1. Programovacie paradigmy
Peter Borovanský, KAI, I-18, borovan(a)ii.fmph.uniba.sk
alias: digmy(a)lists.dai.fmph.uniba.sk Pon, 12:20, M-XII

2. Paradigmy 2017 (úvodné slovo)
Keď sa povie programovacie paradigmy, väčšina klasikov si spomenie na
funkcionálnu a logickú paradigmu a procedurálnu, s objektovou odchýlkou.
V tomto roku som sa zámerne/cvične rozhodol vypustiť logickú paradigmu (Prolog),
a dôvody (bez hlbších priorít) sú tieto :
vždy to bolo koncom 5.semestra, študenti to nemali moc radi, pochopili z toho pomerne/veľmi málo, z čoho väčšina je zrejme moja chyba...,
ste prvý ročník, ktorý mal pomerne silnú logickú prednášku, takže načo jatriť
staré rany..., hlbšie rozumiete rôznym solverom, čoho logické prog. je príkladom
procedurálnu paradigmu poznáte z jazykov, ktoré nevznikli za vášho života, napr.
v roku 1985 (C++) a 1995 (Java, JavaScript, Python), čo sa nič odvtedy neudialo?
aby ma ten predmet bavilo robiť, musí sa nejako vyvíjať...

3. Úvodná tretina kurzu
prvú tretinu kurzu sa pozrieme na procedurálnu paradigmu z pohľadu novodobejších programovacích jazykov.
úvodom preto nezažijete výrazný paradigm shift 
na druhej strane, každý z dnešných moderných programovacích jazykov v nejakej miere podporuje funkcionálnu paradigmu, takže hranice nie sú striktne dané.
prvá tretina kurzu preto bude skôr o pojmoch a princípoch rôznych programovacích jazykov, ako o zatiaľ nevídanej paradigme.
Korektnejší názov pre prvú tretinu kurzu by možno bol
Princípy (modernejších) programovacích jazykov

4. Java 1.9 (official release 21.9.2017)
Java je zabetónovaná od Java 1.0, 1995, ale snaží sa implementovať novinky nespútaných nových jazykov, ktoré nepotrebujú byť spätne kompatibilné.
V ktorom z dnešných programovacích jazykov sa dnes ešte píše povinne
bodkočiarka ?
Je to len dôsledok toho, že pred releasom Java 1.0 sa zdalo mnoho iných
vážnejších problémov, ktoré riešiť, že sa J.Gosling neobťažoval domyslieť
gramatiku jazyka (resp. syntaktický analyzátor), aby bodkočiarky neboli treba.
a odvtedy povinne píšme ;<cr><lf> podľa vzoru jazyka Algol (1960)/C (1985).
A vôbec to nie je o bodkočiarke…
Cieľom je, aby ste pochopili, koľko rôznych ‘bodkočiarok’ v jazyku Java
existuje najmä kvôli spätnej kompatibilite.

5. Java 9
Je Java mŕtva ? Asi nie, práve vyšla Java 9... (rýchla odpoveď...)
Ale neumiera ? (... to už je iná otázka)
Pozreli ste si novinky, ktoré Java 9 prináša ?
Viete napísať program v Java 9, ktorý nie je v jazyku Java 8 ?
V histórii Javy ako programovacieho jazyka nastali výraznejšie dve revolúcie:
2004 Java 5 prišla s generickými typmi,
2014 Java 8 prišla s lambdmi alias funkciami.
Ale fakticky najväčší prínos Java 8 bol asi Stream API... (coming soon)

6. Paradigmy 2017 (úvodné slovo)
Motto:
Java is dead, long live JVM !
Paradigmy 2017 (úvodné slovo)
V rámci kurzu sa stretnete s:
procedurálnymi/objektovými jazykmi, JavaScript, Scala, Kotlin,
konkuretným jazykom GO,
funkcionálnym jazykom Haskell.
Prednáška dá intro, očakáva sa schopnosť dohľadať si detaily potrebné k DÚ.
Očakáva to dnes každý z vašich potenciálnych zamestnávateľov...
Ak vám tento prístup nevyhovuje, lepšie si zvoliť iný PV predmet...

