Klausur Software-Entwicklung September 00

Transkript

1 Aufgabe 1: Wahrheitstafeln ausgeben (ca. 8 Punkte) Matrikelnr : Ergänzen Sie in folgendem Programm, eine rekursive Funktion, die eine Boole'sche Wahrheitstafel für N Variablen ausgibt. Die Zahl N soll frei wählbar sein und soll Ihrer Funktion als Parameter übergeben werden. Beispiel: Vorgabe: N: 3 Ausgabe: false false false false false true false true false false true true true false false true false true true true false true true true Gefordert ist eine rekursive Lösung für beliebige N zu finden. (Die Formatierung der Ausgabe ist nicht wichtig.) public class A1 public static void main( String[] args ) // hier startet das Programm int N = 3 ; // Anzahl der Variablen soll Ihrer Funktion als Parameter übergeben werden wahrheitstafel(n,""); // Hier sollen Sie Ihre Funktion aufrufen // Ende der main-funktion // Hier sollen Sie Ihre Funktion codieren: public static void wahrheitstafel(int N, String s) if (N==0) System.out.println(s); // Rekursionsabbruchzweig else wahrheitstafel(n-1,s+"false\t"); // Problemreduktion auf N-1 wahrheitstafel(n-1,s+"true\t"); // Problemreduktion auf N-1 // Ende der Klasse A1 Alternativ konnte man, anstatt des Strings, auch ein boolean- oder int-array benutzen. Zugelassen war auch, dass man die Zahlen von (Marth.pow(2,N))-1 bis 0 in der Binär- Darstellung ausgegeben hat, die Methode musste allerdings REKURSIV funktionieren(war natürlich keine sehr schöne Lösung).

2 Aufgabe 2: Präfix-Listen (ca. 6 Punkte ) Gegeben sind eine Klasse Liste und eine Klasse Element und zwei Listen liste1 und liste2, in die Zahlen eingefügt werden. Ergänzen Sie in der Klasse Liste eine Funktion präfix, die als Funktionsergebnis zurückliefert, ob Liste liste1 dieselbe Zahlenfolge enthält wie eine Liste liste2 oder wie ein Anfangsstück von liste2. (Beispiel: Wenn liste2 die Zahlenfolge 1,2,3,4 enthält, dann sind die Listen mit den Zahlen 1 oder 1,2 oder 1,2,3 oder 1,2,3,4 Präfix von liste2, aber die Listen mit den Zahlenfolgen 2,3 oder 2,1 oder 1,2,3,4,5 oder 1,3,2,4 sind nicht Präfix von liste2.) Ergänzen Sie den Aufruf Ihrer Funktion präfix in der main-funktion. (Es ist egal, ob Sie Ihre Funktion präfix als Instanzmethode oder als Klassenmethode implementieren.) public class Liste Element start ; void insert ( int i ) start = new Element ( i, start ) ; // Als Klassenmethode boolean static präfix ( Liste list1, Liste list2 ) Element curr1 = list1.start; Element curr2 = list2.start; while ( curr1!= null && curr2!= null ) if (curr1.wert!= curr2.wert ) return false; curr1 = curr1.next; curr2 = curr2.next; // Die Liste1 ist genau dann ein Präfix von Liste2 wenn // die Liste1 komplett durchlaufen wurde. return curr1 == null; // true wenn (curr1 == null), // sonst false. // Als Instanzmethode boolean präfix2 ( Liste list2 ) Element curr1 = this.start; Element curr2 = list2.start; while ( curr1!= null && curr2!= null ) if (curr1.wert!= curr2.wert ) return false; curr1 = curr1.next; curr2 = curr2.next; // Die Liste1 ist genau dann ein Präfix von Liste2 wenn // die Liste1 komplett durchlaufen wurde. return curr1 == null; // true wenn (curr1 == null), // sonst false.

