Ciclos, Lazos o Bucles
Las computadoras están especialmente diseñadas para ejecutar tareas repetidamente. Los cálculos simples o la manipulación de pequeños conjuntos de datos se pueden realizar fácilmente a mano, pero las tareas grandes o repetitivas son realizadas con mayor eficiencia por una computadora. Las estructuras de control repetitivas son aquellas en las que una sentencia o grupos de sentencias se repiten muchas veces. Este conjunto de sentencias se denomina bucle o lazo, y puede presentarse de varias formas, una de las formas es el lazo condicionado, en el cual el proceso de repetición se controla mediante una condición previamente establecida.
Los pasos especificados en el enunciado de repetición se conocen como ámbito del lazo, (es decir, los pasos comprendidos en éste ámbito deben repetirse en tanto la condición sea verdadera). La condición debe evaluarse antes de cada pasada por el lazo (ciclo), si es verdadera el lazo debe ejecutarse una vez más; si es falsa, se ejecutará en seguida el paso siguiente al último del intervalo del lazo. Si la condición es falsa en la primera entrada del lazo, deberá saltarse el lazo completo y dejarse sin ejecutar todos sus enunciados.
Por ejemplo: Suponga que se desea sumar una lista de números escritos desde el teclado. El medio conocido hasta ahora es leer el número y añadir sus valores a una variable SUMA que contenga las sucesivas sumas parciales. La variable SUMA se hace igual a cero y a continuación se incrementa el valor del número cada vez que uno de ellos se lea. El algoritmo sería el siguiente:
Algoritmo suma algoritmo suma
Inicio star
SUMA ß 0 SUMA ß 0
Leer número read número
SUMA ß SUMA + número SUMA ß SUMA + número
Leer número read número
SUMA ß SUMA + número SUMA ß SUMA + número
Leer número read número
Fin end
Y así sucesivamente para cada número de la lista. En otras palabras, el algoritmo repite muchas veces las acciones:
Leer número SUMA ß SUMA + número
A dichas opciones repetidas se les llama bucles o ciclos, y a la acción (o acciones) que se repite en un bucle se denomina iteración. Lo principal a realizar en el diseño de un bucle es: el contenido de dicho bucle y las veces que debe repetirse.
En el ejemplo anterior necesitamos saber cuántos números se van a sumar, para ello debemos conocer algún medio para detener el ciclo, daremos a una variable N el número que deseamos. Para contar el número de iteraciones usaremos una variable TOTAL que se inicializa a la cantidad de números que se desea y a continuación se decremento en uno cada vez que el ciclo se repite (este procedimiento añade una acción más al cuerpo del bucle: TOTAL ß TOTAL - 1), o bien inicializar la variable TOTAL en 0 o en 1, e ir incrementando en uno a cada iteración hasta llegar al número deseado:
Algoritmo suma número
Inicio
{Leer número total en variable N}
TOTAL ß N {también podría "leer N"}
SUMA ß 0
{Inicio del bucle}
Hacer lo siguiente mientras que TOTAL sea mayor que cero
Leer número
SUMA ß SUMA + número
SUMA ß TOTAL - 1
{Fin del bucle}
Escribir ‘la suma de los’, N, ‘números es’. SUMA
Fin
Como se ha visto, por medio de un lazo apropiado es posible leer grupos adicionales de datos y leer un algoritmo. El problema de leer datos adicionales no constituye una dificultad ya que se conoce el mecanismo de los lazos. La dificultad se presenta en el momento de la detención. Existen varias formas de detener la ejecución de un lazo, una de ellas es agregar un dato que indica el número de veces que debe recorrerse el lazo por completo. Esto se denomina entrada controlada por contador. Para detener la ejecución de los bucles se utiliza una condición de parada. El pseudocódigo de una estructura repetitiva tendrá siempre este formato:
Inicio
{Inicialización de variables}
Repetir
Acciones S1, S2,...
Acciones Sn, Sn+1...
Salir según condición
Fin repetir
Fin
Hay tres estructuras de control para especificar la repetición: chile (mientras), do-chile (hacer mientras/repetir, repita) y for (desde).
