Labor Software-Entwicklung 1

Transkript

1 Fakultät für Technik STUDIENGANG MEDIZINTECHNIK Labor Software-Entwicklung Vorbereitungsaufgaben zu Versuch 2 C-Programmierung Mathematische Berechnungen Wintersemester 205/206 Seite von 5

2 Vorbemerkungen Literatur Sie können gerne Literatur und Bücher zur Programmierung in C verwenden und mit in das Labor bringen. Insbesondere das Nachschlagewerk C Die Programmiersprache C. Ein Nachschlagewerk, Regionales Rechenzentrum für Niedersachsen / Leibnitz Universität Hannover (RRZN) ist inklusive handschriftlicher Ergänzungen sowohl im Labor als auch in der Prüfung als Hilfsmittel zugelassen. Was Sie bereits gelernt haben Sie sollten vertraut und geübt sein im Umgang mit der graphischen Darstellung von Algorithmen durch Programmablaufpläne, mit den Datentypen zur Darstellung natürlicher und ganzer Zahlen in der Programmiersprache C, mit der Definition und Initialisierung von Variablen in der Programmiersprache C, mit dem Zuweisungsoperator und den mathematischen Operatoren, mit den Betriebssystemfunktionen zur Eingabe und Ausgabe, mit der Blockanweisung, den Schleifen und den Auswahlanweisungen der Programmiersprache C. Allgemeine Vorbereitung Wiederholen Sie die neuen Inhalte der Vorlesung und machen Sie sich vertraut mit dem Umgang mit den Datentypen float und double mit der Deklaration und dem Aufruf von Funktionen und Unterprogrammen, mit Funktionsparametern und Rückgabewerten mit der mathematischen Bibliothek <math.h>. und mit der Standard-Bibliothek <stdlib.h> im speziellen mit der Erzeugung von Zufallszahlen Lesen Sie weiterhin die Hinweise auf der Internetseite des Labors. Hinweise zu den Vorbereitungsaufgaben Die Bearbeitung der Vorbereitungsaufgaben sowie die Teilnahme an den Softwarelaboren dienen Ihrem persönlichen Einstieg in das Programmieren mit der Programmiersprache C. Hierbei ist die selbstständige Bearbeitung der jeweiligen Aufgaben eine wichtige Prüfungsvorbereitung. Versuchen Sie nicht, diese Vorbereitung durch Nachschlagen der Lösungen im Internet oder Abschreiben abzukürzen. Spätestens in der Prüfung werden Sie sich darüber freuen können, dass Sie die Aufgaben selbst gelöst haben. Die Lösungen der Vorbereitungsaufgaben sind zum Labortermin in handschriftlicher Form vorzulegen; pflegen Sie hierfür einen Ordner/Schnellhefter. Insbesondere werden Programmablaufpläne, die mit anderen Hilfsmitteln als Papier, Stift und Lineal angefertigt wurden, nicht akzeptiert. Programmablaufpläne sollen Algorithmen unabhängig von einer Programmiersprache veranschaulichen und keinen C Code enthalten. Beachten Sie etwaige Rahmenbedingungen. Labor Software-Entwicklung Vorbereitungsaufgaben zu Versuch 2 Seite 2 von 5

3 Vorbereitungsaufgabe : Die mathematische Bibliothek <math.h> Lesen Sie sich im RRZN-Handbuch C Die Programmiersprache C. Ein Nachschlagewerk die Seiten über die mathematische Bibliothek <math.h> durch. Informieren Sie sich, welche mathematischen Funktionen diese Bibliothek bereitstellt. Sie können hierfür alternativ auch ein anderes C-Buch Ihrer Wahl verwenden. Vorbereitungsaufgabe 2: Abstand zweier Punkte in der Ebene a) Entwerfen Sie den Programmablaufplan für einen Algorithmus, welcher zunächst die vier Koordinaten zweier Punkte (x, y ) und (x 2, y 2 ) von der Tastatur einliest und dann die Entfernung zwischen diesen beiden Punkten in der Euklidischen Ebene ausrechnet und ausgibt. (x,y) (x2,y2) b) Schreiben Sie eine C-Funktion, die als Parameter die vier Koordinaten zweier Punkte (x, y ) und (x 2, y 2 ) bekommt und die dann die Entfernung zwischen diesen beiden Punkten in der Euklidischen Ebene ausrechnet und zurückgibt. c) Die main Funktion soll die Koordinaten der Punkte von der Tastatur einlesen und dann Ihre Funktion aufrufen und anschließend das Ergebnis auf dem Bildschirm ausgeben. Es soll möglich sein, Koordinaten mit Nachkommastellen einzugeben. Hinweis: Ihre Arbeits-Ergebnisse der Teilaufgaben b) und c) sollten zum Labortermin in digitaler Form, bestenfalls als MS-VS203-Projekt, vorliegen. Labor Software-Entwicklung Vorbereitungsaufgaben zu Versuch 2 Seite 3 von 5