3 class Element int wert ; Element next ; Element( int i, Element danach ) wert = i ; next = danach ; public class A2 public static void main( String[] args ) Liste l1 = new Liste ( ) ;... ; l1. insert( 3 ) ; Liste l2 = new Liste ( ) ;... // ***** Ihr Funktionsaufruf: System.out.println("Liste1 ist Präfix von Liste2:" + präfix(l1,l2)); System.out.println("Liste1 ist Präfix von Liste2:" + l1.präfix2(l2));

4 Aufgabe 3: Objektorientierter Entwurf (ca Punkte) Schreiben Sie die Lösung zu 3.1 bis 3.3. in Java hin, jedoch ohne den Rumpf der Methoden (d.h. die Implementierung der Methoden brauchen Sie nicht hinzuschreiben alle anderen für die Java-Klassen benötigten Dinge sollen Sie hinschreiben). Für eine Anwendung benötigen Sie die Klassen Pkw, BenzinPkw und DieselPkw, (Wir gehen davon aus, daß alle Pkw entweder BenzinPkw oder DieselPkw sind.) die Attribute (=Variablen) literverbrauchpro100km, dieselpreis, benzinpreis und sonstigekostenpro100km, sowie die Methoden kraftstoffkostenpro100km( ) und gesamtkostenpro100km( ). Die gesamtkostenpro100km( ) sollen gerade die Summe aus kraftstoffkostenpro100km( ) und sonstigekostenpro100km sein Schreiben Sie eine Klassenhierachie (Vererbungshierarchie) in Java auf Definieren Sie die 4 Attribute so, daß Redundanz vollständig vermieden wird, d.h. daß Attributwerte genau für die Objekte definiert sind, für die sie auch gebraucht werden jedoch ohne unnötig redundante Daten zu speichern Ordnen Sie Methoden kraftstoffkostenpro100km(), gesamtkostenpro100km() und evtl. benötigte Hilfsmethoden so an, daß das Single-Source-Prinzip optimal eingehalten wird (d.h. jede Methode soll möglichst nur 1x codiert werden) und das Geheimnisprinzip optimal eingehalten wird (d.h. alle Attribute und Methoden sollen so privat wie möglich definiert werden). abstract class Pkw private int literverbrauchpro100km; private int sonstigekostenpro100km; abstract protected int kraftstoffpreis(); int kraftstoffkostenpro100km() return literverbrauchpro100km * kraftstoffpreis(); int gesamtkostenpro100km() return kraftstoffkostenpro100km() + sonstigekostenpro100km; class BenzinPkw extents Pkw static private int benzinpreis; protected int kraftstoffpreis() return benzinpreis;

5 class DieselPkw extents Pkw static private int dieselpreis; protected int kraftstoffpreis() return dieselpreis;

6 Aufgabe 4: (ca. 2+4 Punkte ) 4.1. Ergänzen Sie eine Klasse ZeigeWert, die das Visitor-Interface implementiert. ZeigeWert soll so implementiert werden, daß durch die Funktion bearbeiteknoten der Wert eines Knotens auf dem Bildschirm ausgegeben wird Ergänzen Sie die main-funktion so, daß mit Hilfe der Funktion inorder und Ihrer Klasse ZeigeWert alle Knoten des Baumes baum in Inorder-Reihenfolge ausgegeben werden. Sie sollen dabei die Funktion inorder benutzen, d.h. NICHT NOCH EINE rekursive Funktion zur Ausgabe des Baumes programmieren. Die Klasse Knoten sollen Sie unverändert lassen. class Knoten int value ; Knoten l,r ; Knoten(int v)value=v; Knoten(Knoten left, int v, Knoten right) l=left; value=v; r=right; void inorder(visitor a) if (l!=null) l.inorder(a) ; a.bearbeiteknoten( this ) ; if (r!=null) r.inorder(a) ; public class a2 public static void main( String[] args ) Knoten baum = new Knoten( new Knoten( 6 ), 4, new Knoten( new Knoten(3), 7, null ) ) ; // ***** hier sollen Sie die main-funktion ergänzen: baum.inorder(new ZeigeWert()); interface Visitor public void bearbeiteknoten(knoten einkonten); // ***** bitte hier Klasse ZeigeWert ergänzen: class ZeigeWert implements Visitor public void bearbeiteknoten(knoten einknoten ) System.out.println( einknoten.value );

