Principios de Programación
Chacon Sartori,Camilo
Un análisis de los principios fundamentales de la programación, abarcando desde matemáticas hasta inteligencia artificial. 556 páginas.La mirada de Luces: Para quienes desean entender los fundamentos de la programación en un mundo tecnológico en constan ...
Sinopsis
Un análisis de los principios fundamentales de la programación, abarcando desde matemáticas hasta inteligencia artificial. 556 páginas.
La mirada de Luces: Para quienes desean entender los fundamentos de la programación en un mundo tecnológico en constan
¿Cuáles son los principios subyacentes a toda herramienta en programación? Si quiere conocer los ocho principios, técnicos y conductuales, que dan respuesta a esta pregunta, ha llegado al libro indicado. En una época donde cada día surgen nuevas tecnologías, el beneficio de conocer conceptos transversales a todas ellas no solo es imprescindible, sino también necesario. Además, con la llegada de sofisticadas aplicaciones de inteligencia artificial, la pregunta ya no reside en qué herramienta aprender, sino en qué tienen en común para poder integrarlas. Gracias a la lectura de este libro, descubrirá los cinco tomos que lo componen y que dan soporte a la nueva forma de entender la programación. ' Tomo I: Aprenderá los fundamentos básicos de las matemáticas y de la programación. ' Tomo II: Conocerá los principios de programación. ' Tomo III: Dispondrá de una introducción histórica y práctica a los diversos sistemas de la computación, como los lenguajes de programación, los sistemas operativos, las bases de datos, los sistemas distribuidos y la inteligencia artificial. ' Tomo IV: Analizará el diálogo que presenta
Índice
ÍNDICE DE CONTENIDOS
NOTA AL LECTOR ..................................................................................... 21
AGRADECIMIENTOS ................................................................................. 23
INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 25
MAPA DE LECTURA .................................................................................. 31
TOMO I ? FUNDAMENTOS........................................................................ 33
CAPÍTULO 1 LOS FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS .................................. 39
1.1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................. 39
1.2. LÓGICA ........................................................................................................................................... 42
1.2.1. Lógica proposicional ................................................................................................... 42
1.3. CONJUNTOS ................................................................................................................................... 55
1.3.1. Notación ........................................................................................................................... 56
1.3.2. Subconjunto .................................................................................................................... 57
1.4. CONCLUSIÓN ................................................................................................................................. 58
1.4.1. Lecturas sugeridas ....................................................................................................... 59
CAPÍTULO 2 CONCEPTOS ELEMENTALES ............................................... 61
2.1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................. 61
2.2. SECUENCIALES .............................................................................................................................. 62
2.2.1. Variables .......................................................................................................................... 62
2.2.2. Condicional ..................................................................................................................... 73
2.2.3. Descomposición de conectivas ................................................................................ 76
2.2.4. Bucle .................................................................................................................................. 80
2.3. FUNCIONALES ............................................................................................................................... 87
2.3.1. Función ............................................................................................................................. 87
2.3.2. Recursión ......................................................................................................................... 96
2.4. SECUENCIAL VS. RECURSIVIDAD ............................................................................................. 104
2.5. CONCLUSIÓN .............................................................................................................................. 106
CAPÍTULO 3 ALGORITMOS Y ESTRUCTURAS DE DATOS ..................... 107
3.1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 107
3.2. ALGORITMOS COMO TECNOLOGÍA .......................................................................................... 108
3.2.1. Análisis de algoritmos ..............................................................................................109
3.2.2. Clasificación ..................................................................................................................110
3.3. ESTRUCTURAS DE DATOS COMO COMPLEMENTO ................................................................. 119
3.3.1. Arreglos ..........................................................................................................................119
3.3.2. Listas enlazadas ..........................................................................................................122
3.4. OTRAS ......................................................................................................................................... 125
3.5. CONCLUSIÓN .............................................................................................................................. 125
CAPÍTULO 4 PENSAMIENTO COMPUTACIONAL .................................... 127
4.1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 127
4.2. ORIGEN ....................................................................................................................................... 129
4.3. LOS CINCO ASPECTOS BÁSICOS DEL PENSAMIENTO COMPUTACIONAL .............................. 131
4.3.1. Modularidad .................................................................................................................131
4.3.2. Estructura de datos ...................................................................................................133
4.3.3. Encapsulación ..............................................................................................................134
4.3.4. Estructuras de control ..............................................................................................135
4.3.5. Recursión .......................................................................................................................137
4.4. OTROS GRUPOS DE CONCEPTOS DEL PENSAMIENTO COMPUTACIONAL ............................ 139
4.5. CONCLUSIÓN .............................................................................................................................. 139
4.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................139
TOMO II ? PRINCIPIOS ............................................................................ 141
PRINCIPIOS TÉCNICOS ........................................................................... 151
CAPÍTULO 1 DISEÑO .............................................................................. 155
