hue08 December 16, 2016

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1 hue08 December 16, 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: Wenn Sie das so in die obere Zelle eingeben, wird in der ausgeführten Markdownzelle (Strg+Enter) alles in einer Zeile angezeigt. 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 8 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 hue08.ipynb ab (nicht umbenennen, keine Kopie erstellen, keine anderen Dateien in das Verzeichnis legen, auch nicht Dateiname hue8.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 raise NotImplementedError() 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 sinnvollen docstring haben! Bei fehlendem docstring werden automatisch Punkte abgezogen! 2 Abgabetermin: um 23:59 Uhr 3 Aufgabe 1: Vererbung Für diese Aufgabe betrachten Sie den Code in der nachfolgenden Code-Zelle. In [ ]: class A: def init (self, x, y): self.x = x self.y = y def to_string(self): return "x, y = (" + str(self.x) + ", " + str(self.y) + ")" def str (self): return self.to_string() class B(A): def init (self, z, *args): A. init (self, *args) self.z = z 2

3 def str (self): return super(). str () class C(A): def init (self, *args): super(). init (*args) def to_string(self): return "Klasse C, " + super().to_string() 3.1 a) Nennen Sie die beiden Möglichkeiten, den Konstruktor einer Oberklasse aufzurufen und argumentieren Sie anhand von DRY, welche der beiden Möglichkeiten sinnvoller erscheint. YOUR ANSWER HERE 3.2 b) Warum kann man im Konstruktor der Klasse B den Aufruf A. init (self, *args) nicht zu A. init (*args) vereinfachen? In der Klasse C kann man schließlich auch den Konstruktor von A ohne die Angabe des Parameters self fehlerfrei durchführen. YOUR ANSWER HERE 3.3 c) Verwenden Sie in der nachfolgenden Code-Zelle die eingebaute Funktion isinstance, um zu überprüfen, ob die Objekte, welche von den Variablen a, b und c referenziert werden, Instanzen der obigen Klassen A, B und C sind. Geben Sie das Ergebnis (True oder False) jedes einzelnen Aufrufs mittles print aus (Sie erhalten 9 Ausgaben, für jede mögliche Kombination von Objekt und Klasse eine). In [ ]: a = A(1,2) b = B(1,2,3) c = C(4,5) # YOUR CODE HERE raise NotImplementedError() 3

4 3.4 d) Betrachten Sie nochmals die Objekte aus der vorherigen Code-Zelle. Geben Sie für die beiden folgenden Befehle an, welche Methoden der Klassen A, B oder C in welcher Reihenfolge aufgerufen werden. 1. print(b) 2. print(c) Beispielsweise soll dies für die Anweisung b = B(1,2,3) in dem folgenden Format geschehen: b = B(1,2,3) B. init A. init YOUR ANSWER HERE 4 Aufgabe 2: Löschen in einem binären Suchbaum In dieser Aufgabe sollen Sie die Operation remove() der Klasse BinaryTree aus der Vorlesung implementieren. 4.1 a) Beantworten Sie zunächst die folgenden Fragen: 1. Bevor Sie den Knoten mit dem zu löschenden Schlüssel aus dem Baum entfernen können, müssen Sie diesen zunächst einmal (mittels eines rekursiven Algorithmus) suchen. Welche Zustandsinformationen müssen Sie sich in den rekursiven Aufrufen des Suchalgorithmus merken? 2. Nehmen Sie an, Sie kennen bereits den Knoten, welcher den zu löschenden Schlüssel enthält. Zwischen welchen drei Fällen müssen Sie beim Entfernen dieses Knotens aus dem Baum unterscheiden? 3. Es gibt einen Knoten, dessen Löschung eine Sonderbehandlung erfordert (unabhängig, welcher der drei obigen Fälle vorliegt). Welcher Knoten ist das? Begründung! YOUR ANSWER HERE 4.2 b) Implementieren Sie nun die Methode remove(self, key) in der unten angegebenen Klasse BinaryTree, sodass sich nach Ablauf der Methode der übergebene Schlüssel nicht mehr im Baum befindet. Beachten Sie dabei, dass der Baum auch noch sortiert sein muss, nachdem der Schlüssel aus dem Baum entfernt wurde. Sie dürfen dabei annehmen, dass der zu löschende Schlüssel im Baum vorhanden ist, unter der Bedingung, dass der Baum nicht leer ist. Tipp: Zunächst einmal müssen Sie Knoten mit dem zu löschenden Schlüssel im Baum finden. Überlegen Sie sich dann eine geschickte Variante, um Schlüssel, deren Knoten zwei Kindknoten haben, ohne unnötiges Verschieben von Knotenreferenzen zu löschen. Hinweis: Es ist Ihnen nicht erlaubt, die Methoden der Klassen TreeNode und BinaryTree zu ändern! Beachten Sie außerdem, dass die Lösung dieser Aufgabe im Vergleich zu bisherigen Lösungen auf anderen Übungsblättern um einiges länger ausfällt. Sie dürfen selbstverständlich Hilfsmethoden (z.b. _search) schreiben, um Ihre Lösung etwas strukturierter zu machen. In [ ]: class TreeNode: Knoten eines Binärbaums 4

