Principios de Programación

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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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