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Introduction to Data Structures in Software Engineering, Lecture notes of Algorithms and Programming

University of New Brunswick Algorithms and Programming

A brief overview of data structures in computer science within the context of software engineering. It covers the importance of software development processes, the goals of software design, and the role of data structures in achieving high-quality software. It also discusses the significance of understanding data structures for effective problem-solving and efficient algorithm implementation.

Typology: Lecture notes

2017/2018

Uploaded on 10/23/2018

keehwan 🇨🇦

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- 1 -

제1장 소프트웨어공학과 자료구조 개요

이 장에서는 소프트웨어공학과 자료구조에 대해 간단히 소개한다.

1.1. 교육목표

이 장의 교육목표는 다음과 같다.

교육목표

소프트웨어 개발 절차

고품질 소프트웨어의 목표

소프트웨어 설계 방법론

객체지향 설계 방법론

소프트웨어 정확성 검증 방법

자료구조 개요

1.2. 소프트웨어공학

소프트웨어 절차

소프트웨어의 크기가 커지고 복잡해질수록 코딩 외에

다른 소프트웨어 이슈에 대해 관심을 가져야 한다.

팀 프로젝트 수행시 더욱 중요

소프트웨어 개발의 단계

문제 분석: 타당성 조사, 성격, 범위, 목적

요구사항 분석: 사용자 및 시스템 요구사항

소프트웨어 명세서: not how but what

설계

위험 분석

구현

검사와 검증

운영

유지보수 소프트웨어 생명주기(lifecycle)

not sequential!!!

보통 컴퓨터 프로그래밍이라 하면 프로그래밍 언어를 이용하여 코딩을 하는 것만을 생각할

수 있다. 하지만 소프트웨어를 개발한다는 것은 단순히 코딩만 하는 것은 아니며, 여러 가

지 과정을 통해 이루어진다. 특히, 복잡한 소프트웨어일수록 코딩보다는 다른 이슈들이 보

다 더 중요해질 수 있으며, 홀로 개발하는 것이 아니고 팀을 구성하여 개발하는 경우에는

Partial preview of the text

Download Introduction to Data Structures in Software Engineering and more Lecture notes Algorithms and Programming in PDF only on Docsity!

소프트웨어 명세서 : not how but what 설계 위험 분석 구현 검사와 검증 운영 유지보수

소프트웨어 생명주기 (lifecycle) not sequential!!!

(specification) 작성, 설계, 구현, 검사와 검증, 운영, 유지보수 등의 단계로 구성된다. 하지만

개발할 소프트웨어의 프로토타입프로토타입 (prototype) 또는 일부 구성요소의 프로토타입을 만들면 관련 사람들간에 커뮤니케이션을 향상시킬 수 있으며 , 위 문제에 대한 보다 정확한 답을 얻을 수 있다.

소프트웨어소프트웨어 공학공학 (software engineering): 고품질의 소프트웨어 개발의 모든 측면과 관련된 학문을 말함 사용되는 기술과 행위 ( 문서화 , 팀워크 등 ) 를 모두 포함 소프트웨어소프트웨어 프로세스프로세스 (software process):^ 시스템을 개발하기 위해 개인 또는 조직이 사용하는 소프트웨어 공학 기술의 집합을 말함 사용하는 소프트웨어 기술 또는 도구 하드웨어 소프트웨어 : 컴파일러 , 디버거 등 아이디어웨어 : 소프트웨어 기술과 관련된 지식

소프트웨어공학(software engineering)이란 고품질의 소프트웨어 개발의 모든 측면과 관련된

다. 소프트웨어 프로세스(software process)란 시스템을 개발하기 위해 개인 또는 조직이 사

프트웨어 기술은 크게 하드웨어, 소프트웨어, 아이디어웨어(ideaware)로 나눌 수 있다. 이

일련의 유한 절차인 알고리즘(algorithm), 프로그램에서 정보를 처리할 때 이 정보를 모델링

Panic and do nothing 39% Panic and drop the course 30% Sit down at the computer and begin typing 27% Stop and think 4%

예예 1.1)1.1) ATM 기계

ATM 은 카드로부터 계좌번호를 알아낸다.

