hue07 December 9, 2016

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1 hue07 December 9, 2016 YOUR ANSWER HERE 1 Abgabehinweise Beachten Sie unbedingt diese Hinweise, sonst erhalten Sie keine Punkte aus dieser Abgabe! Für Details siehe z.b. Folien der nullten Zentralübung 1.1 Namen und Matrikelnummern Tragen Sie Ihre Matrikelnummern und -Adressen zeilenweise in die Zelle oberhalb dieser Zelle ein. Achten Sie dabei streng auf die Formatierung, denn die Auswertung erfolgt automatisch. Benutzen Sie keine Leerzeilen. Zwischen Matrikelnummer und -Adresse muss genau ein Leerzeichen stehen; sonst keine Leerzeichen, Tabs, Spiegelstriche, oder ähnliches in einer Zeile. Wir empfehlen dringend die Benutzung der Uni-Paderborn -Adressen! Format: MatrikelNummer -Adresse MatrikelNummer2 -Adresse2 z.b.: teststudent@mail.upb.de teststudent2@mail.upb.de vorname.nachname@mail.upb.de Hinweis: Das sieht nicht nach separaten Zeilen aus, wenn Sie die Markdownzelle anzeigen lassen. Das ist egal; wichtig ist Formatierung der Eingabe. 1.2 Abgabe mit Gruppenaccount Die Abgabe muss mit Ihrem Gruppenaccount erfolgen (gp1_16_... ), den Sie in der Präsenzübung erhalten haben! Abgaben, die über Ihren Einzelaccount erfolgen, werden ignoriert. 1.3 Abgabe: Submit Es reicht nicht, nur das Übungsblatt zu verändern. Sie müssen unter Assignments auf Submit clicken (oder entsprechend über die Kommandozeile), für das entsprechende Übungsblatt! (Wenn Sie Blatt 7 abgeben wolllen hilft es nicht, bei Blatt 1 auf Submit zu drücken!) Für Details siehe Beschreibung Abgabeprozess. 1

2 1.4 Dateinamen Geben Sie Ihre Lösung in der vom Server erhaltenen Datei hue07.ipynb ab (nicht umbenennen, keine Kopie erstellen, keine anderen Dateien in das Verzeichnis legen, auch nicht Dateiname hue7.ipynb!). Sonst kann eine Bewertung nicht stattfinden. 1.5 Struktur des Notebooks Fügen Sie keine Zellen hinzu und löschen Sie keine Zellen. Ändern Sie nicht den Typ einer Zelle. Geben Sie Lösungen nur in den Lösungszellen ab. Änderungen in den anderen Zellen werden nach Abgabe automatisch rückgängig gemacht. 1.6 Code-Zellen Entfernen Sie die Zeilen mit Inhalt aus den Zellen, in die Sie Ihre Lösungen schreiben. Ersetzen Sie diese Zeilen durch Ihre eigene Lösungen. 1.7 Nie input Benutzen Sie niemals die Funktion input(). Das verhindert die automatische Auswertung Ihrer Abgabe und führt zu 0 Punkten für das gesamte Blatt! 1.8 Kommentare Kommentieren Sie Code-Abgaben! Insbesondere muss jede Funktion (Klasse, Methode,... ) einen docstring haben! Bei fehlendem docstring werden automatisch Punkte abgezogen! 2 Abgabetermin: um 23:59 Uhr 3 Aufgabe 1: String-API Diese Aufgabe lässt sich eventuell einfacher mithilfe der Python-Dokumentation lösen: a) Schreiben Sie eine Funktion s_verbinder(l,z), welche eine Liste mit Strings l zu einem einzigen String verbindet und diesen zurückgibt, wobei zwischen die einzelnen Listenelemente jeweils das der Funktion übergebene Zeichen z eingefügt werden soll. Behandeln Sie Randfälle (leere Liste, leeres Zeichen) sinnvoll (siehe Tests)! In [ ]: def s_verbinder(l,z): assert(s_verbinder(['1','2','3','4'], '-') == ' ') assert(s_verbinder(['a','b','c','d'], '') == 'abcd') assert(s_verbinder([], '') == '') assert(s_verbinder([], 'x') == '') 2

