Programmiertechnik II Klausur WS 15/16 Angewandte Informatik Bachelor

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1 Programmiertechnik II Klausur WS 15/16 Angewandte Informatik Bachelor Name Matrikelnummer Aufgabe Punkte Aufgabe Punkte Zwischensumme Summe 120 Note Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 1/11

2 Aufgabe 1 (6 Punkte) Beschreiben Sie mit einem Speicherbelegungsbild, was durch die main()-methode geleistet wird. Es genügt das Speicherbelegungsbild anzugeben, nachdem alle Anweisungen der main()-methode ausgeführt worden sind. class Node { Node next; int data; Node(int x, Node p) { next = p; data = x; public static void main(string[] a) { Node p = new Node(2, null); p = new Node(8, p); Node q = p; q = new Node(3, q); p = new Node(5, null); Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 2/11

3 Aufgabe 2 (10 Punkte) Eine Schlange ist als verkettete Ringliste realisiert. Folgende Abbildung zeigt drei unterschiedliche Zustände einer Schlange. Z.B. stellt (1) eine Schlange mit den Elementen 5, 3 und 7 dar, wobei das vorderste Element 5 und das letzte Element 7 ist. last zeigt immer auf das letzte Element der Schlange. Die Knoten der verketteten Liste sind wie üblich mit folgender Klasse definiert. class Node { int data; Node next; Node(int d, Node n) { data = d; next = n; a) Schreiben Sie (mit Benutzung von last) genau eine Zuweisung, um die Schlange von Zustand (1) in (2) überzuführen. last.next = last.next.next; b) Schreiben Sie (mit Benutzung von last) eine (mehrere) Zuweisung(en), um die Schlange von Zustand (2) in (3) überzuführen. last.next = new Node(8, last.next); last = last.next; c) Schreiben Sie (mit Benutzung von last) eine Schleife zur Ausgabe einer Schlange. Die Schlange soll dabei unverändert bleiben. Bei Schlange (1) wäre die Ausgabe 5, 3, 7. Node p = last; do { p = p.next; println(p.data) while (p!= last); Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 3/11

4 Aufgabe 3 QuickSort (12 Punkte) Das 11-elementige Feld a = {9, 3, 15, 7, 12, 2, 3, 6, 5, 1, 8 wird mit Quicksort (ohne 3-Median) sortiert. Beschreiben Sie, wie sich dabei das Feld a ändert. Benutzen Sie eine tabellenartige Darstellung wie in der Vorlesung. Geben Sie außerdem die Aufrufstruktur von Quicksort an Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 4/11

5 Aufgabe 4 Komplexitätsanalyse (12 Punkte) a) containsallv1(a,b) und containsallv2(a,b) prüfen jeweils, ob alle Elemente aus dem Feld a auch im Feld b enthalten sind. containsallv1 sortiert das Feld b mit HeapSort und prüft dann mit binärer Suche, ob jedes Element aus a in b enthalten ist. containsallv2 benutzt dagegen nur ein einfaches Suchverfahren linsearch. Schätzen Sie die Laufzeit T(n) (worst case) der Methoden ab (O-Notation). Gehen Sie dabei davon aus, dass a und b in etwa n Elemente enthalten: static boolean containsallv1(int a[], int b[]) { heapsort(b); for (x : a) if (!binarysearch(x,b)) return false; return true; static boolean containsallv2 (int a[], int b[]) { for (x : a) if (!linsearch(x,b)) return false; return true; T(n) = O(n log n) T(n) = O(n 2 ) static boolean linsearch(int x, int b[]) for (y : b) if (x == y) return true; return false; b) Bei einer konkreten Laufzeitmessung ergeben sich für die Aufrufe von containsallv1(a,b) und containsallv2(a,b) für Feldgrößen von n = 1000 jeweils eine CPU-Zeit von 0.1msec. Mit welcher Laufzeit ist zu rechnen, wenn n um den Faktor 1000 vergrößert wird? containsallv1: T(10 6 ) = 106 log(10 6 ) 0.1msec = 200msec 10 3 log(10 3 ) containsallv2 : T(10 6 ) = * 0.1msec =100sec Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 5/11

