Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 1

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1 Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 1 Aufgabe 1.1 (Einloggen/Ausloggen für Nutzer der UNIX-Workstations): Benutzen Sie das Ihnen zugeteilte Login, in dem Sie sich auf einer Workstation einloggen. (Benutzerkennung und Passwort eingeben). Ändern Sie Ihr Passwort mit dem Kommando passwd. Loggen Sie sich aus und unter Verwendung des neuen Passworts wieder ein. Aufgabe 1.2 (Arbeiten mit Verzeichnissen): Für Nutzer der Unix-Workstations: Stellen Sie den Pfad Ihres Home-Verzeichnisses mit dem Kommando pwd fest.legensie mit dem Kommando mkdir ein Unterverzeichnis java an. Legen Sie unterhalb des Verzeichnisses java ein Verzeichnis Blatt_1 an. Alle Programme des Übungsblattes1 sollten in dieses Verzeichnis gespeichert werden. Analoges gilt für die Übungsblätter 2-6. Benutzen Sie das Kommando cd zum Verzeichniswechsel. Für Nutzer der PC Arbeitsplätze: Öffnen Sie das DOS-Fenster. Wechseln Sie mit dem Kommando cd in das Verzeichnis USER. Legen Sie mit dem Kommando mkdir ein Verzeichnis <Nachname>\Blatt_1 an. Alle Programme des Übungsblattes1 sollten in dieses Verzeichnis gespeichert werden. Analoges gilt für die Übungsblätter 2-6. Aufgabe 1.3 (Arbeiten mit dem WWW-Browser und dem Source-Navigator): Machen Sie sich mit der Benutzung des WWW-Browsers bekannt und schauen Sie sich die Website an, die Informationen zum Programmierkurs enthält. Speichern Sie die Datei Wuerfel.java in Ihr Verzeichnis Blatt_1. Geben Sie das Kommando snavigator ein und machen Sie sich mit der Entwicklungsumgebung dieses Programms vertraut. Übersetzen Sie das Programm mit javac Wuerfel.java und führen Sie es mit dem Kommando java Wuerfel aus. Sehen Sie sich an, welche Dateien vom Compiler erzeugt wurden. Nehmen Sie (einzeln und nacheinander) kleine Änderungen am Programm vor, übersetzen Sie erneut und interpretieren Sie die ggf. vom Java-Compiler erzeugten Fehlermeldungen. Aufgabe 1.4 Schreiben Sie ein Java-Programm, welches folgende Variablen vom Typ float mit Werten versieht a = 3; b = -4; c =0,6; d= und die Ergebnisse der folgenden Ausdrücke (ohne zu kürzen) bestimmt. 6 a (i) (ii) (c+a)-c (iii) b (iv) (-b) 3 (v) a c a c b 4 mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

2 Aufgabe 1.5 Schreiben Sie ein Java-Programm, das die Oberfläche und das Volumen eines Quaders berechnet. Aufgabe 1.6 Schreiben Sie ein Java-Programm, das zwei einzugebende ganze Zahlen addiert, subtrahiert, multipliziert, dividiert, ganzzahlig dividiert und den Rest der ganzzahligen Division berechnet. Entwickeln und testen Sie das Programm schrittweise. Aufgabe 1.7 Schreiben Sie ein Java-Programm, das den Benutzer auffordert, seinen Namen einzugeben und ihn anschließend auf dem Bildschirm mit Willkommen zum Programmierkurs Herr/Frau <NAME> grüßt. Implementierungshinweis: Eingabe der Zeichenkette mit der Methode getstring() der Klasse stdin. Aufgabe 1.8 Schreiben Sie ein Programm, welches für die logischen Operationen Konjunktion, Disjunktion, Implikation und Äquivalenz die Wahrheitstabelle erzeugt / 12