4 Vorbereitungsaufgabe 3: Innerhalb oder außerhalb des Kreises? a) Entwerfen Sie den Programmablaufplan für ein Unterprogramm, welches von der Tastatur die zwei Koordinaten eines Punktes (x, y) einliest und dann bestimmt, ob sich dieser Punkt innerhalb oder außerhalb des Kreises mit Radius um den Nullpunkt, oder genau auf dessen Rand befindet. Liegt der Punkt innerhalb, dann soll das Unterprogramm den Wert - zurückgeben. Liegt der Punkt genau auf dem Rand, dann soll das Unterprogramm den Wert 0 zurückgeben. Liegt der der Punkt außerhalb, dann soll das Unterprogramm den Wert + zurückgeben. (x,y) b) Entwerfen Sie dann den Programmablaufplan für einen Algorithmus, der das obige Unterprogramm 000 mal aufruft und anschließend die drei Summen ausgibt, wie viele der Punkte innerhalb des Kreises liegen, wie viele außerhalb, und wie viele genau auf dem Rand. Vorbereitungsaufgabe 4: Ein Näherungswert für eine unendliche Summe In der Mathematik werden oft Summen definiert, die aus einer Folge von unendlich vielen Summanden bestehen, aber trotzdem einen definierten endlichen Wert als Ergebnis haben. Betrachten Sie das folgende Beispiel: Computer bzw. Programme können dazu genutzt werden, um einen möglichst guten Näherungswert für einen solchen Summenwert zu berechnen, indem nur die ersten n Summanden der Folge addiert werden. a) Entwerfen Sie den Programmablaufplan für einen Algorithmus, der eine natürliche Zahl n von der Tastatur einliest und dann die Summe f(n) der ersten n Summanden der obigen Folge berechnet. 4 9 Die einzelnen Summanden werden im Verlaufe der Berechnung immer kleiner, d.h. die berechnete Zwischensumme ändert sich in jedem Schritt immer weniger. Ihr erster Algorithmus hat nach einer festen Schrittzahl n mit der Berechnung aufgehört. Eine andere Möglichkeit ist, den Wert der Folge solange zu berechnen, bis eine bestimmte Genauigkeit e erreicht ist. Labor Software-Entwicklung Vorbereitungsaufgaben zu Versuch 2 Seite 4 von 5

5 b) Entwerfen Sie den Programmablaufplan für einen zweiten Algorithmus, der zunächst eine Zahl e von der Tastatur einliest und dann solange die Summanden der obigen Folge addiert, bis die Differenz von zwei aufeinander folgenden Zwischensummen kleiner als e ist. Die Berechnung soll also dann enden, wenn gilt:. Vorbereitungsaufgabe 5: Zufallszahlen Schreiben Sie jeweils ein Programm, welches dem Benutzer a) 0 Zufallszahlen (int) 0 und RAND_MAX b) 0.0 Zufallszahlen (double) zwischen 0.0 und.0 untereinander auf den Bildschirm druckt. Tipp : Zur Erzeugung von Zufallszahlen kann die Standard-Bibliothek verwendet werden. Die Einbindung in Ihr C-Programm erfolgt mittels: #include <stdlib.h> In dieser Bibliothek ist eine Integer-Konstante RAND_MAX definiert sowie eine Funktion int rand(void); die als Return-Wert eine zufällige ganze Zahl zwischen 0 und RAND_MAX liefert. Tipp 2: Eine Zufallszahl zwischen Null und Eins können Sie sich damit dann z.b. wie folgt erzeugen: int izufallszahl; double fkoordinate; izufallszahl = rand(); /* ganze Zufallszahl zwischen 0 und RAND_MAX */ fkoordinate = (double) rand() / (double) RAND_MAX; /* gebrochene Zufallszahl zwischen 0 und */ Überlegen Sie sich zunächst, warum die obige Zeile auch wirklich eine Zufallszahl im Bereich zwischen 0 und liefert. Labor Software-Entwicklung Vorbereitungsaufgaben zu Versuch 2 Seite 5 von 5