6 Aufgabe 5 Linear verkettete Liste (14 Punkte) Eine soll eine Klasse für linear verkette Listen (ohne Hilfskopfknoten) realisiert werden. Es wird eine Referenz auf den Anfang (head) und eine Referenz auf das Ende (tail) der Liste gespeichert. Ergänzen Sie die Klasse um die folgenden Methoden. a) contains(x) liefert true zurück, falls x in der Liste enthalten ist. b) remove() löscht das Element am vorderen Ende der Liste und liefert true bei Erfolg zurück. c) adde(x) fügt x am hinteren Ende der Liste ein. Für adde(x) wird eine Laufzeit von O(1) garantiert. d) Modifizieren Sie die Methode adde zu einer Methode add, so dass eine Verkettung von Aufrufen möglich wird. Beispiel: List l = new List(); l.add(1).add(2).add(4); // l = 1, 2, 4 public class List { static private class Node { private int data; private Node next; private Node(Node p, int x) {this.data = x; this.next = p; private Node head, tail; public List() { head = tail = null; public boolean contains(int x) { for (Node p = head; p!= null; p = p.next) if (p.data == x) return true; return false; public boolean remove() { if (head == null) return false; head = head.next; if (head == null) tail = null; return true; public void adde(int x) { if (head == null) head = tail = new Node(null, x); else { tail.next = new Node(null, x); tail = tail.next; public List adde(int x) { adde(x); return this; Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 6/11

7 Aufgabe 6 Binärer Suchbaum (12 Punkte) a) Gehen Sie vom abgebildeten Baum aus und führen Sie folgende Operationen durch: Einfügen von: 7, 12, 9, 4 Löschen von: 8, 9, 5. b) Ergänzen Sie folgende (unvollständige) Klassendefinition für einen binären Suchbaum um eine Methode get2succ(), die die Anzahl der Knoten mit genau zwei Kindern ermittelt. Hinweis: eine private Hilfsmethode könnte hilfreich sein. public class BinarySearchTree { static private class Node { private int data; private Node left; private Node right; private Node root = null; public int get2succ() { return get2succ(root); private int get2succ(node p) { if (p == null) return 0; else { int s = 0; if (p.left!= null && p.right!= null) s++; return s + getn2succ(p.left) + getn2succ(p.right); Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 7/11

8 Aufgabe 7 Java Map (20 Punkte) Die in einem Lexikon beschriebenen Begriffe sollen in einer Verweistabelle verwaltet werden. Beispielsweise verweist der Begriff Katze auf die Begriffe Großkatze und Tiger. Der Begriff Großkatze verweist auf den Begriff Tiger. a) Definieren Sie in der Klasse VerweisTabelle eine Instanzvariable tab vom Typ Map. tab bildet jeden Begriff auf die Menge seiner Verweise ab. b) Definieren Sie eine Methode add(w1,w2), die einen Verweis von w1 auf w2 zur Verweistabelle dazufügt. Beispielsweise baut folgende Anweisungsfolge die in der Abbildung gezeigte Verweisstruktur auf: VerweisTabelle tab = new VerweisTabelle(); tab.add("katze", "Grosskatze"); tab.add("grosskatze", "Tiger"); tab.add("katze", "Tiger"); c) Schreiben Sie eine Methode getverweisziele(w), die die Menge aller Wörter zurückliefert, auf die w verweist. Z.B. liefert getverweisziele("katze") die Menge {"Grosskatze", "Tiger" zurück. d) Schreiben Sie eine Methode getverweisquellen(w), die die Menge alle Wörter zurückliefert, die auf w verweisen. Z.B. liefert getverweisquellen("tiger") die Menge {{"Katze", "Grosskatze" zurück. public class VerweisTabelle { private Map< String, Set<String> > tab = new TreeMap<>(); void add(string w1, String w2) { if (!tab.containskey(w1)) tab.put(w1, new TreeSet<>()); tab.get(w1).add(w2); Set<String> getverweisziele(string w) { return tab.get(w); Set<String> getverweisquellen(string w) { Set<String> res = new TreeSet<>(); for (Map.Entry<String,Set<String>> ver : tab.entryset()) if (ver.getvalue().contains(w)) res.add(ver.getkey()); return res; Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 8/11

9 Aufgabe 8 Subtyping (17 Punkte) Es sind die folgenden 4 Klassen definiert. class Buch implements Comparable<Buch> { int anzseiten;... class FachBuch extends Buch { class ProgrammierBuch extends FachBuch { class Roman extends Buch { a) Geben Sie für die oben definierten Typen alle direkten Untertypbeziehungen an. Berücksichtigen Sie dabei den Typ Object. b) Folgende Methode berechnet für eine Liste von Büchern die durchschnittliche Anzahl der Seiten. static double durchanzseiten(list<buch> bliste) {... Vom welchem Typ muss ein aktueller Parameter für bliste sein, damit ein Aufruf dieser Methode korrekt ist? Geben Sie in folgender Tabelle für jeden Typ an, ob er korrekt ist ( + ) oder ob er nicht korrekt ist ( - ). Collection<Buch> - List<Object> - LinkedList<Roman> - Set<FachBuch> - ArrayList<Buch> + Set<ProgrammierBuch> - c) In der Methode aus b) wird die Schnittstelle geändert: static double durchanzseiten(list<? extends Buch> bliste) {... Welche Parametertypen sind jetzt korrekt? Collection<Buch> - List<Object> - LinkedList<Roman> + Set<FachBuch> - ArrayList<Buch> + Set<ProgrammierBuch> - Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 9/11