El algoritmo de suma anterior podría expresarse en pseudocódigo estándar así:
Algoritmo SUMA_números
Inicio
Leer N
SUMA ß 0
Repetir
Salir si TOTAL <= 0
Leer número
SUMA ß SUMA+1
TOTAL ß TOTAL-1
Fin repetir
Escribir "la suma es", SUMA
Fin
Los tres casos generales de estructuras repetitivas dependen de la situación y modo de la condición. La condición se evalúa tan pronto se encuentra en el algoritmo y su resultado producirá los tres tipos de estructuras citadas.
4.1 Estructura mientras (while)
La estructura repetitiva mientras (en inglés WHILE) es aquella en que el cuerpo del bucle se repite mientras se cumple una determinada condición. La representación gráfica es:
Pseudocódigo en español Pseudocódigo en inglés
Mientras condición hacer while condición do
Acción S1 acción S1
Acción S2 acción S2
..
..
Acción Sn acción Sn
fin_mientras endwhile
Cuando se ejecuta la instrucción hacer- mientras (while, do-while), se repite mientras el valor de la expresión de la condición sea verdadera.
Ejemplo:
Algoritmo SUMA_números
Inicio
{leer número total N}
leer N
TOTAL ß N
SUMA ß 0
mientras N > 0 hacer
leer número
SUMA ß SUMA+número
TOTAL ß TOTAL+1
fin_mientras
escribir "la suma de los ",N,"número es", SUMA
fin
En el caso anterior, como la variable TOTAL se va decrementando y su valor inicial era N, cuando tome el valor 0, significará que se han realizado N iteraciones, o, lo que es igual, se han sumado N números y el bucle se debe parar o terminar.
Ejemplo: Contar los números enteros positivos introducidos por el teclado. Se consideran dos variables enteras NÚMERO y CONTADOR (contará el número de enteros positivos). Se supone que se leen números positivos y se detiene el bucle cuando se lee un número negativo o cero.
inicio
contador ß 0
leer números
mientras número > 0 hacer
contador ß contador + 1
leer número
fin_mientras
escribir "el número de enteros positivos es ", contador
fin
Diagrama de flujo:
4.2 Bucles infinitos
Algunos bucles no exigen fin y otros no encuentran el fin por error en su diseño.
Un bucle que nunca se termina se denomina bucle infinito o sin fin. Los bucles sin fin no intencionados son perjudiciales para la programación y se deben evitar siempre.
Por ejemplo: el siguiente bucle visualiza el interés producido por un capital a las tasa de interés comprendidos en el rango desde 10 a 20%.
leer capital
tasa ß 10
mientras tasa <> 20 hacer
interés ß tasa * 0.01 * capital {tasa*capital/100=tasa*0.01*capital}
escribir "interés producido", interés
tasa ß tasa + 2
fin_mientras
escribir "continuación"
Los sucesivos valores de la tasa serán 10, 12, 14, 16, 18, 20, de modo que al tomar tasa el valor 20 se detendrá el bucle y se escribirá el mensaje "continuación".
Supongamos que se cambia la línea última del bucle por
Tasaß tasa + 3
El problema es que el valor de la tasa salta ahora de 19 a 22 y nunca será igual a 20 (10, 13, 16, 19, 22,..). El bucle sería infinito, la expresión booleana para terminar el bucle será:
tasa < 20 o bien tasa > 20
Las pruebas o test en las expresiones booleanas es conveniente que sean mayor o menor que en lugar de pruebas de igualdad o desigualdad.
Existen muchas situaciones en las que se desea que un bucle se ejecute al menos una vez antes de comprobar la condición de repetición. En la estructura mientras si el valor de la expresión booleana es inicialmente falso, el cuerpo del bucle no se ejecutará; por ello se necesitan otros tipos de estructuras repetitivas.
La estructura repetir (repeat) se ejecutara hasta que se cumpla una condición determinada que se comprueba al final del bucle.
Pseudocódigo
Repetir repeat
. .
hasta_que until
Diagrama de flujo:
El bucle repetir-hasta_que se repite mientras el valor de la expresión booleana de la condición sea falsa, justo la opuesta de la sentencia mientras.
