Einführung in die Programmierung

Transkript

1 Einführung in die Programmierung 2.5 if -Anweisungen 2.6 Nochmals Schleifen: while Loops 2.Y Output Thomas R. Gross Department Informatik ETH Zürich

2 Uebersicht 2.2 Typen und Variable Deklaration von Variablen 2.3 Schleifen (Loops) for Loops Verschachtelte Schleifen 2.4 Methoden mit Parametern 2.5 if -Anweisungen 2.6 Nochmals Schleifen while Loops 2.X Input 2.Y Output 2

3 Faktorisierung für if/else Anweisungen Example: if (a == 1) { System.out.println(a); x = 3; b = b + x; else if (a == 2) { System.out.println(a); x = 6; y = y + 10; b = b + x; else { // a == 3 System.out.println(a); x = 9; b = b + x; System.out.println(a); x = 3 * a; if (a == 2) { y = y + 10; b = b + x;

4 Boolesche Ausdrücke if (((x>0) && (y>0)) && (z > 0)) { // block 1 // more code if (((x>0) && (y>0)) && (z >= 0)) { // block 2 Was ist an diesem Code Beispiel schlecht? 4

5 Boolesche Ausdrücke if (((x>0) && (y>0)) && (z > 0)) { // block 1 // more code if (((x>0) && (y>0)) && (z >= 0)) { // block 2 Was ist an diesem Code Beispiel schlecht? (x>0) && (y>0) mehrfach berechnet 5

6 Typ boolean Boolesche Werte können in Variablen des Typs boolean gespeichert werden. boolean ist ein Basistyp (primitive type) Parameterübergabe: Der Typ boolean kennt nur zwei Werte: wahr (true) und falsch (false). boolean quadrant1; Oder boolean quadrant1 = true; deklarieren boolesche Variable.

7 Typ boolean Boolesche Werte können in Variablen des Typs boolean gespeichert werden. boolean ist ein Basistyp (primitive type) Parameterübergabe: value semantics Der Typ boolean kennt nur zwei Werte: wahr (true) und falsch (false). boolean quadrant1; Oder boolean quadrant1 = true; deklarieren boolesche Variable.

8 Typ boolean Ein Vergleich ("test") ist ein boolescher Ausdruck (ein Ausdruck der ein boolean Ergebnis hat). Ergebnis kann in einer Variable des Typs boolean gespeichert werden Boolesche Variable können mit den booleschen Operatoren kombiniert werden.

9 Boolesche Ausdrücke mit boolean Variablen boolean quadrant1 = (x>0) && (y>0); if (quadrant1 && (z > 0)) { // block 1 ; // more code if (quadrant1 && (z >= 0)) { // block 2 Annahme: keine Aenderung von x, y. 11

10 Typ boolean Beispiele boolean isjugendlicher = (alter < 18); boolean wohntinzuerich = (plz >= 8000) && (plz < 8100); // nur fuer volljaehrige aus Zuerich if (isjugendlicher!wohntinzuerich) { System.out.println("Kein Zutritt!");

11 Hinweise Manchmal sieht man solchen Code (test ob eine Variable den Wert true hat): if (isprime == true) {... // schlecht Das ist nicht nötig und redundant. Besser : if (isprime) {... // gut

12 Hinweise Auch nicht besser ist der Test für false: if (isprime == false) { if (!isprime) { // schlecht // gut

13 Bedingte ("short-circuit") Auswertung Für && und müssen nicht immer beide Operanden ausgewertet werden, um das Ergebnis zu ermitteln Java beendet die Auswertung eines booleschen Ausdrucks sobald das Ergebnis fest steht. Ausdrücke werden von links nach rechts, gemäss Präzedenz ausgewertet && stoppt sobald ein Teil(ausdruck) false ist stoppt sobald ein Teil(ausdruck) true ist

14 Bedingte ("short-circuit") Auswertung Java beendet die Auswertung eines booleschen Ausdrucks sobald das Ergebnis fest steht. Ausdrücke werden von links nach rechts, gemäss Präzedenz ausgewertet && stoppt sobald ein Teil(ausdruck) false ist stoppt sobald ein Teil(ausdruck) true ist Diese Art der Auswertung heisst bedingte Auswertung Folgende Teilausdrücke werden abhängigvon zuerst ausgewerteten Ausdrücken (nicht) evaluiert

15 Auswertung des Tests Wir wollen nur Quotienten (für a,b) grösser als 0 drucken: Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Eingabe zweier Zahlen: "); int a = console.nextint(); int b = console.nextint(); System.out.println(a + " / " + b + " = " + a/b);...