7. O čom to bude ? (Paradigmy 2017)
Programming language features:
static/dynamic typing
type inference
duck typing
co-routines/goroutines
tail recursion optimisation
function as value
lazy evaluation
list comprehension
pattern-matching
backtracking and lots of recursion
Horn clause, (SLD) resolution, choice point, unification

8. Konkrétnejšie ? Princípy programovacích jazykov
dynamic typing – Good&Bad parts of JavaScript
Java Stream API
príklady dvoch moderných jazykov na JVM (Scala, Kotlin)
Go – procedurálna/konkurentná paradigma
konkurentné programovanie – go-routines
static typing
duck typing
Haskell – funkcionálna paradigma
type inference
function as value
lazy evaluation
list comprehension
backtracking and recursion
pattern-matching
Prolog – logická paradigma
Horn clause
resolution
choice point
unification

9. Dnešná prednáška
prelet nad ~70 ročným vývojom HW a tomu zodpovedajúceho SW
Uvidíte, ako radikálne sa menil HW, čomu sa prispôsoboval SW
Zmena HW (výkonu/kapacity/ceny/rozmerov) je v rádoch milionov-miliard.
Technik z roku 1950 by sotva niečo vedel s HW z roku 2010 a naopak.
Ale programátor 2010 by vedel kódiť v Algole 60, a možno aj naopak.
reklama s dávkou nadsázky
hoc nedostanete prakticky použiteľnú informáciu, skúsime sa pár krát zamyslieť
Potom:
~ 4 Java Stream API, JavaScript, Scala, Kotlin (under construction)
~ 4 prednášky Go
~ 5 prednášky Haskell

10. Čo sú paradigmy ? Mílniky ?
Take my grandparents:
when they were born the only 'modern'
technologies they knew were trains and
photography.
No hot water, no gas or electricity, no flushing toilets.
And think of the changes that they saw in their lifetimes: cars, electricity, radio, movies, talkies, TV, computers, credit cards, cash machines, ...
In fact it seems that paradigm shifts are happening more and more frequently, and have been for a very long time

11. Ako často ?

13. Novinky sú cool... (či ide o novú paradigmu, ukáže až čas)

14. Počítačové mílniky
Najprv trochu humorne, predpoveď “home computing” z roku 1954
Scientists from the RAND Corporation have created this model to illustrate how a ‘home computer’ could look like in the year However the needed technology will not be economically feasible for the average home. With teletype interface and the Fortran language, the computer will be easy to use.”

15. Lukket’s hoax
Washington, D.C., Apr. 10, 2000 — A full-scale mock-up of a typical nuclear-powered submarine's maneuvering room in which the ship's engineers control the power plant and electrical and steam systems. U.S. Navy photo by Photographer's Mate 2nd Class Tim Altevogt.

16. Moore’s Law
v 1965 G.Moore predpovedal, že integrované obvody budú 2x výkonnejšie (počet tranzistorov/cm2) každý rok, za tú istú cenu, a to najmenej 10 rokov,
v 1975 sa opravil, že každé dva roky…
analógie nájdete v pamätiach, diskoch, pixloch, rýchlosti prenosu...
kedy sa to zastaví ?
a rozumieme tomu ?

17. Apollo 11 1969, 2kB+32kB ROM, 1MHz 1981, prvé IBM XT 16kB, 4MHz
OS: multitasking pre 8 taskov
I/O: signály, senzory, snímače vo frekvencii Hz (raz z sekundu ;-)
Interface: skôr ako blikajúci switch
Errors: 1201, príliš veľa dát – radšej pristal N.Amstrong bez počítača
Updates: treba prekódovať EPROM-ku
Dnes:
používame QuadCore (2.23 GHz, GB+3GB RAM) na telefonovanie, ...
často nevieme naprogramovať komunikáciu s odozvou, napr. cez BlueTooth,
každé ráno nájdeme v mobile niekoľko updatov našich apps
málo kto (už dnes) vie napísať aplikáciu do 16kB
2^(46/2) =~ milión = 8M
2kB * 8M = 16GB

18. PMD 85 Personal Microcomputer with Display
viac:
PMD 85 Personal Microcomputer with Display
PMD-2 (intel 8080):
Žofka (Logo),
Karel-3D (M.Vittek),
Pascal (A.Blaho, P.Tomcsanyi).