ATM 은 PIN 번호를 요청하면 고객은 PIN 번호를 입력한다.

ATM 은 PIN 번호를 확인한다.

ATM 은 거래 종류 ( 입금 , 이체 , 조회 , 종료 ) 를 물어본다.

고객은 조회를 선택한다. ATM 은 계좌의 현재 잔액을 읽고

ATM 은 거래 종류를 다시 물어본다.

고객은 종료를 선택한다. ATM 은 은행카드를 되돌려준다.

추상화추상화 (abstraction): 특정 관찰자 입장에서 시스템의 필수적인 사항만을 포함하는 복잡한 시스템에 대한 모델 관찰자마다 다를 수 있음 불필요한 하위 수준의 세부사항에 대한 고려 없이 적절한 수준에서 문제에 대해 집중할 수 있도록 해준다. (stepwise-refinement) 추상화된 것은 점진적으로 세분화되어 구체화된다. 하향식 (top-down) 상향식 (bottom-up) 객체지향 접근 분할정복분할정복 (divide-and-conquer): 복잡한 문제일 수록 한 덩어리로 접근하는 것이 매우 어렵다.

따라서 가장 먼저 선행되어야 하는 것은 추상화(abstraction)이다. 추상화를 통해 불필요한

전체 문제의 작은 일부분을 모듈모듈 (module) 이라 한다. 정보정보 은닉은닉 (information hiding):^ 모듈은 그것의 복잡한 내부 구조를 외부로부터 숨긴다. 복잡성을 줄이기 위한 목적 모듈은 그것의 인터페이스를 통해서만 다른 모듈과 상호작용한다. 모듈의 요구사항 느슨한느슨한 결합성결합성 (loosely-coupled): 모듈은 상호 독립적이어야 한다. 한 모듈의 변경이나 오류가 다른 모듈에 영향을 주지 않아야 한다. 높은높은 응집성응집성 (highly-cohesive): 잘 정의된 단일 작업만해야 한다.

을 모듈(module)이라 한다. 모듈의 가장 큰 특징은 정보 은닉이다. 즉, 외부로부터 그것의

객체지향객체지향 설계설계 (object-oriented design) 는 문제에서 객체를 식별하고 , 이 객체들을 이용하여 모델링한다. ( 명사 ) 데이터 중심 실세계와 가깝게 모델링할 수 있음 구조화된구조화된 설계설계 (structured design) 는 문제에서 행위를 식별하여 행위 위주로 모델링한다. ( 동사 ) 알고리즘 중심

객체지향 프로그래밍의 세가지 핵심 요소

1. 캡슐화 (encapsulation): 데이터와 행위의 결합 2. 상속 (inheritance): 코드의 재사용 3. 다형성 (polymorphism): 실행시간에 객체에 의해 행위가 결정됨

여러 사람들과 브레인스토밍 (brainstorming) 을 한다. 여러 시나리오를 생각해본다.

Æ 사용자 인터페이스

지라는 개념은 필요 없고, 페이지를 구성하는 각 사람의 주소 정보를 유지하는 항(entry)이

다음에는 각 객체마다 CRC(Class, Responsibility, Collaboration) 카드를 작성하여, 각 객체

각 객체마다 CRC(Class, Responsibility, Collaboration) 카드를 작성

없음

name 클래스로부터 이름을

name 클래스로부터 성을

협동

주소 제공

전체 이름을 하나의 문자열로 제공

책임

주요 책임 : 주소록 한 항에 대한 정보를 관리한다.

클래스 이름 : entry 부모 클래스 : 자식 클래스 :

컴파일 시간 오류 (compile-time error): 문법 오류 실행 시간 오류 (run-time error) 잘 못된 가정 : result = dividend / divisor 사용자 입력 오류 논리 오류 오류가 발생하였을 때 그것을 극복할 수 있는 능력을 강건성 (robustness) 이라 한다. 예외 처리 (exception handling) 설계부터 어떤 가능한 예외 상황이 발생할 수 있는지 고려해야 함 what, where, how

사전조건사전조건 (precondition): 사후조건이 보장되기 위해 메소드에 진입하기 전에 반드시 만족해야 하는 가정 메소드를 호출하는 사용자의 책임 사전조건이 위배된 경우에는 어떻게? 방법방법 1.1. 예외 처리 방법방법 2.2.^ 아무것도 하지 않는다. 사후조건사후조건 (postcondition): 사전조건이 충족되었을 때 , 기대되는 메소드의 실행 결과 어떻게 그 결과를 얻는지는 중요하지 않음 메소드를 구현하는 개발자의 책임 사전 , 사후조건에 대한 올바른 이해가 없으면 여러 가지 논리 오류를 범할 수 있다.

