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Abstração

Abstração é o ato de representar recursos essenciais sem incluir os detalhes ou explicações do plano de fundo. No domínio da ciência da computação e engenharia de software, o princípio de abstração é usado para reduzir a complexidade e permitir o design e a implementação eficiente de sistemas de software complexos.

Abstração é um processo, uma estratégia e o resultado da redução de detalhes de forma a focar em conceitos relevantes para o entendimento e solução de problemas.

A abstração é um dos princípios mais importantes na engenharia de software orientada a objetos e está intimamente relacionada a vários outros conceitos importantes, incluindo encapsulamento, herança e polimorfismo.

A abstração é aplicada no processo de identificação de artefatos de software (objetos) para modelar o domínio do problema. É o processo de reduzir esses objetos à sua essência, de modo que apenas os elementos necessários sejam representados.

Abstração define um objeto em termos de suas propriedades, funcionalidade e interface (meios de comunicação com outros objetos).

O processo de abstração também pode ser chamado de modelagem e está intimamente relacionado aos conceitos de teoria e design. Os modelos também podem ser considerados tipos de abstrações por sua generalização de aspectos da realidade.

"A essência das abstrações é preservar informações relevantes em um determinado contexto e esquecer informações irrelevantes nesse contexto."

— John V. Guttag

Uma forma central de abstração na computação é a abstração de linguagem: novas linguagens artificiais são desenvolvidas para expressar aspectos específicos de um sistema. Linguagens de modelagem ajudam no planejamento de um Software por exemplo.

Um exemplo desse processo de abstração é o desenvolvimento geracional de linguagens de programação: da linguagem de máquina para a linguagem assembly e a linguagem de alto nível. Cada estágio pode ser usado como uma escadaria para o próximo estágio. A abstração da linguagem continua, por exemplo, nas linguagens de script e nas linguagens de programação específicas de domínio.

A computação opera principalmente independentemente do mundo concreto. O hardware implementa um modelo de computação que é intercambiável com outros. O software é estruturado em arquiteturas para permitir que os humanos criem sistemas enormes, concentrando-se em alguns problemas de cada vez. Essas arquiteturas são feitas de escolhas específicas de abstrações.

A figura acima representa as camadas de abstração existentes em um Computador (Software + Hardware)

Dentro de uma linguagem de programação, alguns recursos permitem ao programador criar novas abstrações. Isso inclui sub-rotinas, módulos, polimorfismo e componentes de software. Algumas outras abstrações, como padrões de design de software e estilos arquitetônicos operam no design de um sistema.

Algumas abstrações são projetadas para interagir com outras abstrações - por exemplo, uma linguagem de programação pode conter uma interface de função externa para fazer chamadas para uma linguagem de nível inferior.

Abstração e Decomposição através de Funções

Decomposição: É uma maneira de estruturar o código, colocá-lo em módulos que fazem sentido por si próprios. Módulos que possam ser utilizados em múltiplos casos, que são capazes de isolar componentes do processo.

Abstração: Nos permite suprimir detalhes. Nos permite esconder as especificações de um determinado cálculo e tratá-las como uma "caixa-preta"

A "caixa-preta" é capaz de receber inputs e através de um "contrato" obtemos um output, sem necessariamente precisarmos saber o que há dentro dessa "caixa misteriosa".

Um mecanismo muito importante que nos permite atingir Abstração e Decomposição são as Funções.

As Funções permitem:

• Dividir nosso código em módulos
• Suprimir detalhes
• Criar novos "primitivos" que podem ser reaproveitados

Computando Raíz Quadrada

Vejamos um exemplo de como podemos definir uma função em Python capaz de computar a raíz quadrada.

def sqrt(x):
    """
    Retorna a raíz quadrada de x, se x for um quadrado perfeito
    Caso contrário imprime um erro e retorna None
    """
    resposta = 0
    if x >= 0:
        while resposta * resposta < x: 
            resposta += 1
        if resposta * resposta != x:
            print(f'{x} não é um quadrado perfeito')
            return None
        else:
            print(f'Raiz quadrade de {x} = {resposta}')
            return resposta
    else:
        print(f'{x} é um número negativo')
        return None

Definimos uma função chamada de sqrt() que recebe um parâmetro x. Para que possamos utilizar essa função, em outras palavras, invocá-la, precisamos chamá-la pelo seu nome e passar a ela um argumento, nesse caso, um número que desejamos computar a raíz quadrada. Vejamos exemplos.

sqrt(16)
sqrt(-3)
sqrt(7)

Imediatamente nos será retornado:

Raiz quadrade de 16 = 4
-3 é um número negativo
7 não é um quadrado perfeito

Essa invocação conecta x ao valores 16, -3 e 7. Essa "conexão" é local, em outras palavras, só existe nos confinamentos desse procedimento(Função), assim como a variável que definimos como o nome resposta, ela também é local.

Essas "conexões locais" não afetam as variáveis globais na linguagem Python.

De forma a compreendermos essa ideia, consideremos a função f():

def f(x):
    x += 2
    return x

Vamos então definir uma variável x e invocar a função f() para testarmos:

x = 3
print(f(x))
print(x)

Nos será retornado:

5
3

Veja que a função nos retornou o resultado 5 e o valor 3 foi preservado. Também é possível armazenarmos o resultado em uma variável:

z = f(x)
print(z)

O código acima irá nos trazer como output o valor 5.

Determinando se uma palavra é Palíndromo

Definindo uma função Recursiva para sabermos se uma palavra é palíndromo:

Um palíndromo é uma palavra, frase ou qualquer outra sequência de unidades (como uma cadeia de ADN; Enzima de restrição) que tenha a propriedade de poder ser lida tanto da direita para a esquerda como da esquerda para a direita. Num palíndromo, normalmente são desconsiderados os sinais ortográficos (diacríticos ou de pontuação), assim como o espaços entre palavras

A palavra "palíndromo" vem das palavras gregas palin (πάλιν (πάλι, no grego moderno) "para trás, novamente") e dromos (δρόμος, "caminho, rua") - que corre em sentido inverso.

def palindromo(string):
    """
    Retorna True se a string for palíndromo
    Caso contrário retorna False
    """
    if len(string) <= 1:
        return True
    else:
        return string[0] == string[-1] and palindromo(string[1:-1])

Vamos então testar se a função palindromo() é capaz de operar corretamente

abba = palindromo('abba')
python = palindromo('python')

print(abba,python)

Nos será retornado True para a palavra abba (que é palíndromo) e False para a palavra Python (que não é palíndromo). Através de uma simples definição, conseguimos estabelecer o cálculo para descobrir se uma palavra é ou não palíndromo, sem necessariamente termos que nos preocuparmos com os detalhes computacionais internos da Função/Procedimento.