- Identificação:
- Disciplina: INE5408 - Estruturas de Dados
- Turma(s): 03208A, 03208B
- Carga horária: 108 horas-aula Teóricas: 54 Práticas: 54
- Período: 1º semestre de 2021
- Curso(s):
- Ciências da Computação (208)
- Requisito(s):
- Ciências da Computação (208)
- INE5404 - Programação Orientada a Objetos II
- Ciências da Computação (208)
- Professor(es):
- Aldo Von Wangenheim (aldo.vw@ufsc.br)
- Alexandre Goncalves Silva (alexandre.goncalves.silva@ufsc.br)
- Ementa:
- Alocação dinâmica de memória. Variáveis estáticas e dinâmicas. Estruturas lineares. Tabelas de Espalhamento. Árvores. Árvores de Pesquisa. Métodos de ordenação. Métodos de acesso a arquivos. Técnicas de implementações iterativas e recursivas de estruturas de dados. Complexidade dos algoritmos em estruturas de dados.
- Objetivo(s):
- Geral: Capacitar o estudante a compreender, tanto do ponto de vista conceitual e teórico quanto prático (implementação e solução de problemas reais), as estruturas de dados clássicas a partir da perspectiva de diferentes paradigmas de programação. Capacitar o estudante a compreender, tanto do ponto de vista conceitual e teórico quanto prático (implementação e solução de problemas reais), as estruturas de dados clássicas a partir da perspectiva de diferentes paradigmas de programação.
- Específicos:
- Identificar o papel das estruturas de dados no desenvolvimento de software.
- Compreender a teoria associada a cada modelo, sendo capaz de compreender e aplicar adequadamente aspectos de complexidade de algoritmos associados.
- Capacitar o aluno a criar uma biblioteca de estruturas de dados reutilizáveis.
- Identificar as estruturas de dados pertinentes a um problema dado.
- Transferir seus conhecimentos a problemas práticos do mundo real, sendo capaz de solucionar estes problemas práticos do mundo através da utilização das Estruturas de Dados adequadas, tanto do ponto de vista da eficácia quanto da eficiência.
- Conteúdo Programático:
- Alocação dinâmica de memória [6 horas-aula]
- Variáveis estáticas e dinâmicas
- Ponteiros
- Passagem de parâmetros por referência, valor e nome
- Estruturas lineares [24 horas-aula]
- Listas
- Pilhas
- Filas
- Complexidade de algoritmos [6 horas-aula]
- Conceitos de Complexidade de Algoritmos
- Métodos práticos para Análise da Complexidade de Estruturas e Algoritmos
- Árvores [24 horas-aula]
- Árvore binária
- Árvores binárias semibalancedas (Árvore AVL, Árvore Red-Black)
- Árvore semibalanceadas multivias (Árvore B e B+)
- Árvores binárias multichaves (Árvore k-d)
- Árvores semibalanceadas multivias multichaves (Árvores k-b-d e b-k-d)
- Tabela de espalhamento (hash) [15 horas-aula]
- Tratamento de colisões
- Funções de espalhamento
- Métodos de ordenação [12 horas-aula]
- Conceitos básicos, implicações e premissas
- Métodos de Complexidade Quadrática
- Método por inserção
- Método por seleção
- Método da bolha
- Métodos Avançados e de Complexidade n log n
- Método Quicksort
- Método Heapsort
- Estruturas de dados em arquivo [21 horas-aula]
- Acesso direto e Acesso sequencial
- Organização de Arquvos de Índices
- Métodos indexados seqüenciais, ISAM e VSAM
- Indexação por Árvore
- Indexação por Multilistas e Lista Invertida
- Alocação dinâmica de memória [6 horas-aula]
- Metodologia:
A disciplina terá um enfoque eminentemente prático. A metodologia de ensino será baseada no contraponto entre Aulas Teóricas e Aulas Práticas. Para tanto, todo novo assunto será introduzido em uma aula teórica. As atividades práticas podem ser executadas com auxílio de um Estagiário de Docência ou Monitor, e se caracterizam por modelagem e implementação com o objetivo de fixar o conteúdo, além da discussão em grupo de problemas de compreensão e implementação encontrados pela turma. Como linguagem de programação para o ensino do conteúdo fica determinada a Linguagem C++ (compilador g++ da GNU Compiler Collection), sendo o ambiente VPL do Moodle utilizado como ferramenta de desenvolvimento preferencial. Haverá uma breve introdução dos recursos dessas plataformas à medida que se tornarem necessárias, principalmente as de teste unitário. É de responsabilidade do aluno a proficiência nas mesmas. O ensino dos conteúdos se dará por meio da utilização progressiva do Paradigma Orientado a Objetos, de acordo com a