Übungsblatt 7. Thema: Sortieren, Objektorientierung

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1 Informatik I WS 05/06 Prof. Dr. W. May Dipl.-Inform. Oliver Fritzen Dipl.-Inform. Christian Kubczak Übungsblatt 7 Ausgegeben am: Abgabe bis: (Theorie) (Praktisch) Thema: Sortieren, Objektorientierung Die Praxis-Aufgaben auf diesem Übungsblatt bearbeiten Sie bitte am Rechner und führen Sie Ihrem Tutor vor. Die Theorie-Aufgaben bearbeiten Sie bitte und werfen die en zum oben genannten Termin in die Zettelkästen im Erdgeschoss der NAM. Eine Bearbeitung in Zweier-Teams innerhalb Ihrer Übungsgruppe ist möglich. Nutzen Sie zum Testieren auch das Angebot der abendlichen Freien Übungen. Achtung: Wegen Weihnachtsferien geänderter Abgabetermin: Der Abgabetermin für die theoretischen Aufgaben auf diesem Zettel wurde vom üblichen Termin Dienstags, 3.1., Uhr auf den Freitag, 6.1. der gleichen Woche, ebenfalls Uhr verschoben. Aufgabe 1 (Theorie: 20 Punkte): Quicksort am Beispiel Sortieren Sie das folgende Feld mittels Quicksort wie es in der Vorlesung vorgestellt wurde. Pivot-Element sei dabei jeweils das erste Element Machen Sie die einzelnen Schritte bestmöglich nachvollziehbar. Verwenden Sie für jeden Rekursionsschritt eine neue Zeile. Kennzeichnen Sie das jeweils aktuelle Pivot-Element und die bereits an die richtige Position getauschten Pivot-Elemente.

2 { } { }89 { 4 9}16{ } 4{ 9} 9 { } 17{ } { }70{72} {51}53{61} {72} 51 {61} {72} 61 {72} Aufgabe 2 (Praktisch: 30 Punkte): Quicksort mit virtuellem Pivot-Element Der Quicksort-Algorithmus teilt das zu sortierende Feld in zwei Teile: Ein Teil der alle Elemente dem Pivot-Element enthält und ein Teil der alle Elemente dem Pivot-Element enthält. Diese Teile werden wiederum rekursiv mit Quicksort sortiert. Das Pivot-Element muss dabei nicht notwendigerweise ein Element des zu sortierenden Feldes sein. Programmieren Sie eine Quicksort-Variante, die als Pivot-Element stets das ganzzahlige arithmetische Mittel aus dem ersten und dem letzten Element verwendet. Beispiel: Das Pivot-Element im ersten Trennungsschritt wäre hier das arithmetische Mittel aus 89 und 13, also 51. Schreiben Sie eine Java-Klasse Quick mit der Methode void sort(int[] array, int from, int to), die das Integerfeld array vom linken Index from bis zum rechten Index to sortiert. Zum Testen Ihrer Klasse verwenden Sie bitte die Klasse Ist sogar einfacher zu implementieren als das "reguläre" Quicksort, da man sich hier keine Gedanken um das richtige Platzieren des Pivot-Elementes nach Aufteilen des Feldes machen muss und sich so das Abfangen einiger Sonderfälle spart: public class Quick { public static void sort(int[] array, int from, int to) { if (from < to) { int pivvalue = (array[from] + array[to]) / 2; int up = from; int down = to; while (true) { while (up < to && array[up] <= pivvalue)

