2}$

${\displaystyle x_{1}\leqslant 1}$

Być może też żadne rozwiązanie nie jest optymalne, ponieważ potrafimy uzyskać dowolnie dużą wartość funkcji celu, np.:

Zmaksymalizuj ${\displaystyle f=x_{1}}$ przy warunku

${\displaystyle x_{1}\geqslant 10}$

Programowanie liniowe znalazło szerokie zastosowanie w teorii decyzji, np. do optymalizacji planu produkcyjnego. Wiele problemów optymalizacyjnych znajduje rozwiązanie poprzez sprowadzenie ich do postaci problemu programowania liniowego.

Programowanie strukturalne – paradygmat programowania opierający się na podziale kodu źródłowego programu na procedury i hierarchicznie ułożone bloki z wykorzystaniem struktur kontrolnych w postaci instrukcji wyboru i pętli. Rozwijał się w opozycji do programowania wykorzystującego proste instrukcje warunkowe i skoki. Programowanie strukturalne zwiększa czytelność i ułatwia analizę programów, co stanowi znaczącą poprawę w stosunku do trudnego w utrzymaniu „spaghetti code” często wynikającego z użycia instrukcji goto.

Początki programowania strukturalnego przypadają na Lata 60. XX wieku, a ważnym głosem w dyskusji o programowaniu strukturalnym był list Edsgera Dijkstry Goto Statement considered harmful.

Język programowania zgodny z paradygmatem programowania strukturalnego nazywa się językiem strukturalnym.

Programowanie modularne (ang. modular programming) − paradygmat programowania zalecający stosowanie nadrzędności modułów w stosunku do procedur i bloków tworzących program. Moduł grupuje funkcjonalnie związane ze sobą dane oraz procedury i jest reprezentacją obiektu jednokrotnie występującego w programie. Programowanie takie wykorzystywane jest przez wyspecjalizowane języki programowania, np. Ada, Modula-2, Pascal, Fortran90.

Paradygmat programowania modularnego jest blisko związany z innymi paradygmatami, a mianowicie programowaniem strukturalnym i programowaniem zorientowanym obiektowo, gdzie jest często stosowany.

Programowanie obiektowe (ang. object-oriented programming) – paradygmat programowania, w którym programy definiuje się za pomocą obiektów – elementów łączących stan(czyli dane, nazywane najczęściej polami) i zachowanie (czyli procedury, tu: metody). Obiektowy program komputerowy wyrażony jest jako zbiór takich obiektów, komunikujących się pomiędzy sobą w celu wykonywania zadań.

Podejście to różni się od tradycyjnego programowania proceduralnego, gdzie dane i procedury nie są ze sobą bezpośrednio związane. Programowanie obiektowe ma ułatwić pisanie, konserwację i wielokrotne użycie programów lub ich fragmentów.

Największym atutem programowania, projektowania oraz analizy obiektowej jest zgodność takiego podejścia z rzeczywistością – mózg ludzki jest w naturalny sposób najlepiej przystosowany do takiego podejścia przy przetwarzaniu informacji.

Programowanie sterowane zdarzeniami (Programowanie zdarzeniowe) – metodologia tworzenia programów komputerowych, która określa sposób ich pisania z punktu widzenia procesu przekazywania sterowania między poszczególnymi modułami tej samej aplikacji. Programowanie sterowane zdarzeniami jest mocno powiązane ze środowiskami wieloprocesowymi (nie mylić z komputerami wieloprocesorowymi), z graficznymi środowiskami systemów operacyjnych oraz z programowaniem obiektowym.

Jest to paradygmat programowania, według którego program jest cały czas „bombardowany” zdarzeniami (events), na które musi odpowiedzieć, i zakładający, że przepływ sterowania w programie jest całkowicie niemożliwy do przewidzenia z góry.

Programowanie zdarzeniowe jest dominującym typem programowania GUI – zdarzenia to naciśnięcia myszy, klawiszy, żądania odświeżenia przez system okienkowy, różne zdarzenia sieciowe i inne.

Jest też używane przez wysoce wydajne serwery sieciowe – zdarzeniami są tu żądania połączenia, nadejście danych do odbioru, zwolnienie się miejsca w buforach wysyłania odbiorów, itd. W systemach uniksowych zwykle wszystkie połączenia (np. z plikami, sieciowe, z relacyjną bazą danych) mają charakter deskryptorów plików i na ich zbiorze jest wywoływana funkcja systemu operacyjnego select lub poll, która informuje na jakim deskryptorze wydarzyło się jakieś zdarzenie (zobacz artykuł: Wywołania systemowe Uniksa).

W programowaniu zdarzeniowym ważne jest żeby nie obsługiwać zbyt długo danego zdarzenia, bo blokuje się w ten sposób obsługę innych. W przypadku serwerów obniżyłoby to znacznie wydajność, w przypadku GUI program zbyt wolno odpowiadałby na akcje użytkownika. Można to osiągnąć za pomocą asynchronicznego I/O, wielowątkowości, rozbijania zdarzenia na pod zdarzenia i wielu innych mechanizmów.

Programowanie zstępujące i wstępujące

Programowanie zstępujące (projektowanie zstępujące, ang. top-down design) – rozwiązanie programistyczne polegające na zdefiniowaniu problemu ogólnego poprzez podzielenie na podproblemy, które są dzielone na jeszcze mniejsze podproblemy aż do rozwiązań oczywistych, łatwych do zapisania. Następnie złożenie z rozwiązań podproblemów niższego rzędu rozwiązań problemów wyższego rzędu aż do całkowitego rozwiązania problemu.

Programowanie wstępujące jest to długoletnią zasadą stylu programowania, że elementy funkcjonalne programu nie powinny być zbyt duże. Jeśli jakiś fragment programu urośnie ponad etap, w którym jest łatwo zrozumiały, staje się masą złożoności, która ukrywa błędy tak łatwo, jak duże miasto ukrywa zbiegów. Takie oprogramowanie będzie ciężkie do czytania, ciężkie do testowania i ciężkie do debugowania.

Zalety stosowania podprogramów

Podprogramy standardowe cechują się następującymi zaletami:

efektywność 

zwykle takie podprogramy, przygotowane przez profesjonalne firmy, są starannie opracowane, często w całości lub w istotnej części, w asemblerze bądź języku maszynowym i odpowiednio zoptymalizowane,

brak błędów 

wszechstronne testowanie skutkuje brakiem lub ograniczeniem błędów takich podprogramów,

standaryzacja 

pozwala na ujednolicenie oprogramowania, interfejsów użytkownika i ułatwia konserwację kodu,

ułatwienie i skrócenie kodowania 

uwalnia programistę od definiowania standardowych operacji,

programowanie hybrydowe 

często takie podprogramy są dostępne w kilku językach programowania i systemach.