Strutture iterative

Ver. 2.4.1

© 2010 - Claudio Fornaro - Corso di programmazione in C

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Strutture iterative Problema:

Visualizzare i numeri interi da 0 a 1000

Soluzioneprintf("0\n");printf("1\n");printf("2\n");printf("3\n");printf("4\n");...Non è davvero una buona idea… ma con le conoscenze attuali non c’è alternativa

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Strutture iterative Vorremmo scrivere:

“Esegui l’istruzione:printf("%d\n", i);

con i che assume i valori da 0 a 1000 ”

i<=1000V

F

stampa i

i=0

i=i+1percorso chiuso, detto “anello”, “loop” o “ciclo”

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I cicli in C Per “tornare indietro” si potrebbe utilizzare

un’istruzione apposita, ma per questioni di chiarezza si utilizzano strutture sintattiche che fanno “tornare indietro” solo se la condizione di ripetizione è vera

Le strutture iterative sono comunemente dette cicli o loop

In C i cicli sono controllati da una condizione di permanenza nel ciclo: fintantoché la condizione è vera, si esegue il corpo del ciclo(il blocco di codice da eseguire più volte)

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Ciclo WHILE Fa eseguire un blocco di codice fintantoché

una certa condizione è vera Valuta la condizione prima di eseguire il

blocco

Se la condizione è inizialmente falsa, il blocco non viene eseguito neppure una volta

condizioneV

F

blocco

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Ciclo WHILE while (condizione) senza il ‘;’

blocco Viene valutata la condizione:

se è vera esegue il blocco torna su a valutare nuovamente la condizione

se è falsa passa ad eseguire le istruzioni successive al

blocco La condizione è un’espressione qualsiasi (come

quella del costrutto if) e deve sempre essere presente (si usi 1 per avere un ciclo infinito)

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Ciclo WHILE Esempio

Il seguente codice risolve il problema iniziale di visualizzare i numeri interi da 0 a 1000i=0;while (i<=1000) {

printf("%d ", i);i++;

}

Si noti che il valore di i terminato il ciclo è 1001

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Ciclo WHILE Esempio 2

Somma dei valori introdotti finché non viene immesso il valore 0somma = 0;scanf("%d", &v); while (v != 0){

somma += v;scanf("%d", &v);

}printf("Somma: %d", somma);

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Ciclo FOR Fa eseguire il blocco fintantoché la condizione

è vera (esattamente come il ciclo WHILE)for (espr1;condizione;espr2) senza il ‘;’

blocco Viene calcolata espr1 (soltanto la prima volta) Viene valutata la condizione:

se è vera: esegue il blocco esegue expr2 torna su a valutare nuovamente la condizione

altrimenti (se è falsa): passa ad eseguire le istruzioni successive a blocco

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Ciclo FOR

condizioneV

F

expr2

blocco

expr1

La condizione può essere un’espressione qualsiasi, se manca equivale a 1

expr1 e/o expr2 possono mancare (ma i separatori ‘;’ devono esserci ugualmente)

Il flow-chart corrispondente è il seguente:

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Ciclo FOR Esempio

Anche il seguente codice risolve il problema iniziale di visualizzare i numeri interi da 0 a 1000for (i=0; i<=1000; i++) printf("%d ", i);

Una variabile che, come i in questo esempio, tiene conto del numero di iterazioni viene detta variabile di conteggio o indice

Notare che, nell’esempio, dopo che il ciclo è stato eseguito completamente, i vale 1001

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Ciclo FOR Esempi

La ripetizione “per N volte ” si può ottenere in diversi modi, tra i quali i seguenti (si notino i valori iniziali e le condizioni): for (i=0; i<N; i++) metodo usuale

i va da 0 a N–1, dopo il ciclo i = N for (i=1; i<=N; i++)

i va da 1 a N, dopo il ciclo i = N+1 for (i=N; i>0; i--)

i va da N a 1, dopo il ciclo i = 0 for (i=N-1; i>=0; i--)

i va da N–1 a 0, dopo il ciclo i = –1 for (i=0; i<=N; i++) Errore!!! (11 volte)

