Informatik II Übung 6. Pascal Schärli

Transkript

1 Informatik II Übung 6 pascscha@student.ethz.ch

2 Was gibts heute? Warm-Up Nachbesprechung Serie 5 Best-Of Vorlesung: Klassenhierarichie Abstrakte Klassen Factories Vorbesprechung Serie 6 2

3 Warm - Up

4 Warm Up Basisprüfung 2012 Wie muss man bei den folgenden Codefragmenten die Lücke füllen, um die gewünschte Laufzeit zu erreichen? a) O(n4) i<n2 int a = 0; i<n*n ; i++) { for(int i = 0; for(int j = i/100; j > 0; j--) { a++; b) O(log n) i< int a = 0; 1<<(i*i)<n ; i++) { for(int i = 0;. for(int j = i/100; j > 0; j--) { a++; 4

5 Warm Up int a = 0; for(int i = 0; i < N ; i++) { for(int j = i/100; j > 0; j--) { a++; Hat die selbe Komplexität int a = 0; for(int i = 0; i < N ; i++) { for(int j = i; j > 0; j--) { a++; O(N2) a) O(N2) = O(n4) N = n2 a) O(N2) = O(log(n)) N = 5

6 Warm Up Wie kommt man von i< zu 1<<(i*i)<n? Bitshift: a<<b die Zahl a wird als binärzahl um b Bytes nach links geschoben 5<<2 = 0b101<<2 = 0b10100 = 20 a<<b = a*2b Es gibt auch a>>b, dann würde a um b Bytes nach rechts geschoben werden. i< i*i< 2i*i<n 1<<(i*i) < n 6

7 Nachbesprechung

8 Nachbesprechung U5 Übersichtlichkeit if(i>0){ return true; else{ return false; return i>0; List newlist = new List(value,list); return newlist; return new List(value,list); if(list == null){ return new List(value, null); else{ return new List(value, list); return new List(value, list); 8

9 Nachbesprechung U5 Übersichtlichkeit Ctrl + Shift + F -danke :) 9

10 Nachbesprechung U5A1 public static List add(list list, int value) { return new List(value, list); null 10

11 Nachbesprechung U5A1 public static int size(list list) { if (list == null) return 0; return size(list.next) + 1; size(list.next); 1+3=4 1+size(list.next); 1+2= size(list.next); 1+1=2 8 null 1+size(list.next); 1+0=1 11

12 Nachbesprechung U5A1 public static int sum(list list) { if (list == null) return 0; return list.value + sum(list.next); sum(list.next); 1+33=34 4+sum(list.next); 4+29= sum(list.next); 21+8=29 8 null 8+sum(list.next); 8+0=8 12

13 Nachbesprechung U5A1 public static List last(list list) { if (list == null) return null; if (list.= null) return list; return last(list.next); [List A] [List B] 1 [List C] 4 last(list.next); [List D] last(list.next); [List D] [List D] 21 last(list.next); [List D] 8 null Return list; [List D] 13

14 Nachbesprechung U5A1 public static List sublist(list list, int index) throws IndexOutOfBoundsException { if (list == null index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(); if (index == 0) return list; return sublist(list.next, index-1); Beispiel: sublist(list,2); [List A] [List B] 1 sublist(list.next,1); [List C] [List C] 4 sublist(list.next,0); [List C] [List D] 21 8 null return list; [List C] 14

15 Nachbesprechung U5A1 public static int valueat(list list, int index) throws IndexOutOfBoundsException { if (list == null index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(); if (index == 0) return list.value; return valueat(list.next, index-1); Beispiel: valueat(list,2); 1 4 valueat(list.next,1); valueat(list.next,0); null return

16 Nachbesprechung U5A1 public static int index(list list, int value) throws NoSuchElementException { if (list == null) throw new NoSuchElementException(); if (list.value == value) return 0; return 1 + index(list.next, value); Beispiel: index(list,21); 1 1+index(list.next,21); 1+1=2 4 1+index(list.next,21); 1+0= null return

17 Nachbesprechung U5A2 public static void append(list list, int value) throws IllegalArgumentException { if (list == null) throw new IllegalArgumentException(); u5a1.lists.last(list). new List(value, null); new List(1,null) 1 17

