Zustandsmodelle. M. Jakob. 10. Dezember Gymnasium Pegnitz
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- Sebastian Geiger
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1 Zustandsmodelle M. Jakob Gymnasium Pegnitz 10. Dezember 2014
2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 3 Schleifen
3 Gliederung Einführung 1 1 Einführung 1.1 Inselspiel 1.2 Zustandsdiagrame in der Unified-Modelling-Language UML-Diagramme 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 2.1 Beispiel Speiseaufzug 2.2 Verzweigungen 2.3 switch-case 3 Schleifen 3.1 Begriffsbestimmung und Arten 3.2 Wiederholungen mit fester Anzahl 3.3 Bedingte Wiederholungen M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
4 In diesem Abschnitt 1 Einführung 1.1 Inselspiel 1.2 Zustandsdiagrame in der Unified-Modelling-Language UML-Diagramme
5 Einführung 1 1 Inselspiel Das Inselspiel Inselspiel M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
6 Einführung 1 1 Inselspiel Das Inselspiel Inselspiel Kristallfähre Totenkopffähre M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
7 Einführung 1 1 Inselspiel Das Inselspiel Zustandsdiagramm M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
8 Einführung 1 1 Inselspiel Mikrobetriebsysteme Elektronische Geräte (Handy, mp3-player,...) brauchen zur Funktion eine kleines Betriebssystem, das festlegt wie sich das Gerät sich verhalten soll. Zur Entwicklung solcher Betriebssysteme werden zuerst Zustandsdiagramme entworfen. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
9 Einführung 1 1 Inselspiel Beispiel: Einfache Stoppuhr T1 und T2 T1 Stoppuhr läuft Uhrzeitanzeige 00:00:00 T1 T1 T1 und T2 T2 Stoppuhr steht M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
10 Einführung 1 1 Inselspiel Beispiel: Einfache Stoppuhr mit ausgelösten Aktionen T1 und T2 /Anz. auf 0 stellen T1 /Stoppuhr starten Stoppuhr läuft Uhrzeitanz. 00:00:00 T1 /St. starten T1 /St. anhalten T1 und T2 /Anz. auf UZ stellen T2 /Anz. auf 0 stellen Stoppuhr steht M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
11 Einführung 1 1 Inselspiel Übung Ü 1.1: Zustandsübergänge mit ausgelösten Aktionen, Vorlage: ZUEDUbg.graphml Nachfolgend sind Zustände, Ereignisse oder ausgelöste Aktionen angegeben. Ergänze die fehlenden Bausteine (a) Telefonhörer abheben. (b) Eine Waschmaschine hat die Waschtemperatur erreicht. (c) Eine Heizung soll aufhören zu heizen. (d) Bei einem Getränkeautomat soll ein Getränk im Ausgabefach liegen. (e) Eine Braut soll heiraten. (f) Peter Lustig soll eine von seinem Provider abrufen können. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
12 In diesem Abschnitt 1 Einführung 1.1 Inselspiel 1.2 Zustandsdiagrame in der Unified-Modelling-Language UML-Diagramme
13 Einführung 1 2 UML-Diagramme Zustandsdiagrame in der UnifiedModelling Language UML (Unified Modelling Language) bei Zustandsdiagrammen Zustände werden durch abgerundete Rechtecke dargestellt. Ein Zustandsübergang wird durch ein (Übergangs-)Ereignis hervorgerufen und durch einen Pfeil dargestellt. Bei jedem Zustandsübergang kann eine Aktion ausgelöst werden. Jedes Zustandsdiagramm muss genau einen Anfangszustand haben (Symbol: ). Endzustände (Symbol: ) darf es beliebig viele geben. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
14 Einführung 1 2 UML-Diagramme Übung Ü 1.2: Buch, Aufgabe 2.6 TA8(a) in yed-textfeld bearbeiten, yed-datei hochmoodeln Ü 1.3: Buch, Aufgabe 2.13 Mit ausgelösten Aktionen ausführen. yed-datei hochmoodeln Ü 1.4: Buch, Aufgabe 2.14 Texteditor eingemoodelt M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