3 Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 2 Aufgabe 2.1 Schreiben Sie ein Java-Programm, das zwei ganze Zahlen einliest und das Ergebnis der ganzzahligen Division der größeren durch die kleinere Zahl bestimmt. Aufgabe 2.2 Schreiben Sie ein Java-Programm, das von drei beliebigen ganzen Zahlen das Maximum bestimmt. Aufgabe 2.3 Schreiben Sie ein Java-Programm, das eine Jahreszahl einliest und bestimmt, ob es sich um ein Schaltjahr handelt. Ein Jahr ist ein Schaltjahr, wenn die Jahreszahl ganzzahlig durch 4, aber nicht durch 100 teilbar ist oder wenn die Jahreszahl ganzzahlig durch 400 teilbar ist. Aufgabe 2.4 Schreiben Sie ein Java-Programm, das feststellt, ob drei beliebige ganze Werte x, y, z die Seitenlängen eines gleichseitigen Dreiecks, eines gleichschenkligen Dreiecks, eines unregelmäßigen Dreiecks oder keines Dreiecks darstellen. Aufgabe 2.5 Schreiben Sie ein Java-Programm, das die Lage einer komplexen Zahl z = x+iy in der komplexen Zahlenebene bestimmt. Zu unterscheiden ist zwischen Nullpunkt, reeller und imaginärer Achse und den vier Quadranten. Aufgabe 2.6 Modifizieren Sie das Programm von Aufgabe 1.6 derart, dass der Anwender die Möglichkeit hat, die Rechenoperation, die ausgeführt werden soll, auszuwählen. Aufgabe 2.7 Ziffern werden im Morse-Alphabet durch jeweils 5 Zeichen folgendermaßen dargestellt: (a) (b) Schreiben Sie ein Java-Programm, das einen String einliest und falls es sich um eine Morse-Ziffer handelt den entsprechenden Dezimalwert ausgibt. Implementierungshinweise: Eingabe der Zeichenkette mit der Methode getstring() der Klasse stdin. Mit der Methode charat(int index) der Klasse String kann das Zeichen an der Stelle index in einem String ermittelt werden. Schreiben Sie ein Java-Programm, das eine Ziffer zwischen 0 und 9 einliest und den mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

4 entsprechenden Morse-Code bestimmt. Aufgabe 2.8 Schreiben Sie ein Java Programm zur Lösung der quadratischen Gleichung Unterscheiden Sie bei der Lösung der Aufgabe folgende Fälle: Triviale Lösung(a=0, b=0; c=0) Widerspruch (a=0, b=0, c 0) eine Lösung zwei reelle Lösungen zwei komplexe Lösungen ax 2 +bx+c=0. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

5 Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 3 Aufgabe 3.1 Schreiben Sie ein Java-Programm, das eine Folge von n ganzen Zahlen einliest und das Maximum dieser Zahlen bestimmt. Die Anzahl n ist dabei als erstes einzulesen. Aufgabe 3.2 Schreiben Sie ein Java-Programm, das eine Folge von n ganzen Zahlen einliest und den Mittelwert berechnet. Die Anzahl n ist dabei als erstes einzulesen. Aufgabe 3.3 Variieren Sie Aufgabe 3.1/3.2 derart, dass die Zahlenfolge durch ein vereinbartes Endekennzeichen abgeschlossen wird. Die Eingabe beginnt also sofort mit der Zahlenfolge. Aufgabe 3.4 Schreiben Sie ein Java-Programm, das das Kleine Einmaleins von 1 bis 10 in geeigneter Form anzeigt. Aufgabe 3.5 Schreiben Sie ein Java-Programm, das zunächst die Eingabe eines positiven int-wertes max und eines positiven int-wertes div erwartet. Anschließend soll das Programm alle Zahlen zwischen 0 und max, die sich ohne Rest durch div teilen lassen, bestimmen. Beispiel: Eingabe : max = 30 div = 9 Ausgabe: 0, 9, 18, 27 Aufgabe 3.6 Schreiben Sie ein Java-Programm, das eine Zeichenkette einliest und die Anzahl der darin vorkommenden Ziffernzeichen ermittelt. Beispiel: Eingabe: 12aAaVs 2 1 Ausgabe: 4 Die Länge der eingelesenen Zeichenkette str kannmithilfe der Methode length() ermittelt werden, z. B.: int laenge = str.length(); Die Methode charat(int index) der Klasse String ermittelt das Zeichen eines Strings str an der Stelle index, z.b.: char c = str.charat(i); Aufgabe 3.7 Schreiben Sie ein Java Programm, das ein Zeichen von der Konsole einliest, anschließend überprüft, ob es sich um einen Buchstaben handelt, und den Buchstaben sooft auf dem Bildschirm ausgibt, wie es seiner Position im Alphabet entspricht. Realisieren Sie das Programm viermal, und zwar mit Hilfe einer for-schleife, einer while-schleife, einer do-schleife und einer Endlos-Schleife (while (true)) und der break-anweisung. Beispiel: Eingabe: d (D) Ausgabe: dddd (DDDD) mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