18 Nachbesprechung U5A2 public static void concat(list head, List tail) throws IllegalArgumentException { if (head == null) throw new IllegalArgumentException(); u5a1.lists.last(head). tail; null 18

19 Nachbesprechung U5A2 public static void insertat(list list, int index, int value) throws IndexOutOfBoundsException { if (list == null index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(); if (index == 0) { list. new List(value, list.next); else { insertat(list.next, index-1, value); Beispiel: insertat(list,1); 21 1 insertat(list.next,0); 4 8 null index == 0 19

20 Nachbesprechung U5A2 public static void insertat(list list, int index, List newlist) throws IndexOutOfBoundsException { if (newlist == null) return; if (list == null index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(); if (index == 0) { u5a1.lists.last(newlist). list.next; list. newlist; else { insertat(list.next, index-1, newlist); Beispiel: list1 1,8 list2 4,21 insertat(list1,0,list2); null 20

21 Nachbesprechung U5A2 public static List remove(list list, int index) throws IndexOutOfBoundsException { if (list == null index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(); if (index == 0) return list.next; list. remove(list.next, index-1); return list; Beispiel: remove(list,2); [List A] [List B] 1 list.next=remove(list.next,1); list.next= [List B] return [List A] [List C] 4 [List D] 21 list.next=remove(list.next,0); index == 0; list.next= [List D] return [List B] return [List D] 8 null 21

22 Nachbesprechung U5A3 public static List insertsorted(list list, int value) { if (list == null) return new List(value, null); if (value < list.value) return new List(value, list); list. insertsorted(list.next, value); return list; [List B2] Beispiel: insertsorted(list,8); [List A] [List B] 1 list.next=insertsorted(list.next,8); list.next= [List B] return [List A] 4 list.next=insertsorted(list.next,8); list.next= [List B2] return [List B] 8 [List C] 21 null 8 < 21 return new List(value,list) [List B2] 22

23 Nachbesprechung U5A3 public static List sort(list list) { if (list == null) return null; return insertsorted(sort(list.next), list.value); 23

24 Vorlesung

25 Klassen public class myclass { static Klassenspezifisch für jedes Objekt der Klasse myclass den gleichen Wert int myint; protected static int mystaticint; public int mypublicint; private int myprivateint; private Nur sichtbar in dieser Klasse public void mypublicfunction(int a) { myprivatefunction(a); public Für alle sichtbar protected static void mystaticfunction(int a) { mystaticint = a; protected Nur sichtbar in dieser Klasse und allen Unterklassen package-private (default) private void myprivatefunction(int a) { myprivateint = mystaticint+a; Nur sichtbar für das selbe Paket 25

26 Klassenhierarchie Syntax: public class Auto extends Fahrzeug{ public class Lastwagen extends Auto{ Vererbung dient der Gliederung und Standartisierung der Objekte (so könnte z.b. in Fahrzeug definiert werden, dass jede Erb-Klasse das Attribut Geschwindigkeit hat) 26

27 Klassenhierarchie - Beispiel public class Fahrzeug{ int radzahl; public class Auto extends Fahrzeug{ protected float hubraum; public Auto(float hubraum){ super(4); this.hubraum = hubraum; public class Lastwagen extends Auto{ float capacity; public float gethubraum(){ return hubraum; public Fahrzeug(int radzahl){ this.radzahl = radzahl; public Lastwagen(float hubraum,float capacity){ super(hubraum); this.capacity = capacity; public void sethubraum(float hubraum){ if(hubraum>0) this.hubraum = hubraum; 27

28 Klassenhierarchie - Beispiel Fahrzeug myfahrrad = Fahrzeug myauto = Fahrzeug mylastwagen = new Fahrzeug(2); new Auto(1400); new Lastwagen(80000,50); System.out.println(myFahrrad.radzahl); System.out.println(myAuto.radzahl); System.out.println(myLastwagen.radzahl); myfahrrad.sethubraum(300); myauto.sethubraum(1600); mylastwagen.sethubraum(100000); Output: Fehler beim Kompilieren: Fahrzeug The method sethubraum(int) is undefined for the type Fahrzeug radzahl Auto extends Fahrzeug hubraum gethubraum set Hubraum Lastwagen extends Auto capacity 28

