Programmierprojekt Aufgabe 1

Transkript

1 v Die Formalitäten vorab (WICHTIG!!!): Technische Universität Darmstadt Fachbereich Informatik Prof. Dr. Johannes Fürnkranz Allgemeine Informatik 2 im SS 2009 Programmierprojekt Aufgabe 1 Bearbeitungszeit: bis Beachten Sie alle Hinweise zum Programmierprojekt auf der Seite darmstadt.de/vl/bin/view/ai2/projekt! Tragen Sie in die in der Vorgabe enthaltene Datei README.TXT (in BlueJ das Symbol links oben auf der Arbeitsfläche) Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein! Abgabe des Projekts (spätestens am um 23:59 Uhr!): Verpacken Sie das Projektverzeichnis mit allen Dateien und Unterverzeichnissen in eine ZIP-Datei, die als Namen Ihre Matrikelnummer trägt, also z.b zip. Im Terminal / in der Shell geht das so: zip -r zip propro01 Schicken Sie die ZIP-Datei per an aiabgabe@ke.tu-darmstadt.de. Der Betreff muss dabei auf jeden Fall Ihre Matrikelnummer enthalten! Im Text der Mail sollen zur Sicherheit noch mal Name und Matrikelnummer stehen. Bei mehrfachen Abgaben wird nur die zeitlich letzte Einsendung gewertet. Keine Teamarbeit Sie müssen das Projekt alleine bearbeiten! Diese Anleitung geht davon aus, dass Sie dieses Programmierprojekt in BlueJ bearbeiten. Sie können es aber genauso gut in Eclipse oder einer anderen IDE Ihrer Wahl bearbeiten. Achtung: Der Fachbereich Informatik misst der Einhaltung der Grundregeln der wissenschaftlichen Ethik großen Wert bei. Zu diesen gehört auch die strikte Verfolgung von Plagiarismus. Mit der Abgabe ihrer Lösung bestätigen Sie, dass Sie der alleinige Autor des gesamten Materials sind. Bei Unklarheiten zu diesem Thema finden Sie weiterführende Informationen auf oder sprechen Sie Ihren Betreuer an. Das bedeutet nicht nur, dass Abschreiben verboten ist, sondern auch Abschreiben lassen und Lösungen vergleichen - egal, ob das durch Weitergabe von Programmcode oder mündlich erfolgt! Lassen Sie Ihr Notebook / Ihren Rechner / Ihren USB-Stick nicht unbeaufsichtigt! ProPro1, Seite 1 von 5

2 Routenplaner Ziel des Programmierprojekts ist die Erstellung eines kleinen Routenplaners. Um das Straßennetz darstellen zu können, benötigen Sie eine geeignete Datenstruktur. Hierfür sollen Sie Graphen verwenden. Die erste Teilaufgabe besteht darin diese Datenstruktur zu erstellen und Unterstützung für eine Visualisierung mit Hilfe eines frei verfügbaren Programms bereitzustellen. Ein Graph besteht aus einer Menge von Knoten und einer Menge von Kanten, die Verbindungen zwischen den einzelnen Knoten darstellen. Für unseren Routenplaner betrachten wir die Knoten als Städte und die Kanten als Straßen. Abbildung1 zeigt, wie ein Graph aussehen könnte. Kanten können gewichtet sein. Jede Kante hat einen Wert, der je nach Kontext eine bestimmte Bedeutung hat. In unserem Fall repräsentiert das Gewicht einer Kante die Länge der Straße, die durch diese Kante dargestellt wird, in km. Vorbereitung Laden Sie sich die ZIP-Datei propro1.zip von der Veranstaltungswebseite ( herunter. Dieses Archiv beinhaltet ein Verzeichnis propro1, das Sie z.b. in BlueJ öffnen können. 1. Erstellen der Datenstruktur (2 Punkte) 1.1. Klasse Node Erstellen Sie als erstes eine Klasse Node, um einen Knoten zu repräsentieren. Ein Knoten hat eine eindeutige Nummer sowie eine Beschriftung. Deklarieren Sie dafür in ihrer Klasse Objektvariablen: eine Variable für die Beschriftung vom Typ String, ein Variable für die eindeutige Nummer vom Typ int und einen Zähler vom Typ static int, welche sich bei jedem Aufruf des Konstruktors um den Wert 1 erhöht. Der Konstruktor bekommt die Beschriftung als Parameter übergeben und initialisiert damit die Beschriftung des Knotens. Die eindeutige Nummer wird dem aktuellen Zählerstand der statischen Variablen entnommen. Beachten Sie das Prinzip der Datenkapselung. Dies bedeutet, dass die Variablen als private deklariert werden müssen, damit diese von außen nicht sichtbar sind. Um trotzdem auf den Wert zugreifen zu können, müssen Sie für die Beschriftung eine get-methode getbeschriftung() bereitstellen, die den Wert der Beschriftungsvariablen zurückgibt. Erstellen Sie weiterhin eine Methode getname(), die einen String zurückliefert, welcher sich aus einem KN und der eindeutigen, fortlaufenden Nummer zusammensetzt. Beispielsweise gibt diese Methode für einen Knoten mit Nummer 23 den String "KN23" zurück Klasse Edge Abbildung 1 Weiterhin benötigen wir eine Klasse Edge, um die Kanten zu repräsentieren. Jene muss diese zwei Knoten, welche sie verbindet, sowie ihr Gewicht, also die Distanz, kennen. Erstellen Sie hierfür insgesamt drei Objektvariablen: zwei für die beiden Knoten sowie eine für die Distanz. Diese sollen von einem zu implementierenden Konstruktor gesetzt werden. Beachten Sie auch hier das Prinzip der Datenkapselung und stellen Sie für jede der drei Objektvariablen eine get-methode bereit. ProPro1, Seite 2 von 5