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Ciclo FOR Il ciclo FOR è un ciclo WHILE riscritto in modo

tale da raggruppare tra le parentesi tutto ciò che gestisce l’indice: inizializzazione (espr1), controllo (condizione) e aggiornamento (espr2)

for (espr1;condizione;espr2)blocco

Il ciclo FOR precedente equivale a:expr1; fuori dal corpo del ciclo!while (condizione){

bloccoexpr2;

}

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Ciclo FOR Esempio

Questo ciclo WHILE:i=0;while (i<=1000) {

printf("%d", i);i++;

}e questo ciclo FOR:for (i=0; i<=1000; i++)

printf("%d", i);

sono equivalenti, ma il secondo è più compatto

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Ciclo FOR Attenzione nella trasformazione di un ciclo FOR

in WHILE (o viceversa) quando si hanno istruzioni continue:sum=0;for (i=0;i<10;i++) {

scanf("%d",&v);if (i == 0)

continue;sum += v;

}

sum=0; i=0;while (i<10) { scanf("%d",&v);if (i == 0)continue;

sum += v;i++;

}per i=0 la continuenon fa incrementare i

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La variabile di conteggio Talvolta è conveniente che il nome della

variabile di conteggio sia corto per questioni di leggibilità del codice

Esempiofor (i=0; scanf("%d",&v[i])!=EOF; i++)tot += v[i]*v[i-1]*v[i+1];

totValoriLetti = i;Qui i viene usata nel corpo del ciclo più volte, quindi è conveniente usare questa come indice e non la variabile totValoriLetti che invece viene assegnata alla fine del ciclo

La modifica della variabile di conteggio dentro il ciclo for viene considerata pratica da evitare in quanto può rendere il codice complesso

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Scelta tra ciclo FOR e WHILE Quando il numero di iterazioni è noto a priori

(e quindi il ciclo è controllato da un indice), è preferibile (per chiarezza e stilisticamente) utilizzare un ciclo FOR che raggruppa in un punto solo l’inizializzazione, il controllo e l’aggiornamento dell’indice

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Ciclo DO-WHILE Fa eseguire un blocco di codice fintantoché

una certa condizione è vera Valuta la condizione dopo aver eseguito il

blocco

Anche se la condizione è inizialmente falsa, il blocco viene eseguito almeno una volta

condizioneV

F

blocco

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Ciclo DO-WHILE Nella letteratura questo ciclo viene detto ciclo

Repeat-Until (dove però se la condizione è vera si esce dal ciclo: non è di permanenza)

do{

blocco}while (condizione); con il ‘;’

La condizione può essere un’espressione qualsiasi che produce un valore

Le graffe sono opzionali, ma consigliabili (proprio con la graffa di chiusura subito prima della keyword while) per distinguere facilmente il ciclo WHILE dal ciclo DO-WHILE

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Ciclo DO-WHILE Esempio

Il seguente codice risolve il problema iniziale di visualizzare i numeri interi da 0 a 1000i=0;do {

printf("%d ", i);i++;

}while (i<=1000);

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Ciclo DO-WHILE Esempio 2

Somma i valori dati finché non viene introdotto il valore particolare 0somma = 0; do{

scanf("%d", &v); somma += v;

}while (v != 0);

Notare che il valore v viene comunque addizionato a somma (ma in questo esempio non causa problemi perché somma uno 0)

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Scelta tra ciclo WHILE e DO Si può sempre passare da un tipo di ciclo ad

un’altro modificando (poco) il programma La scelta tra ciclo WHILE e ciclo DO-WHILE è

spesso ovvia e questione di preferenze personali

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Corpo di un ciclo Quando in un ciclo tutta l’elaborazione è già

contenuta nelle espressioni di controllo, il corpo non contiene istruzioni

Poiché il corpo deve comunque esistere, si usa un’istruzione nulla, ossia il solo carattere ‘;’

Non produce alcuna azione e per chiarezza è bene sia collocato in una riga a sé stante

Conta solo i valori introdotti (il contatore è i):for (i=0; scanf("%d", &v)!=EOF; i++)

;

In alternativa si possono usare una coppia di parentesi graffe {} o un’istruzione continue

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Programmazione strutturata Nasce dalla necessità di regolamentare e

standardizzare le metodologie di programmazione

Un linguaggio strutturato deve avere almeno i seguenti 3 tipi di strutture: La sequenza: ossia la possibilità di definire un

blocco di istruzioni (le graffe in C, ma anche il semplice elenco di istruzioni)