29 Klassenhierarchie Type Casts Warum können wir obwohl wir Objekte vom Typ Auto und Lastwagen haben den Hubraum nicht bestimmen? Bei der Instanzierung vom Objekt myauto Fahrzeug myauto = new Auto(1400); dass myauto vom Typ Fahrzeug ist. myauto hätte aber schon alle Eigenschaften der Klasse Auto, Java weis das nur nicht. Wie kann man also Java sagen, dass myauto trotzdem vom Typ Auto ist? Type Casts (Auto)myAuto Typ Auto 29

30 Klassenhierarchie - Beispiel Fahrzeug myfahrrad = Fahrzeug myauto = Fahrzeug mylastwagen = new Fahrzeug(2); new Auto(1400); new Lastwagen(80000,50); System.out.println(myFahrrad.radzahl); System.out.println(myAuto.radzahl); System.out.println(myLastwagen.radzahl); ((Auto)myFahrrad).setHubraum(300); ((Auto)myAuto).setHubraum(1600); ((Auto)myLastwagen).setHubraum(100000); Fahrzeug Output: Runtime Error: Exception in thread "main" java.lang.classcastexception: Fahrzeug cannot be cast to Auto radzahl Auto extends Fahrzeug hubraum gethubraum set Hubraum Lastwagen extends Auto capacity 30

31 Klassenhierarchie instanceof Achtung bei Type casts Falls der Cast nicht möglich ist, gibt es einen Runtime Error! Wie können wir das verhindern? instanceof Operator gibt zurück, ob ein Objekt gecasted werden kann. if(f instanceof Auto) { System.out.println(((Auto)f).getHubraum()); 31

32 Klassenhierarchie - Beispiel ArrayList<Fahrzeug> mylist = new ArrayList<Fahrzeug>(); mylist.add(new Fahrzeug(2)); mylist.add(new Auto(1400)); mylist.add(new Lastwagen(80000,50)); Output: for(fahrzeug f : mylist) { if(f instanceof Auto) { System.out.println(((Auto)f).getHubraum()); Fahrzeug radzahl Auto extends Fahrzeug hubraum gethubraum set Hubraum Lastwagen extends Auto capacity 32

33 Abstrakte Klassen MyClass extends MyAbstract{ Manchmal ist es sinnvoll, eine Methode zu definieren, aber nicht zu implementieren. Beispiel: Flächeninhalt von geometrischen Objekten: Jedes dieser Objekte hat einen Flächeninhalt Für verschiedene Formen wird dieser jedoch unterschiedlich berechnet Zwei Arten: abstract interface 33

34 Abstrakte Klassen - abstract Man kann sowohl Methoden implementieren, als auch nur deklarieren Man kann keine Objekte einer abstrakten Klasse instanzieren (weil man sonst Methoden aufrufen könnte, die nicht implementiert sind!) public abstract class GeomObject { double costperarea; public abstract double flaeche(); public double cost() { return flaeche()*costperarea; 34

35 Beispiel - abstract public abstract class GeometricObject { double costperarea; public abstract double flaeche(); public class Rechteck extends GeometricObject{ private double width; private double height; public double cost() { return flaeche()*costperarea; public Rechteck(double width, double height, double costperarea) { this.width = width; this.height = height; this.costperarea = costperarea; public class Kreis extends GeometricObject{ private double radius; public Kreis(double radius, double costperarea) { this.radius=radius; this.costperarea = costperarea; public double flaeche() { return width*height; public double flaeche() { return radius*radius* ; 35

36 Abstrakte Klassen - interface MyClass implements MyInterface{ Vom Prinzip her ähnlich zu abstrakten Klassen, aber: Nur Methoden deklarieren, nicht implementieren Vorteil: Eine Klasse kann mehrere Interfaces implementieren, aber nur von einer Klassen erben public interface GeometricObject { double costperarea; public double flaeche(); public double cost(); 36