16 Auswertung des Tests Viele "if" Statements machen den Code unlesbar Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Eingabe zwei Zahlen: "); int a = console.nextint(); int b = console.nextint(); if ( b!=0) { if ( a/b>0 ) { System.out.println(a + " / " + b + " = " + a/b); ;...

17 Auswertung des Tests Wir wollen nur Quotienten (für a,b) grösser als 0 drucken: Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Eingabe zweier Zahlen: "); int a = console.nextint(); int b = console.nextint(); // a/b > 0 UND // b!= 0 System.out.println(a + " / " + b + " = " + a/b);...

18 Reihenfolge ist wichtig Dieser Code führt zu einer Fehlermeldung wenn b == 0: // Warning. Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Eingabe zweier Zahlen: "); int a = console.nextint(); int b = console.nextint(); if (a/b>0) && (b!=0) { System.out.println(a + " / " + b + " = " + a/b); ;...

19 Bedingte ("short-circuit") Auswertung Dieser Code führt zu keiner Fehlermeldung wenn b == 0: // Now there is no problem Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Eingabe zweier Zahlen: "); int a = console.nextint(); int b = console.nextint(); if (b!=0) && (a/b>0) { System.out.println(a + " / " + b + " = " + a/b); ;...

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22 De Morgan's Regeln De Morgan's Regeln: Regeln fürdie Negation boolescher Ausdrücke. Praktisch wenn man das Gegenteil eines Ausdrucks braucht. Beispiel: Ursprünglicher Ausdruck Negierter Ausdruck Alternative a && b!a!b!(a && b) a b!a &&!b!(a b) Original if (x == 7 && y > 3) { Negiert if (x!= 7 y <= 3) {......

23 2.5 Nochmals Schleifen Bisher: Obergrenze für Schleifenzähler stand zu Beginn der Schleife fest Jetzt: mehr Flexibilität Korrekte Terminierung wichtig 43

24 Eine triviale Aufgabe... Schreiben Sie eine Methode printnumbers die die Zahlen von 1 bis N durch Komma getrennt ausgibt. Beispiel: Obergrenze N eingeben: 5 sollte ergeben: 1, 2, 3, 4, 5

25 Fehlerhafte Lösungen public static void printnumbers() { Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Obergrenze N eingeben: "); int max = console.nextint(); for (int i = 1; i <= max; i++) { System.out.print(i + ", "); System.out.println(); // to end the line of output Output bei Eingabe 5: 1, 2, 3, 4, 5,

26 Fehlerhafte Lösungen public static void printnumbers() { Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Obergrenze N eingeben: "); int max = console.nextint(); for (int i = 1; i <= max; i++) { System.out.print(", " + i); System.out.println(); // to end the line of output Output bei Eingabe 5:, 1, 2, 3, 4, 5

27 Gartenzaun Analogie Wir geben n Zahlen aus aber brauchen nur n - 1 Kommas. Aehnlich dem Bau eines Weidezaunes mit Pfosten und Querstreben Wenn wir - wie in der 1. fehlerhaften Lösung Pfosten und Streben installieren dann hat der letzte Pfosten in der Luft hängende Streben. for (Laenge des Zauns) { Betoniere Pfosten. Installiere Querstreben.

28 Schleife Fügen Sie eine Anweisung ausserhalb der Schleife hinzu um den ersten "Pfosten" zu plazieren Betoniere Pfosten. for (Laenge des Zauns - 1) { Installiere Querstreben. Betoniere Pfosten.