1.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 155
1.2. LOS PRERREQUISITOS DE UN DISEÑO ............................................................................... 156
1.2.1. Objetivo del diseño de software ............................................................................157
1.3. CONCEPTOS GENERALES ..................................................................................................... 160
1.3.1. Descomposición y composición .............................................................................160
1.3.2. Refactorización ...........................................................................................................172
1.3.3. Patrones de diseño .....................................................................................................178
1.4. COMUNICACIÓN ENTRE PERSONAS ................................................................................... 187
1.4.1. Diseño e implementación ........................................................................................188
1.4.2. Lenguajes de modelado ............................................................................................190
1.4.3. El futuro del diseño de software ...........................................................................192
1.5. CONCLUSIÓN......................................................................................................................... 194
1.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................194
CAPÍTULO 2 ESTADO ............................................................................. 197
2.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 197
2.2. ASIGNACIÓN ......................................................................................................................... 198
2.2.1. Flujo de estados ...........................................................................................................201
2.2.2. Lenguaje ensamblador .............................................................................................202
2.3. ORDEN Y TIEMPO ................................................................................................................. 217
2.3.1. Autómata finito (determinista y no-determinista) .......................................217
2.3.2. Autómata celular ........................................................................................................223
2.4. CONCLUSIÓN ........................................................................................................................ 227
2.4.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................227
CAPÍTULO 3 RECURSO ........................................................................... 229
3.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 229
3.2. COMPLEJIDAD ALGORÍTMICA .............................................................................................. 230
3.2.1. Lineal ...............................................................................................................................233
3.2.2. Cuadrática .....................................................................................................................236
3.2.3. Exponencial...................................................................................................................237
3.2.4. Logarítmica ..................................................................................................................239
3.3. LIMITACIONES ....................................................................................................................... 240
3.4. AVANCES DEL HARDWARE .................................................................................................. 242
3.5. MÉTRICAS .............................................................................................................................. 243
3.5.1. Particulares ..................................................................................................................244
3.5.2. Generales .......................................................................................................................245
3.6. CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 246
3.6.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................247
CAPÍTULO 4 COORDINACIÓN................................................................. 249
4.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 249
4.2. COMUNICACIÓN: ORDEN Y TIEMPO .................................................................................... 251
4.2.1. Exclusión mutua..........................................................................................................251
4.3. CONCURRENCIA Y PARALELISMO ........................................................................................ 255
4.3.1. Ley de Amdahl..............................................................................................................257
4.3.2. ¿Cuándo paralelizar? ................................................................................................258
4.3.3. GPU ...................................................................................................................................259
4.4. COMPUTACIÓN DISTRIBUIDA .............................................................................................. 259
4.4.1. MapReduce ....................................................................................................................260
4.4.2. Paso de mensajes ........................................................................................................261
4.4.3. Llamada a procedimiento remoto .......................................................................262
4.5. CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 263
4.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................264
CAPÍTULO 5 TRANSFORMACIÓN ........................................................... 265
5.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 265
5.2. REPRESENTACIONES ............................................................................................................ 269
5.2.1. Funciones .......................................................................................................................269
5.2.2. Formato de fichero.....................................................................................................272
5.2.3. Sistema de numeración ............................................................................................278
5.2.4. Serialización .................................................................................................................280
5.2.5. Computación reversible ...........................................................................................286
5.3. OTROS TIPOS DE TRANSFORMACIONES ............................................................................. 287
5.4. CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 288
5.4.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................289
PRINCIPIOS CONDUCTUALES ................................................................... 291
CAPÍTULO 6 DOCUMENTACIÓN ............................................................. 293
6.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 293
6.2. ¿DOCUMENTA, POR FAVOR?................................................................................................ 294
6.3. LOS PROBLEMAS DE DOCUMENTAR UN SOFTWARE ......................................................... 296
6.4. ESTRATEGIAS PARA DOCUMENTAR .................................................................................... 298
