Fortgeschrittene Programmiertechnik Klausur WS 2014/15 Angewandte Informatik Bachelor

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1 Fortgeschrittene Programmiertechnik Klausur WS 2014/15 Angewandte Informatik Bachelor Name Matrikelnummer Aufgabe Punkte Aufgabe Punkte Zwischensumme Summe 120 Note Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 1/11

2 Aufgabe 1 (6 Punkte) Beschreiben Sie mit einem Speicherbelegungsbild, was durch die main-methode geleistet wird. class Node { int data; Node left; Node right; Node(int x, Node l, Node r) { data = x; left = l; right = r public static void main(string[] a) { Node root = new Node(5, new Node(7,null,null), new Node(8,null,null)); root.right.left = new Node(3,null,null); Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 2/11

3 Aufgabe 2 (8 Punkte) Für Knoten einer linear verketteten Liste sei folgende Klasse definiert: class Node { Node next; int data; Node(Node n, int x) { next = n; data = x Die folgende Abbildung zeigt drei verschiedene Zustände einer linear verketteten List. first zeigt auf den ersten Knoten und last zeigt auf den letzten Knoten. a) Schreiben Sie eine Folge von Anweisungen, die die Liste von Zustand (1) in Zustand (2) überführt. Verwenden Sie keine Schleife und benutzen Sie nur die Variablen first und last. b) Schreiben Sie eine Folge von Anweisungen, die die Liste von Zustand (2) in Zustand (3) überführt. Verwenden Sie keine Schleife und benutzen Sie nur die Variable last. Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 3/11

4 Aufgabe 3 HeapSort (16 Punkte) Das 9-elementige Feld a = {1, 3, 2, 7, 5, 7, 8, 6, 9 wird mit HeapSort sortiert. Geben Sie an, wie sich dabei das Feld a ändert. Stellen Sie dabei das Feld als Heap graphisch der. Es genügt, wenn die Sortierphase abgebrochen wird, nachdem eine sortierte Teilfolge von 5 Zahlen entstanden ist. Geben Sie an, wie das Feld a nach Ihrem letzten Schritt aussieht. Wie lässt sich in diesem Beispiel sehen, dass HeapSort kein stabiles Sortierverfahren ist? Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 4/11

5 Aufgabe 4 Java-Collections (14 Punkte) Die Klasse NameCollection verwaltet eine Menge von Namen (Strings) und ordnet jedem Namen eine eindeutige Nummer (int-zahl) zu. Die Nummerierung der Namen beginnt bei 0 und ist lückenlos. Beispiel: Stuttgart! 0 Singen! 1 Konstanz! 2 Hamburg! 3 Die Methode add(n) fügt einen neuen Namen n hinzu. Ist der Name bereits vorhanden, wird false zurückgeliefert, sonst true. Die Methode getnr(n) liefert die eindeutige Nummer des Namens n zurück. Ist der Namen nicht vorhanden, wird -1 zurückgeliefert. Um eine hohe Effizienz der Methoden zu garantieren, soll als Datenstruktur die Java-Collection TreeMap benutzt werden. Vervollständigen Sie die folgende Klassendefinition und schreiben Sie eine main-methode, die "Stuttgart" und "Singen" einfügt und die Nummer von "Stuttgart" ausgibt. class NameCollection { boolean add(string n) { int getnr(string n) { public static void main(string[] args) { Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 5/11

6 Aufgabe 5 Komplexitätsanalyse (12 Punkte) Folgende statische, generische Methode soll untersucht werden: static <T> TreeSet<T> fun(treeset<t> s1, TreeSet<T> s2) { TreeSet<T> s = new TreeSet<T>(s1); for (T x : s2) s.remove(x); return s; a) Was leistet die Funktion fun? b) Schätzen Sie die Laufzeit T(n) (worst case) ab, wobei die beiden Mengen s1 und s2 jeweils n Elemente enthalten. c) Bei einer konkreten Laufzeitmessung ergibt sich für den Aufruf von fun(s1,s2) für Mengen der Größe n = eine CPU-Zeit von 10 msec. Mit welcher Laufzeit ist zu rechnen, wenn n um den Faktor 10 vergrößert wird? Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 6/11