19. Počítač SIEMENS 4004 v ÚVTVŠ v Mlynskej doline – H6
Dejiny v obrazoch
Počítač SIEMENS 4004 v ÚVTVŠ v Mlynskej doline – H6

20. Ural 2 (1963, 12kFlops) iná doba, iné problémy, iné paradigmy…
2010 Intel Core i7, 109 Gflops
GForce 1080, 8TFlops = 8 milón miliónov
násobení reálov
2^(53/2) =~ 134 miliónov
12k * 134M =~ 1600 G ~ 1.6T

21. Paradoxy Kedysi stáli počítače: $ 1.000.000 mainframy – sálové
$ mini – “skriňové”
$ workstations
$ PC
$ 100 tablety, netbooky, tenké klienty
Kedysi programovali nadšenci, fyzici, matematici a inžinieri, často skoro zadarmo
Dnes, keď sú počítače skoro zadarmo, programátori sú zďaleka nie zadarmo..
90% ceny/času vývoja SW je ladenie/debug
počet chýb v kóde je (F.Brookes:The Mythical Man Month):
konštanta*dĺžka kódu^ exponenciálna funkcia
Takže:
10x dlhší program sa 32x horšie ladí, má viac chýb (10^1.5 = )
resp.
program 10x kratší potrebuje len 3% času ladenia (0.1^1.5 = )
Preto:
programujte krátko...

22. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
1938 – binary code, The Bombe
1946 – Base 32, Ace
#computers = O(1)
#programmers = O(1) - Alan Turing
We shall need a great number of mathematicians of ability because
there will probably be a good deal of work of this kind to be done.
One of our difficulties will be the
maintenance of an appropriate
(i.e. discipline),
so that we do not lose track of
what we are doing

23. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)

24. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
1953 Fortran, Lisp – Functional Programming
IBM
#computers = O(10^2)
#programmers = O(10^3)
Inžinieri,
Matematici,
Fyzici,
...
ľudia, ktorí majú:
materskú profesiu,
pracovné návyky,
vedia komunikovať

25. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
1960 Algol
1960 COBOL, PL/1
1967 Simula - OOP
1968 Pascal
1968 No-Goto – Structured Programming
1968 C
IBM 1401, IBM 360
#computers = O(10^4)
#programmers = O(10^5)
Ukazuje sa prvý vážny nedostatok ľudí schopných
ovládať počítače, tak vznikajú prvé univerzitne
programy Computer Science...

26. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
1972 Prolog – Logické programovanie
1972 SQL – Relačné programovanie
1973 C
Počet programátorov
sa zdvonásobí každých 5 rokov
Takže každý druhý má <5
rokov programátorskej praxe !!!
#computers = O(10^6)
#programmers = O(10^7)
Male domination

27. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
1980 C++
1983 Ada
1085 Eiffel
1986 Objective-C
1987 Perl

28. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
Internet !
1990 Haskell
1991 Python
1991 VB
1995 Java
1995 JavaScript

29. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
2001 C#
2003 Scala
2007 Clojure
2009 Go

30. Jazyky rokov (1945-55-65-75-85-95-05-15)
2011 Dart
2011 Kotlin
2014 Swift

31. Fortran Technické možnosti hardware ovplyvňujú
programovacie jazyky a tým aj paradigmu
C It was the first programming language
C with the comments support!
WRITE (6,7)
7 FORMAT(15H Hello, world! )
STOP
END
WRITE(*,17) A, B, C
17 FORMAT(F6.3, F6.3, F10.5)
printf(“%f6.3%f6.3%f10.5”, A, B, C);