37 Abstrakte Klassen - interface Wann nutzt man Interfaces? Wenn man als Entwickler eine Schnittstelle anbieten will Beispiel: Wir definieren ein Interface IStack für einen Stack. Dieses Interface garantiert, dass die nötigen Funktionen: push, pop, peek, empty usw vorhanden sind. Wie der Stack dann implementiert ist, belibt offen aber wenn ein Objekt das Interface IStack implementiert, kann man sicher sein, dass alle benötigten Funktionen vorhanden sind. 37

38 Factories Zwei Informatiker Arbeiten mit Bäumen: Damit sie gleichzeitig Arbeiten können implementiert sie einer, der andere nutzt sie Anfangs wird entschieden: Wir benutzen einen ArrayTree Während der Entwicklung merkt man: ListTree wäre für diese Anwendung besser geeignet. Benutze: ArrayTree Meinung geändert: Ändere alle ArrayTree zu ListTree 38

39 Factories - Beispiel Statt den Konstruktor direkt zu benutzen, wird dies über eine TreeFactory gemacht! Tree t = TreeFactory.makeTree(); 39

40 Vorbesprechung

41 U6A1 - Klassen, Schnittstellen und Typumwandlungen interface I{ abstract class A1 implements I{ abstract class A2 implements I{ class C1 extends A1{ class C2 implements I{ class C3 extends A2{ A1 c = new C1(); I i = c; A1 a1 = c; A2 a2 = c; C1 c1 = c; C2 c2 = c; C3 c3 = c; I A1 C1 A2 C2 C3 41

42 U6A1 - Klassen, Schnittstellen und Typumwandlungen interface I{ abstract class A1 implements I{ abstract class A2 implements I{ class C1 extends A1{ class C2 implements I{ class C3 extends A2{ A1 c = new C1(); I i = (I)c; A1 a1 = (A1)c; A2 a2 = (A2)c; C1 c1 = (C1)c; C2 c2 = (C2)c; C3 c3 = (C3)c; I A1 C1 A2 C2 C3 42

43 U6A2 - Schnittstellen und Implementierungen Gegeben Stack ListStack, welcher das Interface IStack implementiert. Fabrikmethode implementieren (Wie auf der Folie Factories-Beispiel ) alle Tests bestanden, die Aufgabe ist aber noch nicht fertig Funktion empty im Interface und in ListStack inklusive Dokumentation hinzufügen. Test hinzufügen, um zu überprüfen, dass empty korrekt implementiert wurde. 43

44 U6A3 - Polymorphie Wir wollen eine verkettete Liste wie in Übung 5 machen, value soll aber diesesmal ein beliebiges Objekt sein dürfen. Implementiert die Funktinen in der Klasse ListUtils (die Funktionen sind sehr ähnlich wie in der letzen Serie) Fabrikmethode implementieren, wie gehabt 44

45 U6A3 - Polymorphie Jezt wollen wir ein Objekt erstellen, welches wir dann in unserer Liste speichern können. abstract class GeometricObject class Rectangle extends GeometricObject class Triangle extends GeometricObject Funktion area GeometricObject implementiert Comparable smallerthan in GeometricObject 45

46 U6A3 - Polymorphie Jezt können wir mit Hilfe vom interface Comparable die Funktion sort implementieren Implementiert den selben Sortieralgoritmus wie in der Serie 5. Anstatt if(a < b) heisst es nun if(a.smallerthan(b)) 46

47 U6A4 - Stacks und Optimierungen Für fortgeschrittene - Ihr seid aber alle schon genug fortgeschritten ;) Klasse ChunkedStack Stack, welcher als Mischung vom ListStack und ArrayStack implementiert werden soll «first» Array Array Array null Was ist schneller ChunkedStack oder ListStack? Wie wächst der Aufwand für size in Abhängigkeit der Listengrösse? Kann man size auch besser implementieren? 47

48 Bonusübung 1 Ihr dürft bei dieser Übung auch Java Klassen importieren, z.b. java.util.arrays Achtung: es konnte sein, dass mehrere Studenten die selbe Legi-Nr. haben! Dies wurde jetzt aber behoben. Abgabe bis am 15.April 00:00 Das heisst am Samstag Abend. Falls ihr bei den Public Tests 100% habt, aber nicht beim Einreichen: Kreiert eigene Testfiles mit randfällen, welche ihr evt nicht berücksichtigt. 48

49 Viel Spass! 49