adequação à melhor compreensão do conteúdo. O sistema EAD Moodle, disponível em moodle.ufsc.br, será utilizado para guiar e organizar o ensino, sendo o repositório oficial de material de aula, devendo os alunos constantemente consultá-lo para saber de novos exercícios e trabalhos requeridos. A disciplina no Moodle também detalhará o cronograma deste plano de ensino, servindo para marcar os prazos das atividades avaliativas e documentar alterações de cronograma advindas de necessidades identificadas no semestre. O fórum de discussão no ambiente do Moodle será utilizado para intermediar a comunicação entre professor, estagiário de docência, monitor e alunos. Para efeitos da avaliação da participação do aluno na disciplina, as suas estatísticas de utilização da ferramenta de EAD poderão ser levadas em consideração. Como recurso didático auxiliar, o professor poderá empregar vivências na forma de jogos de aprendizado (serious games), a serem jogados em equipe ou na forma de objetos de aprendizado digitais, disponibilizados via Moodle, para uso em casa. O sistema Moodle ainda poderá ser utilizado para a entrega e avaliação automatizada, baseada em um conjunto de testes pré-implementado, aplicado aos trabalhos de programação, e de tarefas assinaladas pelo professor. Pressupostos da metodologia de ensino: A metodologia adotada nesta disciplina pressupõe que os alunos do curso não se limitem a assistir às aulas, mas que utilizem para as atividades extras associadas a esta disciplina (leituras, resolução de exercícios teóricos e exercícios com o uso do sistema de EAD empregado). Pressupõe-se que os alunos tenham estudado o conteúdo utilizando a bibliografia indicada e tenham resolvido, como atividade extra, todos os exercícios propostos pelo professor.
Controle de frequência
A presença em encontros síncronos será registrada pelo professor (de modo alternativo, considerando que todas as aulas serão gravadas e disponibilizadas logo na sequência, os alunos terão a possibilidade de requisitar, ao professor, sua presença no mesmo dia da aula). Nos períodos assíncronos, a aferição de presença será feita pela entrega de atividades experimentais e/ou resolução de avaliações. O controle de frequência é mantido no Moodle e atualizado após cada dia de aula.
Conduta no ambiente virtual
- a) Espera-se dos(as) discentes condutas adequadas ao contexto acadêmico. Atos que sejam contra: a integridade física e moral da pessoa; o patrimônio ético, científico, cultural, material e, inclusive o de informática; e o exercício das funções pedagógicas, científicas e administrativas, poderão acarretar abertura de processo disciplinar discente, nos termos da Resolução nº 017/CUn/97, que prevê como penalidades possíveis a advertência, a repreensão, a suspensão e a eliminação (desligamento da UFSC).
- b) Devem ser observados os direitos de imagem tanto de docentes, quanto de discentes, sendo vedado disponibilizar, por quaisquer meios digitais ou físicos, os dados, a imagem e a voz de colegas e do(a) professor(a), sem autorização específica para a finalidade pretendida e/ou para qualquer finalidade estranha à atividade de ensino, sob pena de responder administrativa e judicialmente.
- c) Todos os materiais disponibilizados no ambiente virtual de ensino aprendizagem são exclusivamente para fins didáticos, sendo vedada a sua utilização para qualquer outra finalidade, sob pena de responder administrativa e judicialmente.
- d) Somente poderão ser gravadas pelos discentes as atividades síncronas propostas mediante concordância prévia dos docentes e colegas, sob pena de responder administrativa e judicialmente.
- e) A gravação das aulas síncronas pelo(a) docente deve ser informada aos discentes, devendo ser respeitada a sua liberdade quanto à exposição da imagem e da voz.
- f) A liberdade de escolha de exposição da imagem e da voz não isenta o(a) discente de realizar as atividades avaliativas originalmente propostas ou alternativas, devidamente especificadas no plano de ensino.
- g) Os materiais disponibilizados no ambiente virtual possuem licenças de uso e distribuição específicas, a depender de cada situação, sendo vedada a distribuição do material cuja licença não o permita, ou sem a autorização prévia dos(as) professores(as) para o material de sua autoria.
