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 ..........................................................................................527 2.4. OCIO .......................................................................................................................................... 530 2.4.1. Pasear, mirar y escuchar .........................................................................................530 2.4.2. No hacer nada ..............................................................................................................531 2.5. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................ 532 2.5.1. Lecturas sugeridas .....................................................................................................532 REFLEXIONES FINALES ......................................................................... 535 ÍNDICE DE NOMBRES ............................................................................ 547 ÍNDICE TEMÁTICO .................................................................................. 551¿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 los desafíos de la ingeniería de software. ' Tomo V: Disfrutará de reflexiones y consejos para crecer como profesional. No pierda la oportunidad de iniciar el camino que le propone este libro, que va desde la historia de este campo del conocimiento hasta la programación en sí misma. Le suscitará nuevas ideas que impulsarán su carrera como programador. Camilo Chacón Sartori es doctorante en el Instituto de Investigación en Inteligencia Artificial (IIIA-CSIC) y en la Universidad Autónoma de Barcelona. Obtuvo su grado y máster en ingeniería en informática con distinción máxima. Ha publicado dos libros: Computación y programación funcional y Mentes geniales. La vida y obra de 12 grandes informáticos, ambos con la editorial Marcombo. Su principal proyecto, 'Había una vez un algoritmo', es un pódcast y un newsletter donde reflexiona sobre temas técnicos, científicos y filosóficos concernientes a la informática.¿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 los desafíos de la ingeniería de software. ' Tomo V: Disfrutará de reflexiones y consejos para crecer como profesional. 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