5 def init (self, key, val): Konstruktor Args: key: Schlüssel des Knotens (int) val: Datenelement des Knotens (object) self.key = key self.value = val self.left_child = None self.right_child = None def is_leaf(self): Liefert True, falls dieser Knoten ein Blattknoten ist. Returns: bool Wenn dieser Knoten keine Kindknoten hat return ((self.left_child is None) and (self.right_child is None)) class BinaryTree: Der Binäre Suchbaum aus der Vorlesung def init (self): Konstruktor self.root = None self.size = 0 def add(self, key, value): Füge einen Eintrag unter key an die richtige Stelle ein Args: key: Der einzufügende Schlüssel (int) value: Der zum Schlüssel zugehörige Wert (object) if self.root is None: # Baum ist leer, wir erzeugen den ersten Eintrag self.root = TreeNode(key, value) else: # Versuche, den Eintrag unter dem Knoten self.root einzufuegen self._add(key, value, self.root) self.size += 1 def _add(self, key, value, current_node): Hilfsmethode für add if key < current_node.key: # fuege im linken Teil ein 5

6 if current_node.left_child is None: # hier muss der neue Knoten hin! current_node.left_child = TreeNode(key, value) else: # es gibt schon Kinder, suche dort weiter: self._add(key, value, current_node.left_child) elif key > current_node.key: # der Fall ist ganz symmetrisch if current_node.right_child is None: current_node.right_child = TreeNode(key, value) else: self._add(key, value, current_node.right_child) else: # wenn key schon existiert: aktualisiere Wert current_node.value = value def iterate(self): Traversiere den Baum 'preorder'. Returns: list Eine Liste, welche die besuchten Schlüssel in preorder Rei if self.root == None: return [] return self._iterate(self.root, []) def _iterate(self, node, visited): Hilfsmethode für iterate visited.append(node.key) if node.left_child!= None: self._iterate(node.left_child, visited) if node.right_child!= None: self._iterate(node.right_child, visited) return visited # YOUR CODE HERE raise NotImplementedError() # Erzeuge Baum: t = BinaryTree() # Teste Löschversuch für leeren Baum: t.remove(1) assert(t.size == 0) t.add(2, "value") t.add(7, "value") t.add(5, "value") 6

7 t.add(1, "value") t.add(6, "value") t.add(9, "value") t.add(3, "value") t.add(11,"value") t.add(4, "value") assert(t.iterate() == [2, 1, 7, 5, 3, 4, 6, 9, 11]) # Lösche Elemente: t.remove(11) assert(t.iterate() == [2, 1, 7, 5, 3, 4, 6, 9]) t.remove(2) assert(t.iterate() == [1, 7, 5, 3, 4, 6, 9]) # Erzeuge Baum: t = BinaryTree() t.add(2, "value") t.add(7, "value") t.add(5, "value") t.add(1, "value") t.add(0, "value") t.add(6, "value") t.add(9, "value") t.add(3, "value") t.add(11,"value") t.add(4, "value") assert(t.iterate() == [2, 1, 0, 7, 5, 3, 4, 6, 9, 11]) # Lösche Elemente: t.remove(9) assert(t.iterate() == [2, 1, 0, 7, 5, 3, 4, 6, 11]) t.remove(0) assert(t.iterate() == [2, 1, 7, 5, 3, 4, 6, 11]) # Erzeuge Baum: t = BinaryTree() t.add(2, "value") t.add(1, "value") t.add(7, "value") t.add(4, "value") t.add(6, "value") t.add(5, "value") t.add(3, "value") t.add(9, "value") t.add(11,"value") 7