6.4.1. El código como documentación ............................................................................298
6.4.2. Documentación viva ..................................................................................................306
6.5. CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 307
6.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................308
CAPÍTULO 7 EVALUACIÓN ...................................................................... 309
7.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 309
7.2. PRUEBAS DINÁMICAS ........................................................................................................... 310
7.2.1. Funcionales ...................................................................................................................311
7.2.2. No funcionales .............................................................................................................312
7.3. PRUEBAS ESTÁTICAS ............................................................................................................ 316
7.3.1. Inspección de los requerimientos de software ................................................317
7.3.2. Análisis estático...........................................................................................................318
7.4. REPLICACIÓN Y CONTRASTACIÓN ....................................................................................... 322
7.4.1. ¿Cómo replicar? ...........................................................................................................323
7.4.2. ¿Cómo contrastar? .....................................................................................................324
7.5. CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 325
7.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................326
CAPÍTULO 8 ETHOS ................................................................................ 327
8.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 327
8.2. LA RESPONSABILIDAD FRENTE A LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL ................................... 328
8.2.1. IA y robótica .................................................................................................................329
8.2.2. IA y sexualidad .............................................................................................................329
8.2.3. Principio ético ..............................................................................................................330
8.3. ¿UN PROGRAMADOR TIENE RESPONSABILIDAD? ............................................................. 331
8.4. ¿QUÉ ES SER UN BUEN PROGRAMADOR? ........................................................................... 332
8.4.1. Moralidad y programación ....................................................................................332
8.5. CONCLUSIÓN .......................................................................................................................... 334
8.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................334
TOMO III ? SISTEMAS ............................................................................ 335
CAPÍTULO 1 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ..................................... 341
1.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 341
1.2. BREVE HISTORIA ..................................................................................................................... 344
1.3. COMPONENTES DE UN LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ...................................................... 350
1.3.1. Sintaxis ........................................................................................................................... 350
1.3.2. Semántica ......................................................................................................................351
1.4. CATEGORÍAS DE LENGUAJES .................................................................................................. 352
1.4.1. Generales........................................................................................................................352
1.4.2. Dominio específico .....................................................................................................353
1.5. ESTILOS DE LENGUAJES .......................................................................................................... 354
1.5.1. Funcional .......................................................................................................................354
1.5.2. Imperativo .....................................................................................................................356
1.5.3. Orientado a objeto .....................................................................................................356
1.5.4. Otros ................................................................................................................................357
1.6. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN ................................................................................................. 360
1.7. FUTURO .................................................................................................................................... 363
1.8. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 365
1.8.1. Lecturas recomendadas ...........................................................................................365
CAPÍTULO 2 SISTEMAS OPERATIVOS ................................................... 367
2.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 367
2.2. BREVE HISTORIA ..................................................................................................................... 368
2.3. CONCEPTOS FUNDAMENTALES ............................................................................................. 377
2.3.1. Virtualización ..............................................................................................................377
2.3.2. Concurrencia ................................................................................................................381
2.3.3. Persistencia ...................................................................................................................384
2.4. FUTURO .................................................................................................................................... 386
2.5. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 387
2.5.1. Lecturas recomendadas ...........................................................................................387
CAPÍTULO 3 BASE DE DATOS ................................................................ 389
3.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 389
3.2. BREVE HISTORIA ..................................................................................................................... 391
3.3. BASES DE DATOS RELACIONALES .......................................................................................... 395
3.3.1. Modelo relacional .......................................................................................................397
3.4. BASES DE DATOS NO RELACIONALES (NOSQL) ................................................................. 400
3.4.1. Documentos ..................................................................................................................401
3.4.2. Clave-valor ....................................................................................................................401
3.4.3. Grafos ..............................................................................................................................402