L’ alternativa: costrutti di selezione (if e switch) L’ iterazione: costrutti per ripetere uno stesso

blocco di istruzioni (for, while, do-while)

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Programmazione strutturata Le strutture di un linguaggio strutturato

devono avere le seguenti caratteristiche: ogni struttura (compresi i blocchi controllati) deve

avere un unico punto di ingresso e un unico punto di uscita (così da non avere altre interazioni con l’esterno e poter essere considerata come un’unicamacro-istruzione)

ogni struttura può avere nel blocco controllato altre strutture (di ogni tipo)

Un programma è strutturato se usa solo le strutture indicate nei modi indicati sopra

Il linguaggio C è strutturato, ma permette anche di scrivere codice non strutturato

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Programmazione strutturata In Linguaggio C si ha programmazione non

strutturata quando si usano le istruzioni: goto

break

continue

return/exit multipli Dette istruzioni possono talvolta produrre

vantaggi anche non marginali per chiarezza e velocità di esecuzione

Quando si richiede una programmazione strutturata tutte le istruzioni precedenti non sono permesse

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Break Per uscire da un ciclo immediatamente, senza

aspettare la valutazione della condizione, si può utilizzare l’istruz. non strutturata break

Dopo il break, l’esecuzione continua dalla prima riga successiva al blocco

while (condizione){ istruzioni...if (condizione_particolare)

break; istruzioni...

} Il break può essere usato per gestire condizioni

particolari e infrequenti (non deve essere il metodo normale di terminazione del ciclo)

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Break Esempio

Fa la media di fino a 10 valori dati in input. Per introdurre meno valori, introdurre 0double v, somma = 0;for (i=0; i<10; i++) {

scanf("%lf", &v);if (v == 0)break;

somma += v;}printf("Media = %f\n", somma/i);

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Break La formulazione equivalente strutturata è:int esci = NO;double v, somma = 0; for (i=0; i<10 && esci==NO; i++) {

scanf("%lf", &v);if (v == 0)esci=SI;

elsesomma += v;

}i--; i viene incrementata comunqueprintf("Somma = %f\n", somma/i);

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Continue Per passare immediatamente all’iterazione

successiva, si può utilizzare l’istruzione non strutturata continue

Per effetto dell’istruzione continue: vengono saltate tutte le istruzioni dalla continue

fino alla parentesi di terminazione del corpo del ciclo se si tratta di un ciclo for, viene eseguita expr2 l’esecuzione riprende dalla valutazione della

condizione

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Continue Schema con ciclo whilewhile (condizione){

istruzioni...

if (condizione_particolare)continue;

istruzioni saltate se eseguito continue

}

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Continue Schema con ciclo whilefor (espr1; condizione;espr2){

istruzioni...

if (condizione_particolare)continue;

istruzioni saltate se eseguito continue

}

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Continue Schema con ciclo do-whiledo{

istruzioni...

if (condizione_particolare)continue;

istruzioni saltate se eseguito continue

}while (condizione);

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Continue Esempio

Somma i valori dati finché non viene introdotto il valore 0, ignorando i negativi.somma = 0;do{

scanf("%d", &v);if (v < 0)continue;

somma += v;}while(v != 0);

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Continue La formulazione equivalente strutturata è in

questo caso più chiara:

somma = 0;do{

scanf("%d", &v);if (v >= 0)somma += v;

}while(v != 0);

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Lettura di valori Quando non si può sapere a priori il numero

di valori che verranno introdotti dall’utente si deve trovare un modo per stabilire la fine dell’input: Si chiede all’utente quanti valori verranno introdotti Si prevede un valore particolare che quando

introdotto indica la fine dell’input, tale valore è detto sentinella (es. lo 0 degli esempi precedenti)

Si chiede all’utente di segnalare la fine dell’input mediante l’immissione di un codice di controllo detto End Of File (EOF) che viene riconosciuto e segnalato dalle stesse funzioni di input (mentre la sentinella viene riconosciuta dopo l’input)

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Lettura di valori La costante EOF è un valore intero definito in stdio.h (in genere vale –1)