15 Einführung 1 2 UML-Diagramme Übung Ü 1.5: Zahnbürste Eine elektrische Zahnbürste lässt sich als Automat mit genau zwei Zuständen (an und aus) darstellen. Das Ereignis für einen Zustandsübergang ist das Drücken den An-/Ausknopfes, die ausgelöste Aktion das Laufen bzw. Stoppen des Motors. (a) Zeichne das ZÜD. (b) Ergänze das ZÜD um einen dritten Zustand lädt, im dem sich die Bürste beim Laden befindet. Trage auch die dazugehörigen Ereignisse und ausgelösten Aktionen ein. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
16 Einführung 1 2 UML-Diagramme Übung Ü 1.6: verliebt-verlobt-verheiratet-getrennt Bekanntlich können zwei Personen verliebt, verlobt, verheiratet oder getrennt sein. Erstelle ein dazu passendes ZÜD mit Übergangsereignissen und ausgelösten Aktionen. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
17 Gliederung Implementation 2 1 Einführung 1.1 Inselspiel 1.2 Zustandsdiagrame in der Unified-Modelling-Language UML-Diagramme 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 2.1 Beispiel Speiseaufzug 2.2 Verzweigungen 2.3 switch-case 3 Schleifen 3.1 Begriffsbestimmung und Arten 3.2 Wiederholungen mit fester Anzahl 3.3 Bedingte Wiederholungen M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
18 In diesem Abschnitt 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 2.1 Beispiel Speiseaufzug 2.2 Verzweigungen 2.3 switch-case
19 Implementation 2 1 Beispiel Bespiel: Speiseaufzug M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
20 Implementation 2 1 Beispiel Bespiel: Speiseaufzug Die Zustände werden in der Variable zustand gespeichert, die Übergänge durch die Methode abschickenzu modelliert M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
21 Implementation 2 1 Beispiel Speiseaufzug Attributdeklaration 1 public class Speiseaufzug(){ 2 3 private int zustand; 4 5 // Konstruktor 6 // Methoden 7 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
22 Implementation 2 1 Beispiel Speiseaufzug Konstruktor 1 public Speiseaufzug(){ 2 zustand = 0; 3 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
23 Implementation 2 1 Beispiel Speiseaufzug Methode abschicken(stockwerk) 1 public void abschickenzu(int stockwerk){ 2 3 if ( zustand == 0 ){ 4 if ( stockwerk ==1 ){ zustand = 1; } 5 else { 6 if ( stockwerk ==2 ){ zustand = 2; } 7 } 8 } 9 if ( zustand == 1; ){ } 12 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
24 Implementation 2 1 Beispiel Zusammenfassung Implementation von Zustandsübergangsdiagrammen ZÜD werden wie folgt implementiert: ein Attribut zustand deklarieren, im Konstruktor dem Attribut zustand den Anfangszustand zuweisen, Methode(n) für die Zustandsübergänge implementieren. Dabei müssen in einer Fallunterscheidung für alle Zustände alle Übergänge implementiert werden. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
25 In diesem Abschnitt 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 2.1 Beispiel Speiseaufzug 2.2 Verzweigungen 2.3 switch-case
26 Implementation 2 2 Verzweigungen Verzweigungen Verzweigungen werden mit der if (Bedingung){...} else {...} -Kontrollstruktur umgesetzt. Der if-teil wird ausgeführt, falls die Bedingung wahr ist, der else-teil, falls die Bedingung falsch ist. else-teil kann auch entfallen. Beispiel: 1 if ( zustand == 0 ){ 2 System.out. println(" Zustand ist Null"); 3 } 4 else { 5 System.out. println(" Zustand ist nicht Null") 6 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
27 Implementation 2 2 Verzweigungen Verzweigungen - Datenflussdiagramm M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
28 Implementation 2 2 Verzweigungen Fallstrick Eine Wertzuweisung ist kein Vergleich Wertzuweisung A=B Speicherzelle A wird mit dem Wert von Speicherzelle B belegt. Speicherzelle A wird also verändert. logischer Vergleich A==B Es wird verglichen, ob die beiden Zelle A und B den gleichen Inhalt haben. Wenn ja ist das Ergebnis von A==B gleich true, sonst false. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