Inicio
Contador ß 1
Repetir
Leer número
Contador ß contador + 1
hasta_que contador > 30
Escribir "números leídos 30"
Fin
En el ejemplo anterior el bucle se repite hasta que el valor de variable contador exceda a 30, lo que sucederá después de 30 ejecuciones del cuerpo del bucle.
Ejemplo:
Desarrolle un algoritmo que calcule el factorial de un número N que responda a la formula:
N! = N * (N-1) * (N-2), . . . , 3 * 2 * 1
Inicio
Leer N
Factorial ß 1
I ß I - 1
Repetir
Factorial ß Factorial * I
I ß I - 1
Hasta_que I = N - 1
Escribir "el factorial del número", N, "es", Factorial
Fin
Diferencias de las estructuras mientras y repetir
·
La estructura mientras termina cuando la condición es falsa, mientras que repetir termina cuando la condición es verdadera.
· En la estructura repetir el cuerpo del bucle se ejecuta siempre al menos una vez; por el contrario, mientras es más general y permite la posibilidad de que el bucle pueda no ser ejecutado. Para usar la estructura repetir debe estar seguro de que el cuerpo del bucle (bajo cualquier circunstancia) se repetirá al menos una vez.
Ejemplo: Encontrar el entero positivo más pequeño (num) para el cual la suma 1+2+3,...,+num es menor que limite.
1.- introducir limite
2.- inicializar num y suma a 0
3.- repetir las acciones siguientes hasta que suma>limite
a
Incrementar num en 1
b añadir num a suma
4.- visualizar num y suma
inicio
leer limite
numß 0
suma ß 0
repetir
num ß num+1
suma ß suma+num
hasta_que suma > limite
escribir num, suma
Ejemplo:
Escribir los numeros 1 a 100
Num ß 1
Repetir
escribir num
numß num+1
hasta_que num = 101
4.3 Estructura desde/para (for)
En muchas ocasiones se conoce de antemano el número de veces que se desean ejecutar las acciones de un bucle. En estos casos en el que el número de iteraciones es fija, se debe usar la estructura desde o para (for en inglés).
La estructura desde ejecuta las acciones del cuerpo del bucle un número especificado de veces y de modo automatico controla el número de iteraciones o pasos a través del cuerpo del bucle.
Pseudocódigo
Desde variable (v) =vi hasta vf hacer para v desde vi hasta vf hacer
fin_desde fin_desde
v: variable indice
vi:, vf: valores inicial y final d ela variable.
Diagrama de flujo estructura desde:
Ejemplo:
Calcular la suma de los N primeros enteros
Inicio
Leer I, S, N
S ß 0
desde I = 1 hasta N hacer
S = S + 1
fin_desde
escribir "suma = ", S
fin
Ejemplo:
Calcular el factorial de un número N utilizando la estructura desde
El factorial de N responde a la fórmula:
N! = N * (N-1) * (N-2) * (N-3), . . . , 3 * 2 * 1
Inicio
leer N
Factorial ß 1
I ß I - 1
Desde J = 1 hasta N hacer
Factorial ß Factorial * J
fin_desde
Escribir "el factorial de ", N, "es", Factorial
fin
4.4 Lazos anidados
De la misma manera en que es posible incluir dentro de una estructura if-then-else, también es posible incluir un segundo lazo en el interior del intervalo de un lazo cualquiera. Las reglas de anidamiento son similares en los dos casos. La estructura interna debe estar por completo dentro de la estructura externa y no deben existir traslapes
Bibliografía
Introducción a la ciencia de las computadoras, enfoque algorítmico
Tremblay, Jean-Paul; B. Richard
Ed. McGraw-Hill
Introducción a la computación para ingenieros
C. Chapra, Steven; P. Raymond
Ed. McGraw-Hill
Introducción a la computación y a la programación estructurada
Levin Gutiérrez, Guillermo
Ed. McGraw-Hill
Fundamentos de programación
Joyanes Aguilar, Luis
Ed. MgrawHill