32. Dierne štítky čo výrobca HW, to iné kódovanie,
len IBM málo >5 EBCDIC kódovaní,
kód J nenasleduje za I, resp. S za R
DEC9
________________________________________________________________
,%_>?
12 / O OOOOOOOOO OOOOOO
11| O OOOOOOOOO OOOOOO
0| O OOOOOOOOO OOOOOO
1| O O O O
2| O O O O O O O O
3| O O O O O O O O
4| O O O O O O O O
5| O O O O O O O O
6| O O O O O O O O
7| O O O O O O O O
8| O O O O OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO
9| O O O O
__________________________________________________________________
viac na

33. IBM punch card duplicator
Zaujímavý článok: Pýcha štátnej informatiky

34. Dierna páska krok vpred
postupnosť riadkov programu je lepšie zabezpečená,
kódovanie ASCII-6, -7, -8
paritný bit

35. 64 16 32 8 4 2 1 CR-carriage return LF-line feed
CR-carriage return
LF-line feed

36. Historia programovacích jazykov
ENIAC coding system
Assembly Language
FORTRAN (J.Backus,IBM)
LISP (J.McCarthy)
ALGOL (Backus-Naur)
COBOL
APL
Simula (J.Dahl)
BASIC
PL/I
Pascal (N.Wirth)
C (D.Ritchie)
Smalltalk (A.Kay,Xerox)
Prolog (A.Colmenauer) ML
SQL (T.Codd)
Ada
C++ (B.Stroustrup)
Eiffel (B.Mayer)
Perl
Haskell
Python
Java (Sun) C#
Scala Go
2014 – Swift
Kotlin

37. Assembler (strojovo) závislý na architektúre
zaviedol pojem návestia (6-8 znakov)
(prakticky) nemá štruktúrované príkazy
má podprogramy ako prototyp procedúr
result dw ; int result
mov cx, 5 ; cx = 5
mov ax, 1 ; ax = 1
cmp cx, 0 ; test cx == 0 ?
je print ; if true, goto print
mov bx, cx ; bx = cx
mov bx, 1 ; bx = 1
cyklus: ; navestie cyklu
mul bx ; (dx,ax) = ax*bx
cmp dx, 0 ; test dx == 0 ?
jne overflow ; if false, goto overflow
inc bx ; bx++
loop cyklus ; while(--cx>0)goto cyklus
mov result, ax ; result = ax
print: ; podprogram pre tlac
.....

38. Štruktúrovaný assembler (SaS)
cx = 5;
ax = 1;
bx = 1;
do {
(dx,ax) = ax*bx;
if (dx != 0) goto overflow;
bx++;
} while(--cx>0);
result = ax;
print: ; podprogram pre tlac
.....
priamočiary preklad do stroj.kódu,
bežné štruktúrované príkazy, if, while, ...

39. Programovacie paradigmy
programovacia paradigma
je štýl programovania, druh/spôsob rozmýšľania, logika, sémantika, ...
kdežto
metodológia /techniky
je produkt (kuchárka) softwarového inžinierstva,
odporúčané postupy návrhu, vývoja, testovania, nasadenia a údržby software,
recepty a doporučenia
vývoj paradigiem súvisí:
s programovacími jazykmi, ktoré súvisia s
s vývojom hardwaru, ktorý súvisí
riešenými problémami v danej dobe ...

40. Hlavné paradigmy objektovo-orientovaná paradigma
procedurálna paradigma
funkcionálna paradigma
logická (relačná) paradigma
konkurentná paradigma
Paradigmy nie sú disjunktné množiny
počas prednášky sa pozrieme na dve z nich v najčistejšej forme:
FP – Haskell,
LP – Prolog.

41. Procedurálne programovanie
koncept volania procedúry:
rutiny-subrutiny-podprogramy,
procedúry a funkcie,
metódy
spôsob predávania argumentov
hodnotou,
referenciou,
menom
rekurzia (nebola vždy samozrejmosťou)
modularita a viditeľnosť (encapsulation) premenných, metód (scope)
štruktúrované programovanie, programovanie vo veľkom (gotoless)
globálne premenné, side-efect

42. Príklad C++ Programovací jazyk môže byť multiparadigmový:
Q: How many C++ programmers does it take to change a light-bulb?
A: Only one, but it takes him all night, and when he's done, the refrigerator and toilet don't work 
Programovací jazyk môže byť multiparadigmový:
procedurálne programovanie
objektovo-orientované programovanie (triedy)
konkurentné programovanie (vlákna)
generické programovanie (templates)
konkrétny programovací jazyk konštrukciami podporuje danú paradigmu
programovací jazyk núti dodržiavanie istej programovacej paradigmy, štýlu či disciplíny
položme si otázku:
je dobré niekoho niečo nútiť ?