종류종류^ 1.1.^ 반환 값의 정확성

사전 , 사후조건의 예 ) void RemoveLast() 효과 : 리스트에 있는 마지막 요소를 제거한다. 사전조건 : 리스트가 비어있지 않아야 한다. 사후조건 : 리스트에 있는 마지막 요소가 제거되어 있다.

WARNING If you try to execute this operation when the preconditions are not true, the results are not guaranteed

Deskchecking – Design

반적으로 프로그램을 실행하면서 검사를 한다. 반면에 desk checking이란 설계서나 프로그

루프루프 불변조건불변조건 (loop invariant): 루트가 시작되기 전 , 루프가 반복된 후 , 루프가 종료된 후에 항상 만족되어야 하는 조건을 말한다. 추가적으로 알고리즘의 정확성을 충족시켜야 한다. 예예 1.2)1.2) 배열 item 에 있는 요소들의 합 구하기 int sum = 0; int i = 0; while(i<n){ sum += item[i]; i++; }

루프 불변조건. sum 은 item[0] 부터 item[i-1] 까지의 합이어야 한다.

루프의 정확성을 검증하기 위해 많이 사용하는 방법은 루프 불변조건(loop invariant)을 확인

자료구조(data structure)란 데이터를 컴퓨터에 표현, 저장, 관리하는 방법을 말한다.

보통 데이터라 하면 값 (value) 를 의미하는 경우가 많음 데이터데이터 타입타입 : 다음 두 가지에 의해 정의된다. 이 데이터 타입이 표현할 수 있는 요소들의 집합. 예예 1.3)1.3) 정수 이 요소들에 적용할 수 있는 연산의 집합. 예예 1.4)1.4) 사칙연산 프로그래밍 언어는 두 종류의 데이터 타입을 제공한다. 시스템 정의 데이터 타입 단순단순 타입타입 ( 원자 타입 , 원시 타입 ): 더 이상 분해할 수 없는 타입 복합복합 타입타입 : 여러 요소로 구성되어 있는 타입 Æ 요소 접근 연산 구조화된 타입과 비구조화된 타입 사용자 정의 데이터 타입

절차의절차의 추상화추상화 (procedural abstraction) 메소드의 목적과 그것의 구현을 분리 데이터데이터 추상화추상화 (data abstraction, encapsulation) 데이터에 가능한 연산과 데이터 저장 방법 및 연산 구현을 분리 추상추상 데이터데이터 타입타입 (ADT, Abstract Data Type) 특정 구현과 무관하게 특성이 명시된 데이터 타입 프로그래밍 언어에서 제공하는 int 타입 역시 ADT 로 볼 수 있다. 그것의 내부 구현을 몰라도 사용할 수 있다.

되고 있는 정수형 타입인 int의 경우에도 우리는 그것이 내부적으로 어떻게 저장되어 있고,

입(ADT, Abstract Data Type)이라 한다.

자료구조자료구조 (data structure) 정의정의 1.1.^ 데이터를 저장하는 방법과 관련된 것으로서 데이터데이터 요소들요소들 의의 모음모음을 말한다. 이이 모음의모음의 논리적논리적 구성은구성은 개별개별 요소요소 간에간에 논리적논리적 관계관계를 나타낸다. 정의정의 2.2. 데이터의 모음을 저장하기 위해 프로그래밍 언어를 이용하여 정의할 수 있는 구조 자료구조는 개별 데이터 요소를 검색하고 저장하기 위해 사용되는 접근접근 연산에연산에 의해의해 특징특징지어진다. 자료구조는 ADT 로 구현된다.