29 Lösungen basierend auf dieser Idee System.out.print(1); for (int i = 2; i <= max; i++) { System.out.print(", " + i); System.out.println(); // to end the line Alternative: 1. oder letzter Durchlauf durch die Schleife kann verändert werden: for (int i = 1; i <= max - 1; i++) { System.out.print(i + ", "); System.out.println(max); // to end the line

30 "off-by-one" Error (Um-Eins-daneben-Fehler) Die Schleife wurde einmal zuviel (oder einmal zuwenig) durchlaufen. "Zaunpfahlproblem" es gibt sogar eine D Wikipedia Seite (Inhalt ohne Gewähr) 50

31 Terminierung von Loops Verwandeln Sie die Methode printnumbers in eine neue Methode printprimes die alle Primzahlen bis zur Obergrenze max ausgibt. Beispiel: printprimes mit Eingabe 50 ergibt: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47 Wenn max < 2, gebe nichts aus. Eine Primzahl p kann in genau zwei Faktoren zerlegt werden: p und 1

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33 // Prints all prime numbers up to the given max. public static void main (String[] args) { Beispiellösung Scanner console = new Scanner(System.in); System.out.print("Input max: "); int max = console.nextint(); // Prints all prime numbers up to the given max. if (max >= 2) { System.out.print("2"); for (int i = 3; i <= max; i++) { if (isprime(i, max)) { System.out.print(", " + i); System.out.println(); // isprime returns true if i is prime

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35 while Schleifen

36 Klassifizierung von Schleifen bestimmte Schleife (definite loop): Anzahl der Ausführungen des Rumpfes ist vorher bekannt. Die for Schleifen waren bisher immer bestimmte Schleifen. Drucke "hello" 10-mal. Finden Sie alle Primzahlen < einer ganzen Zahl n. Drucken Sie jede ungerade Zahl zwischen 7 und 91. unbestimmte Schleife (indefinite loop): Anzahl der Ausführungen des Rumpfes ist nicht vorher bekannt.

37 Klassifizierung von Schleifen unbestimmte Schleife (indefinite loop): Anzahl der Ausführungen des Rumpfes ist nicht vorher bekannt. Lesen Sie den Input von der Konsole bis der Benutzer eine nichtnegative ganze Zahl eingibt. Wiederholen Sie bis der Benutzer ein "q" eingegeben hat. Lesen Sie eine Datei bis drei aufeinanderfolgende Sätze mit einem "!" enden. Nehmen Sie Beiträge (via crowdfunding) entgegen bis das Ziel erreicht ist.

38 Die while Schleife while Schleife: Führen Sie den Schleifenrumpf so lange aus wie der boolesche Ausdruck test den Wert true ergibt. while (test) { statement(s); Beispiel: int num = 1; while (num*num <= 2000) { System.out.print(num + " "); num = num * 2; // output: // initialization // test // update

39 Die while Schleife while Schleife: Führen Sie den Schleifenrumpf so lange aus wie der boolesche Ausdruck test den Wert true ergibt. while (test) { statement(s); Beispiel: int num = 1; while (num*num <= 2000) { System.out.print(num + " "); num = num * 2; // output: nein Ist test wahr? Anweisung nach Loop ausfuehren ja Anweisung(en) im Loop ausfuehren

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41 Beispiellösung public static boolean isprime (int arg, int max){ // Determine how many factors the given number has. boolean found = false; int step = 2; while (!found) { if (arg % step == 0) { found = true; // another factor found else { step++ ; // keep on searching // other factor == arg: prime found return (step == arg);

42 Beispiel while Schleife // finds the first factor of 91, other than 1 int n = 91; int factor = 2; while (n % factor!= 0) { factor++; System.out.println("First factor is " + factor); // output: First factor is 7 while ist hier bessser als for weil wir nicht wissen wie oft wir den Zähler erhöhen müssen um den 1. Faktor zu finden

43 Werte die Hinweise sind Hinweiszeichen (Sentinel) ("sentinel"): Ein Wert der das Ende eine Reihe anzeigt sentinel loop: Schleife deren Rumpf ausgeführt wird bis ein Sentinel gesehen wurde Beispiel: Ein Programm soll Zahlen einlesen bis der Benutzer eine 0 eingibt; dann soll die Summe aller eingegebenen Zahlen ausgegeben werden. (In diesem Beispiel ist 0 das Hinweiszeichen/der Sentinel.)