43. Je dobré niekoho niečo nútiť ?
int mymax (int(*a)(int(*)(int(*)()),int(*)(int(*)(int**))), int(*b)(int(*) (int(*)()),int*,int(*)(int(*)()))){return (int)((((int(*)(int(*)(int(*)()),int( *)(int(*)())))a)> ((int(*)(int(*)(int(*)()),int(*)(int(*)())))b))?((int(*)( int(*)(int(*)()),int(*)(int(*)())))a):((int(*)(int(*)(int(*)()),int(*)(int(*)( ))))b));??>
int max(int a,int b) {
a-=b;
if(!a) goto d;
if(a<(a-a)) goto e;
b+=a; goto f;
d: if(a!=b) goto e;
f: a=~b;
goto d;
e: return b; }
printf("%d\n",mymax((int(*)(int(*)(int(*)()),int(*)(int(*)(int**))))3,(int(*)(int(*)(int(*)()),int*,int(*)(int(*)())))52));

44. Obfucated code Veľa inšpriácie do života:
International Obfuscated C Code Contest (
#define _ -F<00||--F-OO--;
int F=00,OO=00;main(){F_OO();printf("%1.3f\n",4.*-F/OO/OO);}F_OO() {
_-_-_-_
_-_-_-_-_-_-_-_-_
_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_
_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_
_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_
_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_
_-_-_-_-_-_-_-_ }
Veľa inšpriácie do života:

45. Programovací jazyk programovací jazyk je stelesnením paradigmy:
jednoduchý a akceptovateľný
spustiteľný na rôznych počítačoch
jednoduchý na učenie, implementáciu
podobný existujúcim jazykom
primerane zaťažujúci práve existujúci HW
dáva programátorovi možnosť písať efektívny kód
oplýva matematickou jednoduchosťou

46. 50-60 -te roky 1954 - FORTRAN (J.Backus,IBM) 1958 - LISP (J.McCarthy)
Computer Science without FORTRAN and COBOL is like birthday cake without ketchup and mustard.
FORTRAN (J.Backus,IBM)
vedecko-technické výpočty, numerické výpočty
LISP (J.McCarthy)
ALGOL (Backus-Naur)
algoritmický jazyk, štruktúrované programy, riadiace štrukt.
COBOL (Pentagon)
biznis, financie
APL (Kenneth E. Iverson, Harvard)
vektorovo orientovaný jazyk
Algol vs. Fortran z pohľadu kontinentov

47. Fortran
"Consistently separating words by spaces became a general custom about the tenth century A.D., and lasted until about 1957, when FORTRAN abandoned the practice." —Sun FORTRAN Reference Manual
Cyklus, ktorý sčíta nepárne čísla
integer i, n, sum
sum = 0
do 10 i = 1, n, 2
sum = sum + i
10 continue
IF (X - Y) 100, 200, 300
if (x - y) < 0 then goto 100
if (x - y) = 0 then goto 200
if (x - y) > 0 then goto 300
do10i=1,n,2
sum=sum+i
10 continue
if (x .lt. y) then goto 100
if (x .eq. y) then goto 200
if (x .gt. y) then goto 300
do10i=1100
do10i=1,100