29 Implementation 2 2 Verzweigungen Vergleichsoperatoren bei Zahlen und Einzelzeichen Name Term true wenn Gleichheit a A==B A und B den gleichen Wert haben Ungleichheit a A!=B A und B verschiedene Werte haben größer/kleiner A>B, A<B A größer/kleiner ist als B größer/kleiner gleich A>=B, A<=B A größer/kleiner oder gleich B ist. a Auch bei Strings M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
30 Implementation 2 2 Verzweigungen Übungen Ü 2.1: Speiseaufzug Material: Paket Speiseaufzug2Vorlage für TA c und d. (a) Deklariere die Klasse Speiseaufzug (Attribute und Konstruktor) wie oben beschrieben. (b) Ergänze die Methode positiongeben(), die dem Benutzer auf der Konsole angibt, in welchem Stockwerk sich der Aufzug befindet. Dabei soll folgender Text in der Konsole erscheinen: Der Aufzug befindet sich im UG bzw. ersten Stock bzw. zweiten Stock. (c) Implementiere die Methode abschickenzu(int stockwerk) nach obiger Vorgabe und zeichne das Datenflussdiagramm mit yed oder per Hand ins Heft. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
31 Implementation 2 2 Verzweigungen Übungen Ü 2.2: Kühlschrank M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
32 In diesem Abschnitt 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 2.1 Beispiel Speiseaufzug 2.2 Verzweigungen 2.3 switch-case
33 Implementation 2 switch-case Unübersichtliche und verschachtetelte if-anweisungen 1 public void abschickenzu(int stockwerk){ 2 3 if ( zustand == 0 ){ 4 if ( stockwerk ==1 ){ zustand = 1; } 5 else { 6 if ( stockwerk ==2 ){ zustand = 2; } 7 } 8 } 9 if ( zustand == 1; ){ } 12 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
34 Implementation 2 switch-case Unübersichtliche und verschachtetelte if-anweisungen M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
35 Implementation 2 switch-case Mehr übersicht durch switch-anweisung M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
36 Implementation 2 switch-case Implementation switch-anweisungen 1 switch ( note ) { 2 case 1: ntext = "sehr gut"; 3 break; 4 case 2: ntext = "gut"; 5 break; 6... // andere Fälle hier ausgelassen 7 case 6: ntext = " ungenügend"; 8 break; 9 default: ntext = " Fehler"; 10 break; 11 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
37 Implementation 2 switch-case Bemerkungen zur switch-anweisung Eine switch-anweisung kann beliebig viele case-klauseln enthalten. Die break-anweisung nach einer case-klausel sorgt dafür, dass nicht(!) die nächste case-klausel bearbeitet, sondern ans Ende der switch-anweisung gesprungen wird. Die default-klausel ist optional und sammelt alle Fälle, die vorher nicht aufgeführt sind. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
38 Implementation 2 switch-case Fälle zusammenfassen 1 switch ( note ) { 2 case 1: 3 case 2: 4 case 3: 5 case 4: ntext = " bestanden"; 6 break; 7 case 5: 8 case 6: ntext = " nicht bestanden"; 9 break; 10 default: ntext = " Fehler"; 11 break; 12 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
39 Implementation 2 switch-case Fälle zusammenfassen M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
40 Implementation 2 switch-case Ü 2.3: switch-anweisungen (a) Implementiere die beiden oben aufgeführten Beispiele, die Noten in Prädikate bzw. Noten in (nicht) bestanden umsetzen. Erzeuge dazu in BlueJ eine Klasse Switchen und darin die beiden Methoden public String notetopraedikat(int note) und public String notetobestanden(int note), in die du die switch-anweisungen überträgst. (b) Erstelle mit Hilfe von switch-anweisungen die Methode public String monattomonatsname(int monat), die zur Nummer des Monats seine Bezeichnung ausgibt. monattomonatsname(9) soll also September zurückgeben. Implementiere auch die Umkehrmethode monatsnametomonat. (c) Erstelle mit Hilfe von switch-anweisungen die Methode public String anzahltagebestimmen(string monat), die für jeden Monat die Anzahl seiner Tage ausgibt (Schaltjahre nicht vergessen). M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