3 } } } up++; while (down > up && array[down] > pivvalue) down--; if (up >= down) break; Quick.swap(array,up, down); } sort(array,from,up-1); sort(array,up, to); Aufgabe 3 (Theorie: 25 Punkte): Stabilität Wir nennen ein Sortierverfahren stabil, wenn zwei Elemente der Eingabefolge die gleich groß sind, in der Ausgabefolge in derselben Reihenfolge erscheinen wie in der Eingabefolge. Welche der Sortierverfahren aus der Vorlesung (BubbleSort, QuickSort, SelectionSort, InsertionSort, MergeSort) sind stabil? Begründen Sie ihre Antwort. InsertionSort, BubbleSort und MergeSort sind stabil. Am Besten man nimmt ein Feld mit zwei gleichen Zahlen und testet die Sortierverfahren daran. Ausführliche Begründung: Siehe Saake/Sattler "Algorithmen und Datenstrukturen" Aufgabe 4 (Theorie: 25 Punkte): Objektorientierung Gegeben sind folgende Aussagen:

4 Es existieren Tiere. Tiere haben ein Alter. Vögel sind Tiere. Vögel haben ein Körpergewicht. Säugetiere sind Tiere. Robben sind Säugetiere. Vögel legen Eier. Amseln sind Vögel. Drosseln sind Vögel. Papageien sind Vögel. Amseln, Drosseln und Papageien können fliegen. Emus sind Vögel. Emus haben eine maximale Laufgeschwindigkeit. Pinguine sind Vögel. Pinguine können tauchen. Pinguine fressen Fisch. Robben können tauchen. Robben fressen Fisch. Rusty ist ein Pinguin. Polly ist ein Papagei. Säugetiere säugen ihren Nachwuchs. Bei Säugetieren haben Schwangerschaften eine bestimmte Dauer. Hunde sind Säugetiere. Hunde können bellen. Dänische Doggen sind Hunde. Spike ist eine Dänische Dogge. Beispieldiagramm mit Klassen für Fahrzeug, Auto, Lieferwagen, Anhänger und einem Ford Transit 1. Ordnen Sie obige Begriffe in eine der Kategorien "Klasse", "Attribut", "Methode" und "Objekt" ein. 2. Zeichnen Sie ein UML-Diagramm, in dem sämtliche Klassen samt Namen, ihren Eigenschaften (Attributen) und ihres Verhaltens (Methoden) aufgeführt sind. Das Diagramm soll auch die Objekte enthalten, und es soll daraus hervorgehen, welches Objekt Instanz welcher Klasse ist. Welche Klassen sollte man als "abstract" definieren und warum? Es existieren Tiere. Klasse Tiere haben ein Alter. Attribut Vögel sind Tiere. Klasse

5 Vögel haben ein Körpergewicht. Attribut Säugetiere sind Tiere. Klasse Robben sind Säugetiere. Klasse Vögel legen Eier. Methode Amseln sind Vögel. Klasse Drosseln sind Vögel. Klasse Papageien sind Vögel. Klasse Amseln, Drosseln und Papageien können fliegen. Methode Emus sind Vögel. Klasse Emus haben eine maximale Laufgeschwindigkeit. Attribut Pinguine sind Vögel. Klasse Pinguine können tauchen. Methode Pinguine fressen Fisch. Methode Robben können tauchen. Methode Robben fressen Fisch. Methode Rusty ist ein Pinguin. Objekt Polly ist ein Papagei. Objekt Säugetiere säugen ihren Nachwuchs. Methode Bei Säugetieren haben Schwangerschaften eine bestimmte Dauer. Attribut Hunde sind Säugetiere. Klasse Hunde können bellen. Methode Dänische Doggen sind Hunde. Klasse Spike ist eine Dänische Dogge. Objekt

6 Als "abstract" definiert man Klassen zu denen keine unmittelbare Instanz existiert / existieren kann. Ein Tier "Säugetier" gibt es nicht in der Realität, es existiert nur als theoretische Oberklasse innerhalb der objektorientierten Modellierung. Genauso auf einer Ebene tiefer bei Hunden: Die Existenz einer Klasse "Great Dane" ("Dänische Dogge") suggeriert, dass es auch den Hund als solchen nicht in dieser Allgemeinform gibt. Wirkliche Objekte/Instanzen gibt es lediglich von den die einzelnen Hunderassen modellierenden Unterklassen wie der dänischen Dogge, Dobermann, Mops etc. Bei Vögeln entsprechend.