8 assert(t.iterate() == [2, 1, 7, 4, 3, 6, 5, 9, 11]) # Lösche Elemente: t.remove(7) assert(t.iterate() == [2, 1, 6, 4, 3, 5, 9, 11]) t.remove(2) assert(t.iterate() == [1, 6, 4, 3, 5, 9, 11]) 5 Aufgabe 3: Arztpraxis Gegeben ist die Klasse Patient (in komplexerer Form bereits bekannt aus Hausübungsblatt 7). Stellen Sie sich vor, Sie arbeiten in einer Arztpraxis und sollen ein System zur Verwaltung der Patienten im Wartezimmer implementieren. Das System soll Patienten, die in die Praxis kommen, ins Wartezimmer verweisen. Im Büro des Arztes darf sich maximal ein Patient gleichzeitig befinden (der Patient, der gerade vom Arzt behandelt wird). Sobald das Büro des Arztes wieder frei wird (d.h. die Behandlung abgeschlossen ist), kann nun ein Patient im Wartezimmer aufgerufen und in das Büro des Arztes gebeten werden. Für jeden Aufruf wird immer der Patient gewählt, der die längste Zeit im Wartezimmer verbracht hat. In [ ]: class Patient: Modelliert einen Patienten in einfacher Form def init (self, name, alter): Konstruktor Args: name: Name des Patienten (str) alter: Alter des patienten (int) self.name = name self.alter = alter def get_name(self): Gibt den Namen des Patienten zurück Returns: str Name des Patienten return self.name def get_alter(s): Gibt das Alter des Patienten zurück Returns: str Alter des Patienten return s.alter 8

9 def str (self): Packt die Informationen zu diesem Patient in einen String Returns: str Patienteninfos return "Name: " + self.name + ", Alter: " + str(self.alter) a) Implementieren Sie eine Klasse Arztpraxis, welche die folgenden Methoden bereitstellt: - Einen Konstruktor, welcher die Arztpraxis initialisiert. Zu Beginn ist das Wartezimmer leer und im Büro des Arztes befindet sich kein Patient. - betrete_praxis(self, p): Der gegebene Patient p betritt die Praxis und wird in das Wartezimmer gebeten. - naechster_patient_zum_arzt(self): Entfernt den Patienten aus dem Wartezimmer, welcher die längste Zeit dort verbracht hat, schickt diesen zum Arzt und gibt diesen zurück. Falls das Wartezimmer leer ist oder sich noch ein Patient in Behandlung befindet, werden keine Aktionen ausgeführt und lediglich None zurückgegeben. - beim_arzt(self): Gibt den Patienten zurück, welcher sich gerade beim Arzt befindet. Falls sich gerade kein Patient beim Arzt befindet, wird None zurückgegeben. - behandlung_abgeschlossen(self): Der Patient, der sich aktuell in Behandlung befindet, verlässt die Praxis, sodass das Zimmer des Arztes nun wieder leer ist. In [ ]: # YOUR CODE HERE raise NotImplementedError() praxis = Arztpraxis() patienten = [Patient("Max M", 26), Patient("Ulrike Eustermann", 13), Patien # Patienten betreten die Praxis: praxis.betrete_praxis(patienten[0]) praxis.betrete_praxis(patienten[1]) praxis.betrete_praxis(patienten[2]) assert(praxis.beim_arzt() == None) # Rufe Patienten auf: praxis.naechster_patient_zum_arzt() assert(praxis.beim_arzt() == patienten[0]) praxis.behandlung_abgeschlossen() assert(praxis.beim_arzt() == None) # Rufe nächsten Patienten auf: praxis.naechster_patient_zum_arzt() assert(praxis.beim_arzt() == patienten[1]) 9