6 Implementierungshinweise: Die Methode touppercase()der Klasse String wandelt eine Zeichenkette in Großbuch- staben bzw. die Methode tolowercase()in Kleinbuchstaben um. Mit dem Cast-Operator wird eine explizite Typumwandlung vorgenommen. Der Ausdruck (type)a wandelt den Ausdruck a in einen Ausdruck vom Type type um. (Bsp.: char c; int wert = (int)c;) Aufgabe 3.8 Schreiben Sie ein Java-Programm, welches das Muster eines Schachbretts erzeugt. Die Größe des Schachbretts soll eingelesen werden. Die schwarzen Felder sollen mit dem Wert 1, die weißen Felder mit dem Wert 0 belegt werden. Die Belegung beginnt in der oberen linken Ecke mit einem schwarzen Feld. Aufgabe 3.9 Schreiben Sie ein Java-Programm, das folgendes Dreieck anzeigt. Der Wert für n soll eingelesen werden nnnnnnnnnn... n Modifizieren Sie das Programm so, dass das Dreieck mit der Spitze nach unten angezeigt wird. Aufgabe 3.10 Schreiben Sie ein Java Programm, das zunächst die Eingabe eines int-wertes durchmesser erwartet. Überprüfen Sie die Eingabe. Liegt der Eingabewert zwischen 5 und 50 und ist es ein ungerader Wert, dann soll das Programm folgendes bewirken. Es soll eine Raute mit dem entsprechenden Durchmesser wie in den Beispielen ersichtlich ausgeben. Beispiel: Eingabe : 5 Eingabe: 7 Ausgabe:.. /#\ /#\ /###\ /###\.#####. /#####\ \###/.#######. \#/ \#####/. \###/ \#/. Aufgabe 3.11 Modifizieren Sie Aufgabe 2.6 derart, dass die Rechenoperationen wiederholt angeboten werden. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

7 Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 4 Aufgabe 4.1 Schreiben Sie ein Java Programm, das für eine Reihung von n ganzen Zahlen das Maximum und das Minimum ermittelt. Aufgabe 4.2 Schreiben Sie ein Java-Programm, das das Skalarprodukt zweier Vektoren bestimmt. Aufgabe 4.3 Schreiben Sie ein Java-Programm, das das Produkt zweier Matrizen bestimmt. Aufgabe 4.4 Ein elementares Sortierverfahren ist Bubble Sort (Sortieren durch direktes Vertauschen). Diesem Verfahren liegt folgende Sortieridee zugrunde: Eine Folge a 1,a 2,... a n wird für i=1,..., n-1 von links nach rechts durchmustert. Falls a i >a i+1, so werden die Elemente vertauscht. Die Durchmusterung wird solange wiederholt, bis keine Vertauschung mehr erforderlich ist. Schreiben Sie ein Java-Programm, das mit o. g. Sortieridee eine Folge von ganzen Zahlen aufsteigend ordnet. Aufgabe 4.5 Das Suchen von Daten in einer Reihung ist eine häufige Operation in Programmen. Das Ziel des Suchens ist, einen Eintrag zu finden, der mit dem Suchargument übereinstimmt. Liegen keine näheren Informationen über die Ordnung der Reihung vor, so muss der Array sequentiell durchlaufen werden. Wenn die zu durchsuchende Reihung sortiert ist, lässt sich die Suche beschleunigen und zwar durch das Prinzip Teile und Herrsche (divide and conquer). Prinzip: man bestimmt ein Mittelelement, wenn das Element der Mitte das gesuchte ist, kann die Suche beendet werden, andernfalls wird der Bereich links oder rechts der Mitte durchsucht, je nachdem, ob das Mittelelement zu groß oder zu klein war, existiert der betreffende Bereich nicht, liegt also das Mittelelement schon am Rande, so war die Suche erfolglos. Schreiben Sie jeweils für das sequentielle und binäre Suchen ein Java-Programm. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