Viene prodotto dall’utente premendo: Windows Control-Z e poi INVIO Linux/Unix Control-D

Le funzioni scanf e getchar restituiscono EOF quando l’utente indica la fine dell’input

In modo analogo gets restituisce NULL N.B. Le combinazioni di tasti Control-Z e

Control-D spesso vengono scritte ^Z e ^D, ma NON si ottengono con il carattere ^ : si deve invece premere il tasto Control e poi la lettera

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Lettura di valori Esempio di lettura di sequenza di lunghezza

ignota di valori dalla tastiera, la lettura termina con l’introduzione di un EOFprintf("Terminare con EOF\n");while (scanf("%d", &a) != EOF)

somma += a;printf("Somma=%d\n", somma);

Esempio di input:122234^ZSomma=68

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Cicli annidati Un ciclo può essere collocato

(completamente) nel corpo di un altro ciclo In genere, nel caso di cicli FOR ogni ciclo

deve avere una variabile di conteggio diversa Il ciclo esterno controlla quello interno Il ciclo interno ricomincia sempre da capo (ad

esempio l’inizializzazione dell’indice di un ciclo FOR interno ad un altro ciclo viene eseguita ogni volta)

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Cicli annidati Esempiofor (i=1; i<=7; i+=3) {

for (j=2; j<5; j++)printf("%d,%d ", i, j);

printf("\n");}printf("%d,%d ", i, j); produce il seguente output:1,2 1,3 1,44,2 4,3 4,47,2 7,3 7,410,5 notare i valori di uscita

Blocco ciclo esterno

Blocco ciclo interno

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Uscita da cicli annidati Nel caso di cicli annidati, break fa uscire solo

da un livello; per uscire contemporaneamente da tutti i cicli annidati si può usare una gotofor (i=0; i<10; i++) for (j=0; j<10; j++){ scanf("%d", &v);if (v == 0)goto fuori;

somma += v;}

fuori:printf("Somma = %d\n",somma);

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Uscita da cicli annidati Per evitare di avere codice non strutturato e a

scapito di un po’ di efficienza si può scrivere:esci = NO;for (i=0; i<10 && esci==NO; i++)

for (j=0; j<10 && esci==NO; j++){ scanf("%d", &v);if (v == 0)esci = SI;

else somma += v;

}printf("Somma = %d\n",somma);

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Etichette Una label (etichetta) viene usata per dare un

nome ad una riga, viene in genere posizionata all’inizio della riga stessa senza indentazione ed è terminata da un carattere ‘:’, esempio:fuori:

Tutte le label devono avere nomi diversi (stesse regole sintattiche degli identificatori)

Una label è visibile solo dall’interno della funzione dove è definita

Una label non può essere l’ultima istruzione di un blocco, se necessario farla seguire da un ;

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Salti Un “salto” fa continuare l’esecuzione di un

programma da un altro punto del codice Il salto incondizionato in C si ha per mezzo

dell’istruzione goto Sintassi:goto label; label senza il carattere ‘:’Quando viene eseguita, il programma salta alla riga con quella label e continua da lì

Una label può essere collocata in una riga precedente o successiva quella con la goto

Una label può essere usata da più goto Non si può saltare dentro ad una funzione (le

etichette sono visibili solo dentro la funzione)

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Salti L’utilizzo di goto produce sempre codice non

strutturato e quindi potenzialmente (ma non necessariamente) più difficile da comprendere e da manutenere

In particolare, i maggiori problemi sono dovuti al fatto che la goto permette: di saltare in avanti e indietro nel codice, rendendolo

molto intricato e quindi difficile da seguire nel controllo del flusso (“spaghetti code”)

di entrare in una stessa sezione di codice da punti diversi (entry point), tipicamente per sfruttare una parte di codice di un blocco più ampio per non doverlo riscrivere

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Salti I vecchi linguaggi di programmazione non

disponevano di costrutti strutturati e l’uso del goto era indispensabile

Se il linguaggio dispone di adeguati costrutti strutturati si può sempre evitare di usare le goto. Il linguaggio C ha questi costrutti.