3 3.2 b) Schreiben Sie eine Funktion s_suche(s1,s2), welche den niedrigsten Index zurückgibt, bei dem der String s2 in s1 auftaucht. Ist s2 nicht in s1 enthalten, soll die Funktion -1 zurückgeben. Behandeln Sie Randfälle (siehe Tests, insbesondere Suche nach leerem String) sinnvoll! In [ ]: def s_suche(s1,s2): assert(s_suche('grundlagen der Programmierung', 'der') == 11) assert(s_suche('grundlagen der Programmierung', 'r') == 1) assert(s_suche('', 'P') == -1) assert(s_suche('grundlagen der Programmierung', 'X') == -1) assert(s_suche('grundlagen der Programmierung', '') == 0) 3.3 c) Schreiben Sie eine Funktion split_3(s), welche einen string s an dem ersten Index i aufteilt, an welcher ein Punkt (. ) vorkommt. Es soll ein Triple (s_links, i, s_rechts) zurückgegeben werden, wobei s_links der Teilstring von s ist, welcher alle Zeichen links von s[i] enthält und s_rechts der Teilstring von s ist, welcher alle Zeichen rechts von s[i] enthält. Falls der übergebene String keinen Punkt enthält, soll ein leeres Tupel zurückgegeben werden. In [ ]: def split_3(s): assert(split_3('dies ist ein Satz. Dies ist noch ein Satz.') == ('Dies ist assert(split_3('ein Satz ohne Punkt') == ()) 4 Aufgabe 2: Objektorientierung Betrachten Sie für diese Aufgabe die gegebene Klasse Patient. In [ ]: class Patient: Realisiert einen Patienten Klassenvariable, die die Anzahl der erstellten Patienten zählen soll anz_patienten = 0 def init (self, name, alter, privat_patient): Konstruktor Args: name: Name des Patienten (str) alter: Alter des Patienten (int) 3

4 privat_patient: True, falls der Patient ein Privatpatient ist, self.name = name self.alter = alter self.privat_patient = privat_patient def get_name(self): Liefert den Namen des Patienten Returns: str Name des Patienten return self.name def get_alter(s): Liefert das Alter des Patienten Returns: int Alter des Patienten return s.alter def is_privat_patient(self): Liefert True, falls der Patient ein Privatpatient ist, ansonsten Returns: bool True, falls der Patient ein Privatpatient ist, ansonsten F return self.privat_patient def eq (self, p): Vergleicht den Patient self mit dem Patient p auf Basis ihrer At return self.name == p.name and self.alter == p.alter 4.1 a) Erläutern Sie zunächst den Unterschied der Operationen == und is anhand der Klasse Patient. Was passiert, wenn zwei Objekte der Klasse Patient miteinander verglichen werden? YOUR ANSWER HERE Weisen Sie dann den beiden gegebenen Variablen p1 und p2 Objekte der Klasse Patient zu, sodass p1 == p2 gilt, jedoch nicht p1 is p2. In [ ]: p1 = None # None durch entsprechende Belegung ersetzen! p2 = None # None durch entsprechende Belegung ersetzen! assert(isinstance(p1, Patient)) 4

5 assert(isinstance(p2, Patient)) assert(p1 == p2) assert(not p2 is p1) 4.2 b) Wie Sie sehen, heißt der erste Parameter der Methode get_alter() nicht self. Würde das folgende Programm einen Fehler erzeugen? Wenn ja, an welcher Stelle und warum; wenn nein, erklären Sie warum nicht? p1 = Patient("Max Meier", 26, False) print(p1.get_alter()) Hinweis: Ein simples Copy-Paste einer Fehlermeldung reicht für eine Beschreibung des Fehlers nicht aus. YOUR ANSWER HERE 4.3 c) Angenommen, die obige Klasse Patient würde nicht die oben definierte Methode init enthalten. Würde das folgende Programm einen Fehler erzeugen? Wenn ja, an welcher Stelle und warum; wenn nein, erklären Sie warum nicht? p1 = Patient() print(p1.get_name()) Hinweis: Ein simples Copy-Paste einer Fehlermeldung reicht für eine Beschreibung des Fehlers nicht aus. YOUR ANSWER HERE 5 Aufgabe 3: Vektoren In dieser Aufgabe sollen Sie eine Klasse Vector implementieren. Diese soll Objekte in Anlehnung an mathematische Vektoren repräsentieren. Ein Vektor v besteht (in dieser Aufgabe) aus n einzelnen Zahlen, also v = (v 0,..., v n 1 ). Die Dimension n kann hier eine beliebige Zahl aus den natürlichen Zahlen N = {1, 2, 3,...} sein. Die Klasse Vector soll für ein Objekt v = (v 0,..., v n 1 ) die folgenden (Objekt-)Methoden bereitstellen: - Einen Konstruktor, welcher über optionale Parameter verfügt: die Dimension n und eine Liste von Integers vec. Falls beide Parameter angegeben sind, können Sie davon ausgehen, dass n == len(vec) gilt. - setitem (v, i, val): Ersetzt das Element v i des Vektors v mit dem Wert val. Sie können davon ausgehen, dass i immer kleiner als die Dimension des Vektors ist. - getitem (v, i): Gibt das Element v i des Vektors v zurück. Falls i größer oder gleich der Dimension n des Vektors ist, so soll None zurückgegeben werden. Sobald Sie die Methoden setitem (v, i, val) und getitem (v, i) implementiert haben, sollten Sie auf die einzelnen Vektorelemente mittels Indizierung zugreifen können (siehe Tests). Sie können dies für die Implementierung der folgenden Methoden benutzen: add(v, a): Verändert den Vektor v = (v 0,..., v n 1 ) indem der übergebene Vektor a = (a 0,..., a n 1 ) zu v addiert wird. 5