8 Aufgabe 4.6 Eine quadratische Anordnung von n Zahlen heißt magisches Quadrat der Ordnung n, wenn das Quadrat die Zahlen 1 bis n 2 so enthält, dass die Summe aller Zeilen, aller Spalten und der beiden Diagonalen denselben Wert - magische Zahl genannt - hat. Ein Verfahren zur Bestimmung magischer Quadrate ungerader Ordnung stammt von DE LA LOU- BERE, der es 1687 aus China mitbrachte. Ausgehend von der Mitte der ersten Zeile geht man im Normalschritt jeweils ein Kästchen schräg nach oben rechts. Gelangt man an den oberen Rand, geht man in die unterste Zeile. Entsprechend springt man in die erste Spalte, wenn man den rechten Rand des Quadrats erreicht. In dem Fall, dass der Normalschritt auf ein schon besetztes Reihungselement führt oder außerhalb rechts oben und außen führt, so liegt das nächste Element unmittelbar senkrecht unter dem vorhergehenden. Schreiben Sie ein Java-Programm, das für ungerade n ein magisches Quadrat erzeugt. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

9 Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 5 Aufgabe 5.1 Implementieren Sie in Java folgende Prozeduren/Funktionen! (a) (b) (c) (d) (e) (f) eine Funktion betrag, die den Absolutbetrag einer als Parameter übergebenen ganzen Zahl ermittelt (Beispiel: betrag(-14)! 14), eine Funktion max, die das Maximum von drei als Parameter übergebenen ganzen Zahlen ermittelt (Beispiel: max(7,12,-2)! 12), eine Funktion prim, die testet, ob eine als Parameter übergebene natürliche Zahl eine Primzahl ist oder nicht (Beispiel: prim(7)! true), eine Prozedur swap, die die Werte zweier als Parameter übergebenen ganzen Zahlen vertauscht (Beispiel: a=3; b=5; swap(a,b)! a=5; b=3;), eine Funktion ggt, die den größten gemeinsamen Teiler zweier als Parameter übergebener natürlicher Zahlen liefert (Beispiel: ggt(8,12)! 4), eine Funktion kgv, die das kleinste gemeinsame Vielfache zweier als Parameter übergebener natürlicher Zahlen liefert (Beispiel: kgv(6, 8)!24). Schreiben Sie ein Rahmenprogramm, das einem Benutzer wiederholt eine Auswahl zur Ausführung der obigen Funktionen anbietet. Dabei soll das Rahmenprogramm die eingegebenen Werte auf Sinnfälligkeit überprüfen. Aufgabe 5.2 Implementieren Sie eine Funktion static int convert(int zahl),die als Parameter eine natürliche Zahl übergeben bekommt und die Zahl mit den Ziffern in umgekehrter Reihenfolge wieder zurückgibt. Geben Sie sowohl eine iterative als auch eine rekursive Lösung an. Aufgabe 5.3 Nach Fibonacci (alias Leonardo v. Pisa um 1200) benannt ist eine Folge, die induktiv wie folgt durch die Funktion F: N! N definiert ist: F(n) = n F( n 2) + F( n 1) 0 <= n <= 1 sonst Wie lauten die ersten 10 Fibonacci-Zahlen? Implementieren Sie eine Funktion static int fibo(int n),die die n-te Fibonacci Zahl berechnet. Geben Sie jeweils eine rekursive und iterative Lösung an. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