- Avaliação:
A avaliação regular dos alunos se dará por meio de um conjunto de oito notas, sendo três destas referentes a trabalhos práticos, duas referentes a provas teóricas, duas referentes a provas práticas de programação e uma referente a testes de conhecimento. A média final será composta pela média ponderada destas 8 notas conforme explanado abaixo:
- N1 (peso 1, assíncrono, entrega pelo Moodle) - Média simples de notas atribuídas a pequenos trabalhos de implementação, denominados Testes Práticos, para a prática de programação. Estes trabalhos estarão agendados no Moodle e serão em número entre 10 e 15, de acordo com a avaliação do professor do perfil de aprendizado da turma e suas dificuldades.
- N2 (peso 1, assíncrono, entrega pelo Moodle) - Um projeto de implementação, denominado Projeto I, envolvendo um problema do mundo real que possa ser resolvido com a aplicação de pilhas, listas ou filas e ponteiros e alocação dinâmica de memória. Este trabalho poderá ser realizado em equipe e, havendo necessidade de identificação da contribuição de cada membro, será solicitada uma defesa com nota individual.
- N3 (peso 1, assíncrono, pelo Moodle) - Uma prova de prática de programação individual, denominada Prova Prática I, cobrindo os assuntos de estruturas lineares. A prova prática será feita utilizando o sistema Moodle, no qual uma estrutura de dados deverá ser implementada e deverá passar por testes unitários automatizados de acordo com o preceitos utilizados em competições de olimpíadas de programação. A prova pode incluir restrições de tempo para implementação, tempo para execução e quantidade e técnicas de gerência de memória para execução.
- N4 (peso 2, assíncrono, pelo Moodle) - Um prova teórica individual, denominada Prova Teórica I, cobrindo os assuntos de estruturas lineares e complexidade de algoritmos, realizado por meio do Moodle, onde serão avaliados aspectos do conhecimento teórico.
- N5 (peso 1, assíncrono, entrega pelo Moodle) - Um Projeto de Implementação, denominado Projeto II, envolvendo um problema do mundo real que possa ser resolvido com a aplicação de Técnicas de Gerência de Arquivos Indexados. Este trabalho poderá ser realizado em equipe e, havendo necessidade de identificação da contribuição de cada membro, será solicitada uma defesa com nota individual.
- N6 (peso 1, assíncrono, pelo Moodle) - Uma prova de prática de programação individual, denominada Prova Prática II. A prova prática será feita utilizando a ferramenta Moodle na qual uma estrutura de dados deverá ser implementada e deverá passar por testes unitários automatizados de acordo com o preceitos utilizados em competições de olimpíadas de programação. A prova pode incluir restrições de tempo para implementação, tempo para execução e quantidade e técnicas de gerência de memória para execução.
- N7 (peso 2, assíncrono, pelo Moodle) - Uma prova teórica individual, denominada Prova Teórica II, cobrindo todo o conteúdo da disciplina, realizado por meio do uso do Moodle, onde serão avaliados aspectos do conhecimento teórico.
- N8 (peso 1, assíncrono, pelo Moodle) - Média simples de notas atribuídas a testes objetivos rápidos, denominados Testes Teóricos, a cada aproximadamente 5 itens de ementa, para reforço de aprendizagem teórica.
- MF = (N1 + N2 + N3 + 2 N4 + N5 + N6 + 2 N7 + N8) / 10
- Testes baseados na interface de usuários, onde dados são alimentados para o programa desenvolvido por meio da sua interface e o retorno é avaliado. Nestes casos a precisa implementação da interface é parte da avaliação.
- Testes unitários em classes, onde os alunos serão instruídos a implementar uma interface de classe para que as classes entregues possam ser testadas método a método quanto ao seu funcionamento.
- Avaliação estática de código, buscando boas práticas de nomeação de atributos, de visibilidade dos métodos, de estruturação e documentação do código.
- Avaliação dinâmica de código, buscando boas práticas de gerência de memória e consistência no uso de métodos e classes em tempo de execução.
- Avaliação de desempenho, utilizando restrições de tempo e memória para a execução dos trabalhos no sistema de avaliação disponibilizado pela plataforma Moodle.