7 Aufgabe 5: (ca. 8 Punkte ) Ergänzen Sie das folgende Programm um eine Funktion matrixquadrat, die eine beliebige quadratische Matrix als Parameter übergeben bekommt und diese Matrix quadriert, d.h. die Matrix mit sich selbst multipliziert, und nur das Ergebnis auf dem Bildschirm ausgibt (zur Ausgabe soll die Funktion matrixausgabe benutzt werden). Der Rechenweg zur Matrixmultiplikation ist an folgendem Beispiel nochmals erklärt: Matrix1: Matrix2: Produkt-Matrix: 5 6 x 1 2 = Der Wert der Produkt-Matrix an der Position [Z,Sp] ist gerade das Skalarprodukt des Vektors in Zeile Z der Matrix1 mit dem Vektor in Spalte Sp der Matrix2. Beispiel: 2*5 + 4*6 = 34. Der Aufruf matrixquadrat( matrix1 ) soll folgende Ausgabe erzeugen: , denn 5*5+6*7 = 67, 5*6+6*8 = 78, 7*5+8*7 = 91, 7*6+8*8 = 106. public class A5 static void matrixausgabe( int[][] matrix ) int größe = matrix.length ; int zeile, spalte ; for ( zeile = 0 ; zeile < größe ; zeile ++ ) for ( spalte = 0 ; spalte < größe ; spalte ++ ) System.out.print( " " + matrix[ zeile ][ spalte ] ) ; System.out.println( ) ; public static void main( String[] args ) int[][] matrix1 = 5,6,7,8 ; matrixquadrat( matrix1 ) ; //************************** hier soll Ihre Funktion folgen: Die Quadrierung von Matrizen erfordert auf jeden Fall drei ineinandergeschachtelte Schleifen: Die beiden äußeren Schleifen durchlaufen die Zeilen und Spalten der Ergebnismatrix, um die Position des Elements zu erhalten, dessen Wert gerade ausgerechnet wird. Die innere Schleife errechnet das Skalarprodukt zweier Vektoren, wie in der Aufgabenstellung angegeben. Da Arrays in Java Objekte sind, ist es notwendig, das Array für die Ergebnismatrix mit new zu erzeugen. Genauso, wie Objektvariablen nach der Erzeugung mit ihrem Default-Wert (bei Zahlentypen also 0) initialisiert sind, sind die Elemente von Arrays nach der Erzeugung mit ihrem Default-Wert initialisiert. Es ist also nicht nötig (aber auch nicht falsch), jedes Element vorab explizit auf 0 zu setzen.

8 public static void matrixquadrat( int[][] matrix ) int länge = matrix.length; int[][] ergebnis = new int[ länge ][ länge ]; for ( int zeile = 0; zeile < länge; zeile++ ) for ( int spalte = 0; spalte < länge; spalte++ ) for ( int spindex = 0; spindex < länge; spindex++ ) ergebnis[ zeile ][ spalte ] += matrix[zeile][spindex] * matrix[spindex][spalte]; matrixausgabe(ergebnis);

9 Aufgabe 6: (ca. 3+3 Punkte ) Gegeben ist folgendes Programm mit einer Funktion nullstelle, die eine Nullstelle einer als Parameter übergebenen Funktion in einem vorgegebenen Intervall [ug,og] durch Intervall-Halbierung sucht. Schreiben Sie eine Funktion schnittstelle, die die Schnittstelle von zwei vorgegeben Funktionen in einem vorgegebenen Intervall berechnet (also die x-koordinate, an der sich die Funktionen schneiden). Ihre Funktion schnittstelle soll die Schnittstelle von zwei Funktionen (z.b. Sinus und Cosinus in einem gegebenen Intervall) berechnen, indem sie die Nullstelle der Differenz-Funktion berechnet Schreiben Sie eine Klasse Differenz für die Implementierung der Differenzfunktion zweier als Parameter übergebener Funktionen Benutzen Sie die Klasse Differenz und die vorhandene Funktion nullstelle, um Ihre Funktion schnittstelle zu implementieren. (Sie sollen voraussetzen, daß nullstelle und schnittstelle nur für solche Funktionen und solche Intervalle [ug,og] aufgerufen wird, für die es genau eine Nullstelle bzw. genau einen Schnittpunkt gibt.) interface Funktion double at(double x) ; // Funktionswert an der Stelle x class Sinus implements Funktion public double at(double x) return Math.sin(x) ; class Cosinus implements Funktion public double at(double x) return Math.cos(x) ; public class A6 public static void main( String[] args ) Funktion f = new Sinus() ; System.out.println( nullstelle( f, -1.0, 2.0, 0.01 ) ) ; Funktion f2 = new Cosinus() ; System.out.println( schnittstelle( f, f2, 0, 2.0, 0.01 ) ); static double nullstelle( Funktion f, double ug, double og, double eps ) double m=(ug+og)/2 ; if (og-ug < eps) return m ; if ( f.at(ug) * f.at(m) <= 0 ) return nullstelle( f, ug, m, eps ) ; else return nullstelle( f, m, og, eps ) ; // ****** hier ergänzen Sie bitte Ihre Funktion schnittstelle static double schittstelle (Funktion f, Funktion g double ug, double og, double eps ) return nullstelle (new Differenz( f, g ), ug, og, eps );