6 difference(v, a): Subtrahiert den Vektor a = (a 0,..., a n 1 ) von dem Vektor v = (v 0,..., v n 1 ) und liefert das Ergebnis als neuen Vektor s = (v 0 a 0,..., v n 1 a n 1 ) zurück. Die beiden Vektoren v und a sollen dabei nicht verändert werden. dot(v, w): Berechnet das Vektorprodukt von Vektor v = (v 0,..., v n 1 ) und dem übergebenen Vektor w = (w 0,..., w n 1 ) und liefert das Ergebnis ( n 1 i=0 v i w i ) zurück. norm(v): Berechnet die Norm ( zurück. n 1 i=0 v2 i ) des Vektors v = (v 0,..., v n 1 ) und liefert diese Für die Methoden add, difference und dot können Sie davon ausgehen, dass beide Vektoren immer dieselbe Länge haben. Es ist Ihnen selbstverständlich erlaubt, zusätzliche Hilfsmethoden (wie z.b. str ) zu implementieren, um Ihren Code besser auf Fehler überprüfen zu können. In [ ]: class Vector: # Konstruktor-Test: v0 = Vector(n=2) assert(v0[0] == 0) # Zugriff hier mittels Indizierung! assert(v0[1] == 0) v1 = Vector(n=2, vec=[1,2]) assert(v1[0] == 1) assert(v1[1] == 2) assert(v1[2] == None) v2 = Vector(vec=[1,2]) assert(v2[0] == 1) assert(v2[1] == 2) # Ersetze ein Element von v2: v2[0] = 2 assert(v2[0] == 2) a = Vector(vec = [1, 2, 3]) b = Vector(vec = [3, 4, 5]) a.add(b) # Addiere b zu a assert(a[0] == 4) assert(a[1] == 6) assert(a[2] == 8) # b unverändert: assert(b[0] == 3) assert(b[1] == 4) assert(b[2] == 5) 6

7 a = Vector(vec = [1, 2, 3]) b = Vector(vec = [3, 4, 5]) s = a.difference(b) # Berechne die Differenz a-b und speichere den neuen Ve assert(s[0] == -2) assert(s[1] == -2) assert(s[2] == -2) # a, b unverändert: assert(a[0] == 1) assert(a[1] == 2) assert(a[2] == 3) assert(b[0] == 3) assert(b[1] == 4) assert(b[2] == 5) a = Vector(vec = [1, 2, 3]) b = Vector(vec = [3, 4, 5]) dot = a.dot(b) # Berechne das Vektorprodukt und speichere dies in dot assert(dot == 26) # a, b unverändert: assert(a[0] == 1) assert(a[1] == 2) assert(a[2] == 3) assert(b[0] == 3) assert(b[1] == 4) assert(b[2] == 5) a = Vector(vec = [1, 2, 3]) norm = a.norm() # Berechne die Norm und speichere diese in norm assert(norm == (14**0.5)) # a unverändert: assert(a[0] == 1) assert(a[1] == 2) assert(a[2] == 3) 6 Aufgabe 4: PAUL In dieser Aufgabe sollen Sie eine einfache Version von PAUL implementieren. Das System soll aus 3 Klassen bestehen: Student, Vorlesung und Paul. Die Klasse Student ist Ihnen bereits gegeben (siehe untere Codezelle). Ihre Aufgabe ist nun, die Klassen Vorlesung und Paul zu vervollständigen. Die Anforderungen an die Klassen sowie Tests sind in den jeweiligen Teilaufgaben gegeben. 7