- Compreensão do Problema: entendeu o que era para fazer (1 ponto) e modelou corretamente a solução? (1 ponto)
- Emprego dos Algoritmos e Estruturas: empregou os algoritmos e estruturas corretos? (% dos algoritmos/estruturas necessários * 2 pontos)
- Implementação dos Algoritmos e Estruturas: os implementou corretamente? (% dos algoritmos e estruturas necessários * 2 pontos)
- Código: compilou? (1 ponto); funcionou? (1 ponto)
- Documentação: código está documentado e programado como indicado no início do semestre? (comentários, 1 ponto; estilo de codificação, 1 ponto)
- Compreensão do Problema: entendeu o que era para fazer? (2 pontos)
- Solução: soube encontrar uma solução? (2 pontos)
- Conhecimento teórico: compreendeu as implicações teóricas da solução escolhida? (2 pontos)
- Algoritmos: possui compreensão dos algoritmos empregados e sabe descrevê-los? (2 pontos)
- Código: compreende a implementação, sabendo detalhar aspectos de seu funcionamento ou de falhas que estão ocorrendo? (2 pontos)
Objetivando atender à resolução de 21 de julho de 2020, que dispõe sobre o redimensionamento de atividades acadêmicas da UFSC, suspensas excepcionalmente em função do isolamento social vinculado à pandemia de COVID-19, e sobre o Calendário Suplementar Excepcional, referente aos semestres de pandemia, indicamos que as aulas sofrerão as seguintes adaptações:- Avaliações: as provas práticas, antes feitas em laboratório sem acesso a internet (por meio do Moodle Provas), serão ainda feitas de maneira livre e remota. Casos excepcionais de realização dessas atividades avaliativas deverão ser reportados pelo aluno ao professor, de modo que se estabeleça um novo período para sua aplicação caso a caso.
- Bibliografia online: as nossas aulas são baseadas quase que exclusivamente em material multimídia produzido pelo próprio professor e tradicionalmente disponibilizado online. Capítulos de livros que oferecem textos complementares ao material produzido pelo professor também têm tradicionalmente sido disponibilizados online através do AVEA Moodle Presencial. Continuaremos dessa forma. A bibliografia adicional que indicamos no Plano de Ensino é composta por livros clássicos, na sua maioria disponíveis online em sebos virtuais a baixo custo, caso o aluno os deseje adquirir, e é indicada apenas em caráter complementar. Artigos científicos, cuja leitura porventura venhamos a indicar, estão disponíveis em sítios de preprints como arXiv ou ResearchGate ou então já são disponibilizados online pelo professor através do AVEA Moodle.
- Contraponto entre aulas assíncronas/síncronas: as aulas teóricas ocorrerão preferencialmente em modelo assíncrono, por meio de vídeos (que poderão ser baseados em aulas presenciais gravadas anteriormente e disponibilizadas no canal da disciplina ou em aula gravada, no formato de estúdio, especialmente para este fim). Nos horários alocados de aula, serão disponibilizadas salas virtuais síncronas, por plataforma de videoconferência, destinadas principalmente para revisão de conteúdos pontuais, esclarecimento de dúvidas e auxílio à resolução dos exercícios. Em situações onde não existir um vídeo com o assunto do dia, a íntegra da aula poderá ser realizada de forma síncrona. Neste caso, o professor disponibilizará esta aula no canal da disciplina para que todos possam reassisti-la e consultá-la posteriormente.
- Plataforma para aulas síncronas/videoconferência: usaremos a Conferência Web RNP, instalada pelo SETIC/UFSC, ou a plataforma Google Meet, objetivando inclusive a participação das aulas pelo telefone celular. As salas virtuais criadas serão usadas para as aulas síncronas e para discussões de assuntos da disciplina ao longo de todo o semestre.
- Plataforma para videoaulas assíncronas: Serão utilizados o tradicional canal da disciplina na plataforma YouTube ou hospedagem em servidores da UFSC. Todos os links serão indicados no Moodle da disciplina contendo a íntegra das aulas teóricas.
- Plataforma para discussões assíncronas: para este fim está mantido o Fórum da Disciplina no Moodle, que temos tradicionalmente utilizado com sucesso. Havendo necessidade de uma discussão mais dinâmica poderá ser utilizada a plataforma Google Hangouts. Um link para o grupo de Whatsapp da disciplina também foi disponibilizado.
- Aulas práticas: as aulas práticas serão realizadas na forma de Estudo Dirigido, acompanhado de forma síncrona online pelo professor e pelo Estagiário de Docência da disciplina. Adicionalmente, o acompanhamento também ocorrerá de forma assíncrona, seguindo a metodologia já definida mais acima no Plano de Ensino.
- Direito de uso de imagem: fica preservado o direito de imagem do professor e dos alunos participantes das apresentações e aulas síncronas ao vivo, não sendo permitida a utilização das imagens, áudio ou conteúdo dos vídeos para outros fins que não os objetivos pedagógicos explicitamente definidos para esta disciplina. O uso indevido da imagem de professor e dos alunos é crime previsto na Constituição Federal. Por este motivo não é permitido aos alunos gravar e compartilhar imagens e falas de docentes e discentes. A participação do aluno na aula síncrona ao vivo implica na sua autorização implícita para a gravação da aula. Se por acaso algum aluno não se sentir confortável em participar da aula síncrona ao vivo por estar sendo gravada, poderá não participar ao vivo e assistir a aula gravada posteriormente.