44 Werte die Hinweise sind Beispiel: Ein Programm soll Zahlen einlesen bis der Benutzer eine 0 eingibt; dann soll die Summe aller eingegebenen Zahlen ausgegeben werden. (In diesem Beispiel ist 0 das Hinweiszeichen/der Sentinel.) Enter a number (0 to quit): 10 Enter a number (0 to quit): 20 Enter a number (0 to quit): 30 Enter a number (0 to quit): 0 The sum is 60

45 Fehlerhafte Lösung Was ist an diesem Programm falsch? Scanner console = new Scanner(System.in); int sum = 0; int number = 1; // "dummy value", anything but 0 while (number!= 0) { System.out.print("Enter a number (0 to quit): "); number = console.nextint(); sum = sum + number; System.out.println("The total is " + sum);

46 Ein anderes Hinweiszeichen Aendern Sie das Programm so dass -1 der Sentinel ist. Example log of execution: Enter a number (-1 to quit): 15 Enter a number (-1 to quit): 25 Enter a number (-1 to quit): 10 Enter a number (-1 to quit): 30 Enter a number (-1 to quit): -1 The total is 80

47 Ein anderes Hinweiszeichen Setzen Sie den Sentinel auf -1: Scanner console = new Scanner(System.in); int sum = 0; int number = 1; // "dummy value", anything but -1 while (number!= -1) { System.out.print("Enter a number (-1 to quit): "); number = console.nextint(); sum = sum + number; System.out.println("The total is " + sum); Jetzt ist das Result falsch. Warum? The total was 79

48 Das Problem mit diesem Programm Unser Programm folgt diesem Muster: summe = 0. while (input ist nicht der sentinel) { drucke prompt; lese input. addiere input zu summe. Beim letzten Durchlauf durch den Rumpf wird der Sentinel -1 zur Summe addiert:

49 Das Problem mit diesem Programm Beim letzten Durchlauf durch den Rumpf wird der Sentinel -1 zur Summe addiert: drucke prompt; lese input (-1). addiere input (-1) zu summe. Beispiel inkorrekter Terminierung (off-by-one error, Zaunpfahlproblem): Müssen N Zahlen lesen aber nur die ersten N-1 addieren.

50 Lösung summe = 0. drucke prompt; lese input. while (input ist nicht der sentinel) { addiere input zu summe. drucke prompt; lese input. // setzen eines pfostens // installation querstrebe // setzen eines pfostens Schleifen mit einem Sentinel folgen oft diesem Muster.

51 Beispiel mit Sentinel Scanner console = new Scanner(System.in); int sum = 0; // pull one prompt/read ("post") out of the loop System.out.print("Enter a number (-1 to quit): "); int number = console.nextint(); while (number!= -1) { sum = sum + number; // moved to top of loop System.out.print("Enter a number (-1 to quit): "); number = console.nextint(); System.out.println("The total is " + sum);

52 do/while Schleife do/while Schleife: Führt den test am Ende des Schleifenrumpfes aus um zu entscheiden, ob ein weiterer Durchlauf nötig ist Stellt sicher dass der Rumpf { mindestens einmal ausgeführt wird. do { statement(s); while (test); Anweisung(en) im Loop ausfuehren Ist test wahr? nein Anweisung nach Loop ausfuehren ja

53 do/while Schleife Nochmal Beispiel // Add numbers till -1 is entered Scanner console = new Scanner(System.in); int sum = 0; // first round nothing to add int number = 0; Anweisung(en) im Loop ausfuehren Ist test wahr? nein Anweisung nach Loop ausfuehren ja do { sum = sum + number; System.out.print("Enter a number (-1 to quit): "); number = console.nextint(); while (number!= -1); System.out.println("The total is " + sum);