El diseño algorítmico

Frente a cada problema, el primer paso es idear un algoritmo para su solución y expresarlo por escrito, por ejemplo, en español, pero adaptando el lenguaje humano a formas lógicas que se acerquen a las tareas que puede realizar una computadora. En programación, el lenguaje artificial e informal que usan los desarrolladores en la confección de algoritmos recibe el nombre de pseudocódigo. Es la herramienta que utilizamos para describir los algoritmos mezclando el lenguaje común con instrucciones de programación. No es en sí mismo un lenguaje de programación, es decir, la computadora no es capaz de entenderlo, sino que el objetivo del mismo es que el programador se centre en la solución lógica y luego lo utilice como guía al escribir el programa. En este tutorial no vamos a estar presentando ejemplos de escritura con pseudocódigo. Sin embargo, tenemos que tener en claro que antes de intentar programar, es importante pensar con anticipación el algoritmo, es decir, todos los pasos para llegar a la solución y anotarlos en papel y birome mientras ideamos una estrategia puede ser una gran ayuda.

Codificación

Un algoritmo presentado en pseudocódigo podría utilizar términos tomados del lenguaje español, una opción razonable para compartir esta estrategia entre personas que se comuniquen con este idioma. Claramente, si queremos presentarle nuestro algoritmo a alguien que sólo habla francés, el español ya no sería una buena elección y mucho menos si queremos presentarle el algoritmo a una computadora. Para que una computadora pueda entender nuestro algoritmo, debemos traducirlo en un lenguaje de programación, que, como dijimos antes, es un idioma artificial diseñado para expresar cómputos que puedan ser llevados a cabo por equipos electrónicos, es decir es un medio de comunicación entre el humano y la máquina.

Cada una de las acciones que componen al algoritmo son codificadas con una o varias instrucciones, expresadas en el lenguaje de programación elegido, y el conjunto de todas ellas constituye un programa. La codificación del programa se guarda en un archivo de texto plano con un identificador generalmente dividido en dos partes por un punto, por ejemplo: mi_primer_programa.R. La primera parte es el nombre del archivo. La segunda parte es indicativa del lenguaje que puede interpretar las instrucciones, por ejemplo, .R indica que contiene un programa escrito en el lenguaje R. El proceso general de escribir o modificar las instrucciones en un archivo se denomina edición.

Organización de RStudio

Cuando se abre RStudio se pueden visualizar cuatro paneles:

Captura de pantalla de RStudio

• A la izquierda:

  • Arriba está el editor de archivos. Es el lugar donde escribiremos y editaremos nuestros programas, para luego guardarlos. La primera vez que se abre RStudio después de su instalación puede ser que este panel no esté presente, pero aparece si vamos a File > New File > R Script, con el atajo Ctrl + Shift + N o haciendo clic en el primer ícono de la barra de herramientas. Podemos abrir varios archivos a la vez.
  • Abajo está la consola. La consola es el ambiente interactivo entre R y el usuario. A través de ella se envían las instrucciones a R para que las evalúe (también decimos, que las ejecute o corra) y se visualizan los resultados.

• Arriba a la derecha hay un panel con algunas pestañas:

  • Environment (ambiente): muestra los elementos creados en la sesión de trabajo presente, que conforman al ambiente o entorno.
  • History (historial): lista todas las instrucciones que el usuario ha ejecutado.
  • Otras más que no nos interesan por ahora.

• Abajo a la derecha hay otro panel con más pestañas:

  • Files: explorador de archivos de la computadora.
  • Plots: ventana donde aparecen los gráficos si es que nuestro código produce alguno.
  • Packages: herramienta de instalación, actualización y carga de los paquetes de R (más adelante mencionaremos esto de los “paquetes” otra vez).
  • Help: manual de ayuda sobre todas las funciones de R.
  • Viewer: espacio para ver salidas de los programas con algún componente dinámico o interactivo.

Uso de la consola

Podemos usar la consola de R que encontramos en el panel de la izquierda para introducir allí nuestras instrucciones y al hacer Enter serán evaluadas, produciendo algún resultado. Por ejemplo, podemos hacer algunos cálculos matemáticos como dividir, multiplicar, sumar, restar, calcular potencias, logaritmos, raíces y mucho más:

> 1 + 2
[1] 3
> 5 * 3
[1] 15
> exp(2)
[1] 7.389056
> sqrt(100)
[1] 10
> 1 / 0
[1] Inf
> (2 + 3i) * (3 + 6i)
[1] -12+21i
> 1i ^ 2
[1] -1+0i

En el cuadro anterior las líneas que comienzan con > representan código escrito por el usuario en la consola. El resultado se muestra debajo y en estos casos son líneas que empiezan con [1], algo que por el momento podemos ignorar.

Si bien podemos escribir nuestras instrucciones en la consola y dar Enter para que se ejecuten, en general queremos que queden escritas y guardadas en el archivo de código, por eso vamos a escribir nuestros programas en el panel de arriba a la izquierda. Una vez que escribimos una instrucción en el script, podemos correrla (es decir, enviarla a la consola para que se ejecute) haciendo clic en el ícono Run o con el atajo Ctrl + Enter. De esta forma, se corre la línea en la cual está el cursor o las líneas que hayamos seleccionado.

En todo lenguaje de programación existe un caracter especial que, al ser colocado al comienzo de una línea de código, le indica al software que dicha línea no debe ser evaluada. Esto se utiliza para incluir comentarios, es decir, líneas que expresan en español explicaciones o aclaraciones para nosotros mismos u otros que puedan utilizar nuestro código. También se utiliza para añadir encabezados con descripciones sobre el script, o indicar distintas secciones o partes en el programa. En R, este caracter especial es el símbolo numera (#). Si corremos líneas que empiezan con #, R no hará nada con ellas, las salteará. Por ejemplo

> 5^1
[1] 5
> # 5^2    esto no se evalúa
> 5^3
[1] 125

Diseño del sistema R

R se divide en dos partes:

• La base (R Base), que se instala cuando descargamos el programa desde CRAN (“Comprehensive R Archive Network”). Contiene, entre otras cosas, una serie de herramientas básicas y fundamentales de R.

• Paquetes adicionales. Un paquete es un conjunto de archivos que se descarga de forma opcional desde CRAN u otros repositorios y que sirven para hacer alguna tarea especial. Por ejemplo, para poder jugar con Karel deberemos instalar el paquete que contiene su implementación, llamado karel.

Como dijimos antes, en la pestaña Packages del panel de abajo a la derecha tiene el listado de todos los paquetes que ya están instalados (muchos vienen con R Base). Allí también hay un botón para instalar nuevos desde CRAN, aunque otra opción es correr la instrucción install.packages("nombredelpaquete"):

> # Instalar desde CRAN el paquete karel
> install.packages("karel")

También es posible instalar paquetes publicados en otros repositorios. Por ejemplo, es muy común descargar paquetes en desarrollo o en experimentación que estén disponibles en la plataforma Github. Estos paquetes se instalan especificando el nombre de la cuenta de Github de quien lo haya publicado y el nombre del paquete. Si queremos instalar la versión en desarrollo del paquete karel (no es necesario) deberíamos hacer:

> # Instalar desde CRAN el paquete devtools
> install.packages("devtools")
> # Instalar desde GitHub el paquete karel
> devtools::install_github("ropensci/karel")

Un paquete se instala una sola vez, pero cada vez que lo queramos usar debemos cargarlo para que las herramientas que trae queden a nuestra disposición. Eso se hace con la instrucción library("nombredelpaquete"), por ejemplo, library("karel").