8 In [ ]: class Student: Diese Klasse modelliert einen Studenten mit Attributen mat_nr und na 6.1 a) def init (self, mat_nr, name): Konstruktor Args: mat_nr: Matrikelnummer des Studenten (int) name: Name des Studenten (str) self.mat_nr = mat_nr self.name = name def get_mat_nr(self): Get-Methode für das Matrikelnummer-Attribut Returns: int Matrikelnummer des Studenten return self.mat_nr def get_name(self): Get-Methode für das Name-Attribut Returns: str Namen des Studenten return self.name def str (self): String-Repräsentation eines Studenten Returns: str Matrikelnummer und name des Studenten return str(self.mat_nr) + " " + self.name Erstellen Sie eine Klasse Vorlesung, welche über die folgenden Methoden verfügt: Einen Kontruktor, welcher die ID der Vorlesung (int), sowie den Namen der Vorlesung (str) übergeben bekommt. get_id: Gibt die ID der Vorlesung zurück. get_name: Gibt den Namen der Vorlesung zurück. add_student: Registriert den übergebenen Studenten in der Vorlesung. has_student: Gibt True zurück, falls sich ein Student mit der übergebenen Matrikelnummer in der Vorlesung registriert hat, ansonsten False. Sie dürfen davon ausgehen, dass sich 8

9 jeder Student nur einmal für ein und dieselbe Vorlesung registriert. add_grade: Setzt die Note des Studenten mit der übergebenen Matrikelnummer auf die übergebene Note. Sollte der Student bereits eine Note haben, so wird diese überschrieben. Wenn der Student nicht in der Vorlesung registriert ist, soll keine Aktion ausgeführt werden. get_grade: Liefert die Note für diese Vorlesung, welche der Student mit der übergebenen Matrikelnummer erhalten hat. Falls die Matrikelnummer nicht in der Vorlesung registriert ist, soll -1 zurückgegeben werden. Ist der Student zwar registriert, hat aber noch keine Note erhalten, wird None zurückgegeben. In [ ]: class Vorlesung: # Erstelle Studenten: studenten = [Student( , "Ralf B"), Student( , "Jessica W"), Stu Student( , "Andrea B"), Student( , "Sebastian A"), # Erstelle Vorlesung: gp1 = Vorlesung(1, "Grundlagen der Programmierung 1") assert(gp1.get_id() == 1) assert(gp1.get_name() == "Grundlagen der Programmierung 1") # Füge Studenten zur Vorlesung hinzu: for s in studenten: gp1.add_student(s.get_mat_nr()) for s in studenten: assert(gp1.has_student(s.get_mat_nr())) # Verteile Noten: gp1.add_grade(studenten[0].get_mat_nr(), 1.0) gp1.add_grade(studenten[1].get_mat_nr(), 1.3) gp1.add_grade(studenten[2].get_mat_nr(), 3.0) gp1.add_grade(studenten[3].get_mat_nr(), 2.7) gp1.add_grade(studenten[4].get_mat_nr(), 1.3) assert(gp1.get_grade(studenten[0].get_mat_nr()) == 1.0) assert(gp1.get_grade(studenten[1].get_mat_nr()) == 1.3) assert(gp1.get_grade(studenten[2].get_mat_nr()) == 3.0) assert(gp1.get_grade(studenten[3].get_mat_nr()) == 2.7) assert(gp1.get_grade(studenten[4].get_mat_nr()) == 1.3) assert(gp1.get_grade(studenten[5].get_mat_nr()) == None) # hat noch keine N # Ein nicht in der Vorlesung registrierter Student will eine Note haben: gp1.add_grade( , 1.0) assert(gp1.get_grade( ) == -1) # Matrikelnummer nicht im Kurs vorhand 9