3 2. Grafische Ausgabe (2 Punkte) 2.1. tostring()-methode Ihre Aufgabe ist es, in der Klasse Node und in der Klasse Edge eine Methode String tostring() zu implementieren. Sie soll für den entsprechenden Knoten bzw. die entsprechende Kante die Daten im dot-format ausgeben (siehe Abschnitt Anmerkung zur Dot-Sprache ). Um das Erstellen der fertigen Datei müssen sie sich nicht kümmern: Dafür stehen Ihnen fertige Methoden in der Klasse Graph aus dem vorbereiteten Projekt zur Verfügung, welches Sie sich heruntergeladen haben. Dazu aber später mehr. Die tostring()-methode eines Knoten soll einen String in folgendem Format zurückgeben: KN0 [label="darmstadt"]; wobei KN0 der Knotenname ist und Darmstadt der Bezeichner des Knoten. Die tostring()-methode der Klasse Edge soll die Informationen über eine Kante in folgendem Format zurückgeben: KN0 -- KN1 [label="30"]; wobei KN0 und KN1 die Namen der Endknoten sind und 30 die der Kante zugeordnete Distanz. Hinweise: 1. Um in einem String ein Anführungszeichen zu schreiben, müssen Sie dem Zeichen einen Backslash ( \ ) voransetzen, damit Java weiß, dass der String hier noch nicht zu Ende ist. Angenommen, wir wollen folgenden Text einem String s zuweisen: A. Möller: Mailand oder Madrid Hauptsache Italien!. Der Befehl dazu würde folgendermaßen aussehen: String s = "A. Möller: \"Mailand oder Madrid - Hauptsache Italien!\""; 2. Sie können Ihre tostring()-methoden in BlueJ testen, indem Sie das Projekt kompilieren und zunächst zwei Objekte der Klasse Node erzeugen (Rechtsklick auf die Klasse und new( )). Denken Sie daran, dass der Konstruktor einen String erwartet Sie müssen Ihre Eingabe also in Anführungszeichen setzen. Anschließend erstellen Sie noch ein Objekt der Klasse Edge, das die Knoten KN0 und KN1 verbindet und eine bestimmte Länge hat. Die Parameter für den Start- und Endknoten sind vom Typ Node. Übergeben Sie hier also direkt die beiden Knoten-Objekte, die Sie bereits erstellt haben. Sie können sich nun für die beiden Knoten und für die Kante den String anzeigen lassen, der von der tostring()-methode erzeugt wird (Rechtsklick auf das jeweilige Objekt und dann tostring()) und überprüfen, ob dieser dem gewünschten Format entspricht Erstellen eines Testgraphen Als abschließende Aufgabe sollen Sie nun den unten gegebenen Graphen nachbauen. Erstellen Sie dafür eine weitere Klasse Beispielgraph, in der Sie eine main-methode implementieren. Erzeugen Sie in dieser nun zunächst für jeden Knoten und jede Kante des Graphs ein Objekt. Dann erstellen Sie sich ein neues Objekt der vorgegebenen Klasse Graph, das letztlich den gesamten Graph repräsentiert. Nutzen Sie die Methoden addnode(node node) und addedge(edge edge) der Klasse Graph, um die von Ihnen erstellten Knoten und Kanten dem Graph ProPro1, Seite 3 von 5