10 Unsere Arztpraxis soll nun zwischen Kassen- und Privatpatienten unterscheiden: - Für Privatpatienten soll zusätzlich zu deren Namen und Alter auch noch die Anschrift (als String) gespeichert werden. - Privatpatienten werden von der Praxis bevorzugt behandelt, d.h. für die Auswahl des als nächstes zu behandelden Patienten wird immer erst geprüft, ob sich ein Privatpatient im Wartezimmer befindet. Ist dies der Fall, so wird dieser den Kassenpatienten vorgezogen, unabhängig von der Zeit, die er im Wartezimmer verbracht hat. - Falls sich mehrere Privatpatienten im Wartezimmer befinden, so wird der sich am längsten im Wartezimmer befindliche Privatpatient als nächstes aufgerufen. 5.1 b) Erweitern Sie zunächst mittels Vererbung die Klasse Patient zu einer Klasse Privatpatient, welche über ein Attribut anschrift sowie eine Methode get_anschrift(self) verfügt. Überschreiben Sie auch die Methode str (self), sodass die Tests korrekt laufen. In [ ]: # YOUR CODE HERE raise NotImplementedError() p = Privatpatient("Flotowstr. 52", "Daniela L", 28) assert(isinstance(p, Patient)) assert(isinstance(p, Privatpatient)) assert(p. str () == "<Privatpatient> Name: Daniela L, Alter: 28 Anschrift 5.2 c) Erweitern Sie nun mittels Vererbung Ihre Klasse Arztpraxis aus Aufgabenteil a) zu einer Klasse Arztpraxisunfair, sodass diese nun Privatpatienten wie oben beschrieben bevorzugt behandelt. In [ ]: # YOUR CODE HERE raise NotImplementedError() praxis = Arztpraxisunfair() patienten = [Patient("Max M", 26), Patient("Ulrike E", 13), Patient("Michae Privatpatient("Flotowstr. 52", "Daniela L", 28), Privatpatient # Patienten betreten die Praxis: praxis.betrete_praxis(patienten[0]) praxis.betrete_praxis(patienten[1]) praxis.betrete_praxis(patienten[2]) praxis.betrete_praxis(patienten[3]) praxis.betrete_praxis(patienten[4]) assert(praxis.beim_arzt() == None) # Rufe Patienten auf: praxis.naechster_patient_zum_arzt() assert(praxis.beim_arzt() == patienten[3]) 10

11 praxis.behandlung_abgeschlossen() assert(praxis.beim_arzt() == None) # Rufe nächsten Patienten auf: praxis.naechster_patient_zum_arzt() assert(praxis.beim_arzt() == patienten[4]) praxis.behandlung_abgeschlossen() assert(praxis.beim_arzt() == None) # Rufe nächsten Patienten auf: praxis.naechster_patient_zum_arzt() assert(praxis.beim_arzt() == patienten[0]) # Alle Dokumentationen vorhanden? l = [] # Aufgabe 2: l.append(("binarytree", "remove")) # Aufgabe 3 l.append(("arztpraxis", "betrete_praxis")) l.append(("arztpraxis", "naechster_patient_zum_arzt")) l.append(("arztpraxis", "beim_arzt")) l.append(("arztpraxis", "behandlung_abgeschlossen")) l.append(("privatpatient", " init ")) l.append(("privatpatient", "get_anschrift")) l.append(("privatpatient", " str ")) l.append(("arztpraxisunfair", "betrete_praxis")) l.append(("arztpraxisunfair", "naechster_patient_zum_arzt")) l.append(("arztpraxisunfair", "beim_arzt")) l.append(("arztpraxisunfair", "behandlung_abgeschlossen")) for a in l: try: attr = getattr(eval(a[0]), a[1]) assert(attr. doc!= None) print(attr. doc!= None, "-->", a[0] + "." + a[1]) except AttributeError: print("not Implemented", "-->", a[0] + "." + a[1]) except AssertionError: print(attr. doc!= None, "-->", a[0] + "." + a[1]) 11