Dado que a disciplina apresenta pelo menos 50% da carga horária consistindo de aulas práticas, conforme deliberação do Colegiado do Curso de Ciências da Computação de 18 de março de 2008, ela não prevê a realização de avaliação no final do semestre (recuperação) de que trata o parágrafo 2º do artigo 70 da Resolução 17/CUn/97.
- Cronograma:
Semana 1 - Apresentação da disciplina. Introdução à programação C++ e ao ambiente de desenvolvimento
Semana 2 - Depuração de programas em ambientes de programação, criação de testes unitários, gerência e alocação dinâmica de memória
Semana 3 - Modelagem e programação de Pilha e Fila em vetor (arrays)
Semana 4 - Lista em vetor (array) como caso geral de Pilha e Fila
Semana 5 - Lista Encadeada
Semana 6 - Fila Encadeada e Pilha Encadeada como especializações de Listas Encadeadas.
Semana 7 - Lista Circular. Enunciado do Projeto I
Semana 8 - Conceito de Complexidade de Algoritmos
Semana 9 - Prova Teórica I (no Moodle) e Prova Prática I (no Moodle)
Semana 10 - Árvores Binárias de Busca. Árvores Binárias de Busca Semibalanceadas.
Semana 11 - Auxílio com trabalhos pendentes. Apresentação do Projeto I
Semana 12 - Árvore AVL. Enunciado do Projeto II
Semana 13 - Árvore Rubro-Negra (Red-Black)
Semana 14 - Gerência de Arquivos. Árvores de Busca Semibalanceadas Multivias
Semana 15 - Hashing. Lista invertida
Semana 16 - Métodos de Ordenação - Quicksort e Heapsort
Semana 17 - Prova Prática II (no Moodle) e Prova Teórica II (no Moodle)
Semana 18 - Auxílio com trabalhos pendentes. Apresentação do Projeto II - Bibliografia Básica:
- DROZDEK, A. Estrutura de Dados e Algoritmos em C++. 4. ed. Cengage Learning, 2017. ISBN: 9788522126651. Disponível em: https://www.cengage.com.br/ls/ebook-estrutura-de-dados-e-algoritmos-em-c/ (acesso via http://portal.bu.ufsc.br/)
- MORIN, P. Open Data Structures (in C++). Edition 0.1Gβ. Disponível em: http://opendatastructures.org/
- LUCCHESI, C.L., KOWALTOWSKI, T. Estruturas de Dados e Técnicas de Programação. Instituto de Computação, UNICAMP, 2004. Disponível em: https://www.ic.unicamp.br/~mc202abcd/ln_tkcll.pdf
- RICARTE, I.L.M. Estruturas de dados. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, UNICAMP, 2008. Disponível em: http://calhau.dca.fee.unicamp.br/wiki/images/0/01/EstruturasDados.pdf
- Bibliografia Complementar:
- Materiais disponibilizados via Moodle.
- PEREIRA, Silvio do Lago. Estruturas de dados fundamentais: conceitos e aplicações. 12. ed., rev. e atual. São Paulo: Érica, 2009. 238 p. ISBN 9788571943704
- JOYANES AGUILAR, Luis. Programação em C++: algoritmos, estruturas de dados e objetos. São Paulo: McGraw Hill, 2008. xxxi, 768 p. ISBN 9788586804816
- WIRTH, Niklaus; ZÜRICH, Eth. Algoritmos e estruturas de dados. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 255 p. ISBN 978-85-216-1190-5
- HOROWITZ, Ellis. Fundamentos de estruturas de dados.. Rio de Janeiro: Ed. Campus, 1986.
- CLAYBROOK, Billy G. (Billy Gene). Tecnicas de gerenciamento de arquivos. 2. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1987. 248p. ISBN 8570012608
- SILBERSCHATZ, KORTH E SUDARSHAN. Database System Concepts. 4ª ed., McGraw-Hill, 2001.
- THARP, A. File Organization and Processing. John Wiley, 1988.
- SEDGEWICK, R. Algorithms in C++. Addison Wesley, 1996.
- GOODRICH, M.T., TAMASSIA, R. Estruturas de Dados e Algoritmos em Java. 4a. Edição. Ed. Bookman, 2007.
- AMERAAL, L. Algorithms and Data Structures in C++. Editora John Wiley, 1996.
- TENNENBAUM, A., LANGSAM, Y. Data Structures using C and C++. 2ª Ed. Prentice-Hall, 1995.