4 hinzuzufügen. Sind alle Kanten und Knoten Ihrem Graph-Objekt hinzugefügt, können Sie die Methode writegraph() nutzen, um eine fertige dot-datei zu erzeugen, welche Sie wie unter Bilderzeugung in der Dot-Sprache beschrieben in ein Bild umwandeln können. Gibt diese Methode true zurück, sollte das Schreiben der Datei erfolgreich gewesen sein. Die Datei wird in Ihr Projektverzeichnis geschrieben und heißt out<nummer>.dot. Aus dieser dot-datei können Sie sich, wie im Anhang beschrieben, eine grafische Darstellung des Graphen erzeugen lassen. Je nachdem, in welcher Reihenfolge Sie die Knoten und Kanten dem Graph hinzugefügt haben, kann Ihr Bild von Abbildung 2 abweichen. Die Struktur des Graphen muss allerdings identisch sein! 3. Javadoc (1 Punkt) Abbildung 2 Denken Sie daran alle Ihre Klassen und Methoden mit entsprechenden Javadoc-Kommentaren zu versehen, so wie Sie es in den Übungen kennengelernt haben. Anmerkung zur Dot-Sprache Um uns die Graphen anzeigen zu lassen, nutzen wir das GraphViz-Dot-Framework. Auf den Rechnern im Poolraum ist dieses bereits installiert (falls Sie auf Ihrem eigenen Rechner arbeiten, steht es Ihnen unter zum Herunterladen zur Verfügung). Das Programm dot nimmt dabei eine Datei, welche den Graph beschreibt, entgegen und erzeugt daraus eine Bilddatei. Die Eingabedatei muss folgendem Format folgen: ProPro1, Seite 4 von 5

5 Jede Datei fängt mit dem Wort Graph an, gefolgt von einer { und der entsprechenden schließenden }. Zwischen den beiden Klammern werden die Knoten und Kanten des Graphs definiert. Eine Kante, welche die Knoten KN0 und KN1 verbindet, wird durch folgende Zeile definiert: KN0 -- KN1; Ein Knoten KN0 durch: KN0; Wichtig dabei ist, dass die Namen der Knoten in den Kantendefinitionen identisch mit den Namen der Knoten sind. Eine Kante, die zwei Knoten KN0 und KN1 verbindet, muss also auch KN0 -- KN1 heißen. Knoten und Kanten können durch Eigenschaften noch näher beschrieben werden. In unserem Fall benötigen unsere Kanten noch ihre Distanz. Eine Kante zwischen KN0 und KN1 mit einer Entfernung von 30km sieht also folgendermaßen aus: KN0 -- KN1 [label="30"]; Knoten sollen durch ihre Beschriftung näher beschrieben werden, z.b. KN0 [label="darmstadt"]; KN1 [label="frankfurt"]; Beispiel Unser Beispielgraph aus Abbildung 1 würde also durch folgende Datei beschrieben werden: Graph { KN0 -- KN1 [label="1"]; KN0 -- KN2 [label="4"]; KN1 -- KN2 [label="2"]; KN0 [label="a"]; KN1 [label="b"]; KN2 [label="c"]; } Bilderzeugung in der Dot-Sprache Der Konsolenbefehl unter Linux, um eine Datei graph.txt einzulesen und als Bilddatei graph.gif auszugeben, lautet wie folgt: dot Tgif o graph.gif graph.txt Unter Windows starten Sie die Datei GVedit.exe, die sich im selben Verzeichnis wie dot.exe befindet, und öffnen unter Datei Open die Textdatei, die ihren Graphen beschreibt. Durch Drücken von Graphviz Run öffnet sich ein Fenster in dem Sie noch nähere Einstellungen treffen können (z.b. Ausgabepfad angeben). Wichtig ist hier, dass sie unter Layout Engine die Sprache dot ausgewählt haben. Die restlichen Einstellungen können so bleiben. Drücken Sie auf Ok, um die Übersetzung zu starten. Viel Erfolg! ProPro1, Seite 5 von 5