41 Schleifen Gliederung 1 Einführung 1.1 Inselspiel 1.2 Zustandsdiagrame in der Unified-Modelling-Language UML-Diagramme 2 Implementation von Zuständen und Verzweigungen 2.1 Beispiel Speiseaufzug 2.2 Verzweigungen 2.3 switch-case 3 Schleifen 3.1 Begriffsbestimmung und Arten 3.2 Wiederholungen mit fester Anzahl 3.3 Bedingte Wiederholungen M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
42 In diesem Abschnitt 3 Schleifen 3.1 Begriffsbestimmung und Arten 3.2 Wiederholungen mit fester Anzahl 3.3 Bedingte Wiederholungen
43 Schleifen Begriffsbestimmung und Arten Begriffsbestimmung Wiederholungen Prgogrammabschnitte können durch Wiederholungsbefehle mehrfach ausgeführt werden. Man nennt Programmbereiche, die wiederholt werder auch Schleifen. Dabei unterscheidet man: Bedingte Wiederholungen: Die Schleife wird nur ausgeführt, wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt ist. Wiederholungen mit fester Anzahl: Ein vorgegebener Wert legt fest, wie oft eine Schleife ausgeführt wird. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
44 In diesem Abschnitt 3 Schleifen 3.1 Begriffsbestimmung und Arten 3.2 Wiederholungen mit fester Anzahl 3.3 Bedingte Wiederholungen
45 Schleifen Wiederholung mit fester Anzahl Wiederholungen mit fester Anzahl Pseudocode 1 wiederhole n mal 2 Anweisungen 3 endewiederhole Java-Syntax 1 for (int i=0;i<n;i=i+1) { 2 Anweisungen 3 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
46 In diesem Abschnitt 3 Schleifen 3.1 Begriffsbestimmung und Arten 3.2 Wiederholungen mit fester Anzahl 3.3 Bedingte Wiederholungen
47 Bedingte Wiederholung Schleifen Bedingte Wiederholungen Pseudocode 1 wiederhole wenn ( Bedingung erfüllt) 2 Anweisungen 3 endewiederhole Java-Syntax 1 while ( logischer Ausdruck) { 2 Anweisungen 3 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
48 Schleifen Bedingte Wiederholungen Beispiel: Roboter im Dauerbetrieb 1 public void allekugelnaussortieren( String gewfarbe){ 2 while (true) { 3 kugelaussortieren( gewfarbe); 4 } 5 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
49 Schleifen Beispiel: Roboter sucht Kugel Bedingte Wiederholungen 1 public void kugelsuchen( String gewfarbe){ 2 String hatfarbe; 3 robbi. greifen(); 4 hatfarbe = robbi. kugelfarbegeben(); 5 // Schleife 6 while (!(hatfarbe.equals(gewfarbe))){ 7 kugeltransportierenzutopf( A ); 8 robbi.greifen(); 9 hatfarbe = robbi. kugelfarbegeben(); 10 } 11 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
50 Schleifen Beispiel: Benutzer wählt Anzahl Bedingte Wiederholungen 1 public void nkugelntransportieren(int anzahl, char topf){ 2 int zaehler; 3 zaehler =0; 4 while (zaehler < anzahl){ 5 kugeltransportierenzutopf(topf); 6 zaehler = zaehler +1; 7 } 8 } M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
51 Schleifen Bedingte Wiederholungen Übungen Ü 3.1: Roboter4Schleifen: Weitere Robotermethoden (a) Implementiere die oben genannten Beispiele der Robotersimulation. (b) Implementiere eine Methode, die so lange Kugeln in Topf A abgelegt, bis zweimal hintereinander die gleiche Farbe kommt. Lösung mit Variablentabelle erklären (c) Implementiere eine Methode, die den Topf wechselt, wenn zweimal hintereinander die gleiche Farbe kommt. M. Jakob (Gymnasium Pegnitz) Zustandsmodelle 10. Dezember / 49
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