48. Fortran FORTRAN (IBM) FORTRAN II FORTRAN III FORTRAN IV FORTRAN 66
Fortran IV,Fortran 77, Fortran 95, Fortran 2003, ...
What will the language of the year 2000 look like? ...
Nobody knows but it will be called FORTRAN 
Fortran
FORTRAN (IBM)
polia, priradenie, 3-IF, GOTO, DO
FORTRAN II
SUBROUTINE, CALL
FORTRAN III
inline assembler, strojovo závislý na IBM
FORTRAN IV
strojovo nezávislý, boolean, logický IF
FORTRAN 66
INTEGER, REAL, DOUBLE PRECISION, COMPLEX, LOGICAL
external, 6-písmenové identifikátory
FORTRAN 77
CHARACTER typ, DO WHILE-END DO, bitové operácie
Fortran 90
case-sensitive, moduly, rekurzívne procedúry, overloading
pointre, allocate a deallocate, dynamické dát.štruktúry
exit, inline comments
Fortran 2003
objektovo-orientovaný, dedenie, polymorfizmus,
procedúry ako pointre
Fortran 2008
A good FORTRAN programmer can write FORTRAN code in any language

49. Fortran "GOD is REAL (unless declared INTEGER).“ program GCD
integer m, n, r
10 print *, 'Please give values for m and n'
read *, m, n
20 if (n .eq. 0) go to 30
r = mod(m,n)
m = n
n = r
go to 20
30 print *, 'gcd = ', m
go to 10
end
FUNCTION NGCD(NA, NB)
IA = NA
IB = NB
1 IF (IB.NE.0) THEN
ITEMP = IA
IA = IB
IB = MOD(ITEMP, IB)
GOTO 1
END IF
NGCD = IA
RETURN
END
! Hello World in Fortran 90 and 95
PROGRAM HelloWorld
WRITE(*,*) "Hello World!"
END PROGRAM

50. COME FROM DO 200 INDEX=1,10 10 X=1. 20 X=X*2. 30 X=X*3. 40 X=X*4.
The author feels that the COME FROM will prove an invaluable contribution to the field of computer science. It is confidently predicted that this solution will be implemented in all future programming languages, and will be retrofitted into existing languages.
COME FROM
DO 200 INDEX=1,10
10 X=1.
20 X=X*2.
30 X=X*3.
40 X=X*4.
50 X=X*5.
60 X=X*6.
70 X=X*7.
80 X=X*8.
90 X=X*9.
100 X=X*10.
COME FROM
(10,20,30,40,50,60,70,80,90,100),INDEX
WRITE (6,500) INDEX,X
200 CONTINUE
STOP
500 FORMAT (14,2X,F12.0)
10 J=1
11 COME FROM 20
12 WRITE (6,40) J STOP
13 COME FROM 10
20 J=J+2
40 FORMAT (14)
I = 1
IF (I .LT. 10) COME FROM 50
I = I+1
50 WRITE (6,60) I
STOP
60 FORMAT (14)

51. Objektové programovanie
všetko je objekt
každý objekt je inštanciou nejakej triedy
každá trieda má nadtriedu
všetko je posielaním si správ <receiver> <message>
správa spúšťa metódu
každý objekt má svoj kus pamäte
hľadanie správnej metódy rešpektuje dedičnosť

52. Funkcionálne programovanie
základom je abstraktná teória lambda-calcul,
my skúsime Haskell (Hugs98)
Haskell je najpopulárnejší lenivý funkcionálny jazyk
nepozná objekty ani triedy
nepozná priradenie do premennej
nepozná globálne premenné
nepozná cyklus
ale má iné prednosti...
funkcia je hodnotou
fac = 1
fac (n+1) = (n+1)*fac(n)

53. Logické programovanie
používa predikátovú logiku 1.rádu
my skúsime Prolog (swi-prolog)
nehovorí o tom ako riešenie nájsť, ale len aké má vlastnosti, a hľadá ho automatický dokazovač
definujeme relácie nad objektami (podobne ako SQL)
riešenie sa hľadá pomocou backtrackingu
vždy miesto funkcií definujeme predikáty
fact(0,1).
fact(N,F) <= fact(N-1,G) & G*N = F.

54. Pre koho nie/je prednáška
neznáša, resp. nevidí dôvod naučiť sa, rekurziu
učí sa len to, čo môže zajtra použiť v robote
verí, že s javou, c++, php prežije do dôchodku...
nerád pracuje cez semester
je:
uznáva tzv. programovanie
so zamyslením, ako analógiu
čítania s porozumením
rád hľadá a rieši malé „triky“ programíky a rébusy