10 // ******** hier ergänzen Sie bitte Ihre Klasse Differenz: class Differenz implements Funktion Funktion f, g; Differenz ( Funktion f1, Funktion f2 ) f = f1; g = f2; public double at(double x) return f.at(x) g.at(x);

11 Aufgabe 7: Parallele Prozesse (ca. 6 Punkte) Mit parallelen Prozessen soll in einem Java-Programm folgende Situation simuliert werden. In einem Computer-Netzwerk steht nur ein Drucker zur Verfügung, der die Druckaufträge von mehreren Benutzern bearbeiten muss. Natürlich kann der Drucker zu einem Zeitpunkt immer nur einen Text ausgeben. Andere Druckaufträge werden solange zurückgestellt. Falls gar keine Druckaufträge mehr vorliegen, wartet der Drucker untätig auf Arbeit. Es ist bereits ein Programmrahmen vorgegeben, der den Drucker und die einzelnen Druckaufträge durch jeweils einen Thread modelliert. Ergänzen Sie in der Klasse Drucker die fehlenden drei Methoden warteaufauftrag, löscheauftrag und gibauftragandrucker. Implementieren Sie die Methoden vollständig und so, dass sie zum Programmrahmen passen! // Hauptprogramm Drucker laser = new Drucker(); DruckAuftrag brief = new DruckAuftrag("Liebe...", laser); DruckAuftrag bericht = new DruckAuftrag("Ergebnisse...", laser); laser.start(); brief.start(); bericht.start(); // Programmrahmen class DruckAuftrag extends Thread private String text; private Drucker ziel; // Text, der gedruckt werden soll // Drucker, auf dem gedruckt werden soll DruckAuftrag (String s, Drucker d) text = s; ziel =d; public void run () // wird von jedem Druckauftrag-Prozess ausgeführt ziel.gibauftragandrucker(text); // Text beim Drucker abliefern class Drucker extends Thread private String aktuellertext; // Text, des gerade bearbeiteten Druckauftrags // oder null, falls es momentan nichts zu drucken gibt Drucker () aktuellertext = null; // Drucker hat momentan nichts zu tun public void run () // wird vom Drucker-Prozess ausgeführt while(true) // immer wieder einen Druckauftrag bearbeiten warteaufauftrag(); drucketext(aktuellertext); // hier wird auf Papier gedruckt löscheauftrag(); void drucketext (String text)... // soll nicht implementiert werden // hier fehlen noch warteaufauftrag, löscheauftrag und gibauftragandrucker // Platz für die Lösungs gibt¹s auf der nächsten Seite...

12 Aufgabe 7: Parallele Prozesse (Fortsetzung) // hier fehlen noch warteaufauftrag, löscheauftrag und gibauftragandrucker synchronized void warteaufauftrag () // Drucker wartet, falls es gerade nichts zu drucken gibt while (aktuellertext == null) try wait(); catch (InterruptedException ie) synchronized void löscheauftrag () aktuellertext = null; // Auftrag löschen, nichts mehr zu tun notifyall(); // wartende Druckaufträge benachrichtigen synchronized void gibauftragandrucker (String t) // warten bis aktueller Auftrag fertig gedruckt wurde while (aktuellertext!= null) try wait(); catch (InterruptedException ie) aktuellertext = t; // Text als aktuellen Auftrag eintragen notifyall(); // Drucker benachrichtigen, dass es Arbeit gibt // Ende der Klasse Drucker