10 Aufgabe 5.4 Lösen Sie die folgenden Teilaufgaben und überprüfen Sie Ihre Ergebnisse in einem Testprogramm! Wählen Sie für die Prozeduren/Funktionen geeignete Bezeichner. (a) (b) (c) (d) (e) Implementieren Sie eine Funktion, die ein eindimensionales Array mit int-werten als Parameter übergeben bekommt und den Mittelwert als Funktionswert zurück gibt Implementieren Sie eine Funktion, die zwei gleichlange eindimensionale Arrays mit int- Werten übergeben bekommt und das Skalarprodukt dieser Arrays liefert. Implementieren Sie eine Prozedur/Funktion, die ein eindimensionales Array mit int- Werten als Parameter übergeben bekommt und den kleinsten und größten Wert des Arrays zurück gibt. Implementieren Sie eine Funktion, die als Parameter ein eindimensionales Array mit int- Werten übergeben bekommt und ein Array als Funktionswert liefert, in dem die einzelnen Werte des übergebenen Arrays in umgekehrter Reihenfolge gespeichert sind. Das übergebene Array darf nicht verändert werden! Implementieren Sie eine Prozedur, die als Parameter ein eindimensionales Array mit int- Werten übergeben bekommt und die Werte innerhalb des Arrays umdreht. Was ist der Unterschied zwischen Teilaufgabe (d) und (e)? / 12

11 Vorsemester Programmierkurs für Anfänger Übungsblatt 6 Schildkröten sind nicht besonders schlau. Eine besondere Art von Schildkröten kann sich lediglich in horizontaler und vertikaler Richtung bewegen, und das auch nur innerhalb eines quadratischen Reviers. Allerdings kann diese Schildkrötenart die Kommandos left, right, up und down befolgen. Steht die Schildkröte in der linken unteren Ecke ihres Reviers (z. B.5x5) so bewegt sie die Kommandofolge r, u, u, r, r, d, l, l, l, u dazu, den folgenden Weg zu gehen. Sollte ein Kommando der Schildkröte aus ihrem Revier herausführen, so ist sie verwirrt.. Sie bleibt einfach auf dem Feld stehen., au f dem sie sich befindet und wartet auf das nächste Kommando. Implementieren Sie in Java ein Schildkrötenprogramm. Eingabe ist ein Folge von Kommandos, ausgegeben werden soll die Anzahl der Besuche der Schildkröte auf den Feldern ihres Reviers. Beispiel Eingabe : Ausgabe: ruurrdlllu Dabei startet die Schildkröte immer in der unteren linken Ecke ihres Reviers. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12

12 Implementierungshinweise: public class TurtleT { // Datenattribute private int xpos; private int ypos; private int size; private int[][] revier; // Groesse des Reviers // Methoden public TurtleT() {... } public TurtleT(int n) {... } public void left() {... } public void right() {... } public void up() {... } public void down() {... } public void print() {... } } // Turtle Die Klasse hat zwei Konstruktormethoden, TurtleT() und TurtleT(int n). TurtleT(int n) konstruiert ein Schildkrötenrevier der Kantenlänge n, während TurtleT() ein Schildkötenrevier der Kantenlänge 5 festlegt. Die Methoden left(), right(), up(), down() lassen die Schildkröte eine entsprechende Bewegung ausführen. Die Methode print() gibt die Anzahl der Besuche auf den Feldern des Schildkrötenreviers in der oben beschriebenen Weise aus. Der Test der Klasse Turtle soll in einem Hauptmodul class TurtleMain erfolgen. mh@informatik.tu-cottbus.de / 12