10 d) Folgende Methode bestimmt alle Bücher aus bliste, deren Seitenzahl über eine bestimmte Schwelle liegt, und fügt sie in die Liste grliste ein. static void grossebuecher(list<buch> bliste, List<Buch> grliste) {... Von welchem Typ müssen die aktuellen Parameter für bliste bzw. grliste sein, damit der Aufruf korrekt ist. ( + oder - ). bliste grliste Korrekt? LinkedList<Roman> ArrayList<Buch> - List<Buch> List<Object> - ArrayList<Buch> List<FachBuch> - LinkedList<Buch> List<Buch> + List<Buch> ArrayList<Buch> + e) In der Methode aus d) wird die Schnittstelle geändert: static void grossebuecher(list<? extends Buch> bliste, List<? super Buch> grliste) Welche Parametertypen sind jetzt korrekt? bliste grliste Korrekt? LinkedList<Roman> ArrayList<Buch> + List<Buch> List<Object> + ArrayList<Buch> List<FachBuch> - LinkedList<Buch> List<Buch> + List<Buch> ArrayList<Buch> + f) Die Java Klasse Collections bietet eine Methode zum Sortieren einer Liste l an: static <T extends Comparable<? super T>> void sort(list<t> l); Begründen Sie, warum mit sort auch eine Liste vom Typ List<FachBuch> sortiert werden darf. Es gilt: FachBuch <: Buch <: Comparable<Buch> <: Comparable<? super Buch> <: Comparable<? super FachBuch > Damit darf T = FachBuch in der Methode sort eingesetzt werden. Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 10/11

11 Aufgabe 9 Java 8 (17 Punkte) Gegeben sind folgende funktionale Interfaces aus der Java-API. Funktionales Interface Abstrakte Methode Beschreibung Predicate<T> boolean test(t t) 1-stelliges Prädikat BiPredicate<T, U> boolean test(t t, U 2-stelliges Prädikat Function<T, R> u) R apply(t t) 1-stellige Funktion vom Typ T R BiFunction<T, U, R> R apply(t t, U u) 2-stellige Funktion vom Typ T U R UnaryOperator<T> T apply(t t) 1-stelliger Operator vom Typ T T BinaryOperator<T> T apply(t t, T u) 2-stelliger Operator vom Typ T T T Consumer<T> void accept(t t) Funktion, die ein T-Parameter entgegennimmt. Gegeben sind außerdem folgende default-methoden aus der Java API (Schnittstellen sind leicht vereinfacht): Interface Default-Methode Beschreibung Iterable<T> void foreach( Consumer<T> action ) Wende auf jedes Element die Funktion action an. Collection<T> boolean removeif( Predicate<T> p ) an. Entfernt jedes Element x, für das p(x) zutrifft. List<T> void replaceall( UnaryOperator<T> f ) Ersetzt jedes Element x in der Liste durch f(x). a) Definieren Sie ein Prädikat als Lambda-Ausdruck (mit Angabe des Typs), das prüft ob eine Person volljährig ist. Sie können eine Klasse Person voraussetzen mit einer Methode getage(), die das Alter der Person zurückliefert. Predicate<Person> volljaehrig = p -> p.getage() >= 18; b) Definieren Sie einen Lambda-Ausdruck (mit Angabe des Typs), der einen Integer-Wert an einen String anhängt, und als String zurückliefert. BiFunction<String,Integer,String> appint = (s, n) -> s + n; c) Schreiben Sie einen foreach-aufruf, der jede Person aus einer Personen-Liste perslist ausgibt. Setzen Sie voraus, dass die Klasse Person eine geeignete tostring()-methode hat. perslist.foreach(p -> System.out.print(p + ", ")); d) Schreiben Sie einen removeif-aufruf, der jede Person aus einer Personen-Liste perslist entfernt, die nicht volljährig ist. perslist.removeif(p -> p.getage() < 18); e) Schreiben Sie einen replaceall-aufruf, der das Alter jeder Person in einer Personen-Liste um ein Jahr hochsetzt. Beachte: der Rumpf eines Lambda-Ausdrucks kann auch mehrere Anweisungen enthalten. Sie können für die Klasse Person eine Methode setage(n) voraussetzen. perslist.replaceall( p -> { p.setage(p.getage()+1); return p; ); Prof. Dr. O. Bittel, HTWG Konstanz WS 15/16 11/11