10 6.2 b) Ergänzen Sie nun die Klasse PAUL, welche über die folgenden Methoden verfügt: - add_vorlesung: Erstellt eine neue Vorlesung mit dem übergebenen Namen im System und liefert die ID der Vorlesung zurück. Die ID der Vorlesung ist gleich der Anzahl der bisherigen Aufrufe von add_vorlesung + 1, d.h. beim ersten Aufruf wird die ID 1 zurückgegeben (siehe Tests). - add_student: Erstellt einen neuen Studenten mit dem übergebenen Namen im System und liefert dessen Matrikelnummer zurück. Die Matrikelnummer des Studenten ist gleich der Anzahl der bisherigen Aufrufe von add_student + 1, d.h. beim ersten Aufruf wird die Matrikelnummer 1 zurückgegeben (siehe Tests). - registriere_in_vorlesung: Fügt den Studenten mit der übergebenen Matrikelnummer der Vorlesung mit der übergebenen ID hinzu. Sie können davon ausgehen, dass registriere_student_in_vorlesung niemals mehrfach für ein Paar (matr_nr, v_id) aufgerufen wird. - get_studenten_in_vorlesung: Liefert eine Liste, welche alle Matrikelnummern enthält, die in der Vorlesung mit der übergebenen ID registriert sind. Falls das System keine Vorlesung mit der übergebenen ID enthält, soll None zurückgegeben werden. - get_vorlesung: Liefert die Vorlesung mit der übergebenen ID als Objekt der Klasse Vorlesung. Ist keine solche Vorlesung im System gespeichert, soll None zurückgegeben werden. - get_student: Liefert den Studenten mit der übergebenen Matrikelnummer als Objekt der Klasse Student. Ist kein solcher Student im System gespeichert, soll None zurückgegeben werden. - get_grades_for_student: Liefert ein Dictionary mit allen Vorlesungen, in welcher der übergebene Student registriert ist und die entsprechenden Noten, die der Student für die Vorlesung erhalten hat. Eine beispielhafte Anwendung können Sie an den gegebenen Tests ablesen. In [ ]: class Paul: # Erstelle System: paul = Paul() # Füge Vorlesungen und Studenten hinzu: gp1_id = paul.add_vorlesung("grundlagen der Programmierung 1") mod_id = paul.add_vorlesung("modellierung") assert(gp1_id == 1) assert(mod_id == 2) matrikelnummern = [paul.add_student("ralf B"),paul.add_student("Jessica W" assert(matrikelnummern[0] == 1 and matrikelnummern[1] == 2 and matrikelnumm assert(paul.get_student(matrikelnummern[0]).get_name() == 'Ralf B') assert(paul.get_student(matrikelnummern[1]).get_name() == 'Jessica W') assert(paul.get_student(matrikelnummern[2]).get_name() == 'Philipp K') # Registriere Studenten in Vorlesung: paul.registriere_in_vorlesung(matrikelnummern[0], 1) paul.registriere_in_vorlesung(matrikelnummern[1], 1) paul.registriere_in_vorlesung(matrikelnummern[2], 1) 10

11 paul.registriere_in_vorlesung(matrikelnummern[0], 2) paul.registriere_in_vorlesung(matrikelnummern[1], 2) paul.registriere_in_vorlesung(matrikelnummern[2], 2) assert(1 in paul.get_studenten_in_vorlesung(1)) assert(2 in paul.get_studenten_in_vorlesung(1)) assert(3 in paul.get_studenten_in_vorlesung(1)) assert(1 in paul.get_studenten_in_vorlesung(2)) assert(2 in paul.get_studenten_in_vorlesung(2)) assert(3 in paul.get_studenten_in_vorlesung(2)) # Füge Noten hinzu: paul.get_vorlesung(1).add_grade(matrikelnummern[0], 3.0) paul.get_vorlesung(1).add_grade(matrikelnummern[1], 1.3) paul.get_vorlesung(1).add_grade(matrikelnummern[2], 2.0) paul.get_vorlesung(2).add_grade(matrikelnummern[0], 5.0) paul.get_vorlesung(2).add_grade(matrikelnummern[1], 2.3) assert(paul.get_grades_for_student(matrikelnummern[0]) == {'Grundlagen der assert(paul.get_grades_for_student(matrikelnummern[1]) == {'Grundlagen der assert(paul.get_grades_for_student(matrikelnummern[2]) == {'Grundlagen der # Alle Dokumentationen vorhanden? # Aufgabe 1 assert(s_verbinder. doc!= None) assert(s_suche. doc!= None) assert(split_3. doc!= None) # Aufgabe 3 assert(vector. doc!= None) assert(vector. init. doc!= None) assert(vector. setitem. doc!= None) assert(vector. getitem. doc!= None) assert(vector.add. doc!= None) assert(vector.difference. doc!= None) assert(vector.dot. doc!= None) assert(vector.norm. doc!= None) # Aufgabe 4 assert(vorlesung. doc!= None) assert(vorlesung. init. doc!= None) assert(vorlesung.get_id. doc!= None) assert(vorlesung.get_name. doc!= None) assert(vorlesung.add_student. doc!= None) 11

12 assert(vorlesung.has_student. doc!= None) assert(vorlesung.add_grade. doc!= None) assert(vorlesung.get_grade. doc!= None) assert(paul. doc!= None) assert(paul.add_vorlesung. doc!= None) assert(paul.add_student. doc!= None) assert(paul.registriere_in_vorlesung. doc!= None) assert(paul.get_studenten_in_vorlesung. doc!= None) assert(paul.get_vorlesung. doc!= None) assert(paul.get_grades_for_student. doc!= None) 12