7 Aufgabe 6 Binärer Suchbaum (16 Punkte) Gegeben ist ein Ausschnitt der in der Vorlesung besprochenen Klasse BinarySearchTree. Die Klasse soll nun so modifiziert werden, dass Elemente mehrfach vorkommen dürfen. Dazu wird die Bedingung für die Anordnung der Elemente in einem Baum wie folgt geändert: für jeden Knoten p müssen alle Elemente im linken Teilbaum von p kleiner oder gleich p.data sein und alle Elemente im rechten Teilbaum von p müssen größer als p.data sein. a) Fügen Sie in dem gegebenen Baum die Elemente 5, 3 und dann nochmals 5 ein. Das Element 5 muss dann dreifach vorkommen! b) Modifizieren Sie die Methode insertr so, dass mehrfaches Einfügen möglich wird. c) Modifizieren Sie die Methode contains(x) und containsr(x,p) so, dass die Anzahl der Vorkommen des Elements x zurückgeliefert wird. public class BinarySearchTree { private static class Node { int data; Node left; Node right; Node(int x) {data = x; left = null; right = null; private Node root = null; public void insert(int x) { root = insertr(x,root); private Node insertr(int x, Node p) { if (p == null) p = new Node(x); else if (x < p.data) p.left = insertr(x,p.left); else if (x > p.data) p.right = insertr(x,p.right); return p; public boolean contains(int x) { return containsr(x,root); private boolean containsr(int x, Node p) { if (p == null) return false; else if (x < p.data) return containsr(x,p.left); else if (x > p.data) return containsr(x,p.right); else return true; Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 7/11

8 Aufgabe 7 Subtyping (18 Punkte) Es sind die folgenden 5 Klassen definiert. Die Methode getanzspieler() der Klasse Spiel liefert die Anzahl der Spieler zurück, die in diesem Spiel mitspielen dürfen. abstract class Spiel { abstract int getanzspieler(); abstract class Brettspiel extends Spiel { abstract class Kartenspiel extends Spiel { class Skat extends Kartenspiel { int getanzspieler() {return 3; class Doppelkopf extends Kartenspiel { int getanzspieler() {return 4; a) Geben Sie für alle Typen alle direkten Untertypbeziehungen an. Berücksichtigen Sie dabei den Typ Object. b) Folgende Methode berechnet für eine Liste von Spielen die Anzahl der Spieler, die insgesamt mitspielen dürfen. static int getanzspieler(list<spiel> spieleliste) { int sum = 0; for (Spiel s : spieleliste) sum += s.getanzspieler(); return sum; Vom welchem Typ muss der Parameter spieleliste sein, damit ein Aufruf dieser Methode korrekt typisiert ist? Geben Sie in folgender Tabelle für jeden Typ an, ob er korrekt ist ( + ) oder ob er nicht korrekt ist ( - ). Set<Spiel> LinkedList<Skat> ArrayList<Spiel List<Object> Collection<Spiel> List<Kartenspiel> Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 8/11

9 c) Ändern Sie die Schnittstelle der Methode in b) so ab, dass auch ein Parameter vom Typ List<Skat> korrekt ist. d) Definieren Sie eine Liste von Spielen, in der ein Doppelkopf- und ein Skatspiel eingefügt wird. List<Spiel> l = e) Die Java Klasse Collections bietet eine Methode zum Sortieren einer Liste l an: static <T extends Comparable<? super T>> void sort(list<t> l); Ergänzen Sie Ihre Klassen so, dass diese Methode die Liste l aus d) nach den Anzahl der Spielern aufsteigend sortiert. f) Begründen Sie, warum mit sort auch eine Liste vom Typ List<Kartenspiel> sortiert werden darf. Die Lösung von e) sei hier vorausgesetzt. Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 9/11

10 Aufgabe 8 Sortierte, verkettete Liste mit Hilfskopfknoten (20 Punkte) Die Klasse MultiSet speichert int-zahlen in einer linear verketteten Liste mit Hilfskopfknoten in einer aufsteigend sortierten Reihenfolge. Ergänzen Sie die Klasse um die folgenden Methoden. a) Parameterloser Konstruktor. b) insert(x) zum Einfügen eines Elements x. x wird auch dann eingefügt, wenn x bereits vorkommt. Mehrfaches Vorkommen eines Elements ist also erlaubt. c) max() löscht das größte Element und liefert es zurück. Bei einer leeren Liste wird eine NullPointerException ausgelöst. Falls das größte Element nicht eindeutig ist, dann wird genau eines der größten Elemente gelöscht. d) unique() löscht alle mehrfachen Vorkommen eines Elements. public class MultiSet { static private class Node { private int data; private Node next; private Node(Node p, int x) {data = x; next = p; private Node head; public MultiSet() { public void insert(int x) { public int max() { public void unique() { Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 10/11

11 Aufgabe 9 n-m-assoziation (10 Punkte) Folgende bidirektionale Assoziation soll in Java mit Hilfe der Java-Collections umgesetzt werden. Projekt *!arbeitet in * Mitarbeiter a) Implementieren Sie die Klasse Mitarbeiter. Gehen Sie davon aus, dass die Klasse Projekt entsprechende Methoden anbietet. public class Mitarbeiter { private String name; public Mitarbeiter(String n) { name = n; public void add(projekt p) { public void remove(projekt p) { b) Schreiben Sie eine main-methode, in der zwei Mitarbeiter Maier und Mueller definiert werden, die in einem Projekt abc arbeiten. Richten Sie die Assoziationsbeziehung einmal über das Mitarbeiter-Objekt und einmal über das Projekt-Objekt ein. public static void main(string[] args) { Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 14/15 11/11