3.4.4. Vectores ..........................................................................................................................402
3.5. FUTURO .................................................................................................................................... 402
3.6. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 404
3.6.1. Lecturas recomendadas ...........................................................................................404
CAPÍTULO 4 SISTEMAS DISTRIBUIDOS ................................................. 405
4.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 405
4.2. BREVE HISTORIA ..................................................................................................................... 406
4.3. ARQUITECTURAS DE COMPUTACIÓN DISTRIBUIDA ............................................................ 410
4.3.1. Basada en capas ..........................................................................................................410
4.3.2. Orientada a servicios .................................................................................................412
4.3.3. Publicador-suscriptor ...............................................................................................413
4.4. CARACTERÍSTICAS ................................................................................................................... 414
4.4.1. Procesos ..........................................................................................................................415
4.4.2. Comunicación ...............................................................................................................416
4.4.3. Coordinación ................................................................................................................421
4.4.4. Consistencia y replicación .......................................................................................421
4.4.5. Tolerancia a fallas ......................................................................................................422
4.4.6. Seguridad .......................................................................................................................422
4.5. FUTURO .................................................................................................................................... 423
4.6. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 424
4.6.1. Lecturas recomendadas ...........................................................................................424
CAPÍTULO 5 INTELIGENCIA ARTIFICIAL ................................................. 425
5.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 425
5.2. UNA BREVE HISTORIA ............................................................................................................. 426
5.3. ENFOQUE SIMBÓLICO.............................................................................................................. 442
5.4. ENFOQUE PROBABILISTA ....................................................................................................... 443
5.4.1. Aprendizaje automático (Machine Learning) .................................................443
5.4.2. Aprendizaje profundo (Deep Learning).............................................................444
5.5. FUTURO .................................................................................................................................... 446
5.6. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 447
5.6.1. Lecturas recomendadas ...........................................................................................447
TOMO IV ? SOMOS HUMANOS .............................................................. 449
CAPÍTULO 1 BUENAS PRÁCTICAS ......................................................... 455
CAPÍTULO 2 INGENIERÍA DE SOFTWARE ............................................... 461
CAPÍTULO 3 TIPOS DE SOFTWARE ........................................................ 467
TOMO V ? BUENA VIDA .......................................................................... 473
CAPÍTULO 1 APRENDIZAJE DE PROGRAMACIÓN ................................. 477
1.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 477
1.2. HERRAMIENTAS ...................................................................................................................... 478
1.2.1. El terminal es su mejor amigo ...............................................................................478
1.2.2. La importancia de depurar ....................................................................................481
1.2.3. Cuando el control de versiones es útil ................................................................482
1.2.4. Manipular texto...........................................................................................................485
1.2.5. Reinventar la rueda ...................................................................................................487
1.2.6. Use generadores de código .....................................................................................489
1.3. BUENAS PRÁCTICAS ................................................................................................................. 490
1.3.1. Sobre leer código ........................................................................................................491
1.3.2. Cree una historia de su código ..............................................................................492
1.3.3. Sobre escribir código .................................................................................................494
1.4. AVANZAR EN SU CARRERA ..................................................................................................... 495
1.4.1. Averigüe qué tipo de programador es ................................................................495
1.4.2. Cuando enseñar también significa aprender...................................................501
1.4.3. Construya una comunidad ......................................................................................504
1.5. FILOSÓFICOS ............................................................................................................................ 510
1.5.1. Pensar antes de programar ....................................................................................510
1.5.2. Cuide sus palabras .....................................................................................................513
1.5.3. Sea analítico .................................................................................................................514
1.5.4. Procure ser un generalista ......................................................................................515
1.6. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 518
1.6.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................518
CAPÍTULO 2 VIDA PERSONAL ................................................................ 521
2.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 521
2.2. CIENCIAS ................................................................................................................................... 522
2.2.1. La programación no son matemáticas, ¡pero estas ayudan! ....................522
2.2.2. Las ciencias como un faro en la oscuridad .......................................................523
2.3. ARTES Y HUMANIDADES ......................................................................................................... 525
2.3.1. La música y la programación ................................................................................526
2.3.2. Dibujo como inspiración ........................
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