In pochi casi la goto può essere utile per questioni di efficienza e chiarezza: per uscire da cicli annidati per uscire da un ciclo contenente uno switch (dove

il break farebbe uscire solo dallo switch) Si eviti l’istruzione goto in tutti gli altri casi

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Salti La liceità di utilizzo dell’istruzione di salto

incondizionato è oggetto di diatribe, con autorevoli sostenitori di entrambe le parti (Dijkstra/contrario, Knuth/a favore)

Con la goto sono “condannati” anche gli altri pseudo-salti, sebbene controllati: break, continue e return/exit multipli

Alcuni linguaggi moderni (es. Java) non hanno goto, ma dispongono di costrutti aggiuntivi (es. break con etichetta) proprio per uscire da cicli annidati

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Salti Quando si usa una goto per uscire da due o

più cicli annidati, è buona norma collocare l’etichetta subito sotto il corpo del ciclo più esterno (senza istruzioni intermedie) ed è preferibile che sia allineata verticalmente con la keyword del ciclo più esterno da cui uscire

Allineati verticalmentefor (… {

}fuori:

for (…{ … if (condizione speciale)

}goto fuori;…

Etichetta subito sotto il corpo del ciclo più esterno

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Esercizi1. Scrivere un programma che calcoli la media

(con parte frazionaria) di 100 valori interi introdotti dalla tastiera.

2. Scrivere un programma che chieda quanti siano i valori che verranno introdotti dalla tastiera, li chieda tutti e ne stampi la somma e la media.

3. Scrivere un programma che calcoli la media di tutti i valori introdotti dalla tastiera finché non ne viene introdotto uno non compreso tra 18 e 30, ad esempio 9999 (provare proprio questo valore!). La visualizzazione della media deve avvenire solo alla fine (ossia non ogni volta che un valore viene introdotto).

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Esercizi4. Scrivere un programma che richieda N numeri

da tastiera e ne calcoli il valore massimo.5. Scrivere un programma che richieda N numeri

da tastiera e ne calcoli il valore massimo, il valore minimo, la somma e la media.

6. Si scriva un programma che calcoli il fattoriale di un numero intero N dato dalla tastiera. Si ricordi che il fattoriale di un numero n (simbolo n!) viene calcolato con la seguente formula:

n! = n ·(n–1)·(n–2)· ... ·2 ·1.

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Esercizi7. Scrivere un programma che calcola i primi N

numeri di Fibonacci, con N introdotto dalla tastiera. I numeri di Fibonacci sono una sequenza di valori interi che inizia con i due valori fissi 1 e 1 e ogni successivo valore è la somma dei due precedenti. Ad esempio i primi 10 numeri di Fibonacci sono: 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55.

8. Scrivere un programma che calcoli i primi numeri di Fibonacci minori o uguali a N, con N introdotto dalla tastiera. Ad esempio i primi numeri di Fibonacci minori o uguali a 10 sono: 1 1 2 3 5 8.

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Esercizi9. Si scriva un programma per calcolare ex

mediante il suo sviluppo in serie:

Ogni frazione aggiunge precisione al risultato, per cui conviene usare valori di n adeguatamente elevati, ad esempio compresi tra 30 e 40. Si verifichi che i risultati calcolati in questo modo siano coerenti con quelli forniti dalla funzione intrinseca expcalcolando la differenza dei valori.

...!3!2!1

1e32

++++=xxxx

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Esercizi10. Si scriva un programma dove il calcolatore

determini casualmente un numero intero compreso tra 0 e 99 e chieda all’utente di trovare il numero stesso. Ad ogni input dell’utente il calcolatore risponde con “troppo alto” o “troppo basso”, finché non viene trovato il valore corretto. Per generare valori casuali si utilizza la funzione rand.

11. Si scriva un programma per calcolare la radice quadrata mediante la formulaiterativa di Newton:

+=+

iii x

Axx21

1

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Esercizi(Continuazione)

Dato il valore A, se ne vuole calcolare la radice quadrata x. La formula data calcola valori di x sempre più precisi.Inizialmente si considera x i=0 = A, ricavando un valore x1 che approssima molto grossolanamente il valore della radice quadrata.Si riinserisce x1 nella formula (al posto di xi) ottenendo un x2 che è un’approssimazione migliore della precedente.Si continua in questo modo finché il risultato non varia più (cioè xi = xi +1).