Informatik Gymnasium Liestal / Dm Freifach / Vorbereitung EF 11/2010 Einführung in die Programmierung mit Java

Transkript

1 0. Vorbereitungen Informatik Gymnasium Liestal / Dm Freifach / Vorbereitung EF 11/2010 Einführung in die Programmierung mit Java Vergewissern Sie sich, dass auf dem Computer das Java Development Kid jdk installiert ist C://Programme/Java. Falls nicht: Installieren Sie das JDK unter für developer unter Windows oder Mac. Dort gibt es auch Dokumentation zu Java. Als Entwicklungsumgebung verwenden wir den Java Editor von Gerhard Röhner, de gratis unter oder erhältlich ist. Um den Einstieg zu erleichtern, verwenden wir die Klassenbibliotheken turtle und util von Prof. Ägidius Plüss, welche unter gratis herunter geladen werden können. (-> Java Exemplarisch, download, Utility- und Turtleklassen (JAR, für J2SE 1.4, 5,6), Dokumentation Nach dem Entpacken der Datei aplu.zip (rechte Maustaste, alle extrahieren) muss im Java Editor unter Konfiguration/Interpreter der Classpath auf die Datei aplu.jar gesetzt werden. Jetzt beginnen wir mit der Vorlage Turtle_Vorlage.java Eine logisch aufgebaute Dokumentation der Grundlagen von Java findet man z.b. unter Eine Dokumentation für Fortgeschrittene findet man unter 1T. Sequenz von einfachen Befehlen 1_1 1_2 Turtle eva=new Turtle(); eva.forward(10); eva.fd(10); eva.right(60), eva.rt(60); eva.left(45); eva.lt(45); eva.setpos(-50,-50); eva.setheading(0); eva.pendown(); eva.penup(); eva.hideturtle(); eva.ht(); 1_3 Bemerkungen: // Zeilenkommentar /* Blockkommentar */ 2T. Variablen //integer ganze Zahl int kante=100; int winkel=0; // double, Gleitkommazahl double factor=0.95; long gross= ; float f=0.7 2_1, 2_2 umschreiben von 1_1 und 1_2 Im Turtlefeld verlaufen die x-und y- Koordinaten von -200 bis oben links (-200,200) unten rechts (200,-200) 2_3 U. Dammer, Gymnasium Liestal 1

2 3T. While Schleifen 3_1 3_2 int a=10; while(a<100) // kein ; a=a+10; Vergleichsoperatoren: <, >, <=, >=, ==,!= (ungleich) Variante: do while (a<100) 4T. for-schleifen 4_1 4_2 for(int i=0; i<6; i=i+1) //kein ; extra: eva.fill(); Die Turtle muss mit erhobenem Stift t.penup() ) im Inneren der Figur stehen, nicht auf dem Rand! 4_3 4_4 4_5 4_6 4_7 4_8 U. Dammer, Gymnasium Liestal 2

3 extra: Zufallszahlen 4_9 4_10 int a=(int) (Math.random()*50) ; random() erzeugt eine double Pseudozufallszahl zwischen 0 und 1. (int) wandelt sie in den Typ Integer um ( casting ) eva.wrap(); (verhindert, dass die Turtle abhaut.) 4_11 4_12 5T. Bedingungen 5_1 5_2 if (a>0) else //optional 5_1: zufällig entweder 5 Pixel vorwärts oder 90 nach rechts und &&, oder, not! z.b. if (a>0 && a<10) 6T. Verschachtelte Schleifen 6_1 6_2 for(int i=0; i<10; i++) //aussen for (int j=0; j<5; j++) //innen Anweisungen; Anweisungen; U. Dammer, Gymnasium Liestal 3

4 Extra: Farben und grosses Turtlefeld verwenden Sie die Vorlage Turtle_Vorlage2 john.setcolor(color.red); // für vordefinierte Farben Color c=new Color(200,100,40); john.setpencolor(c); // für RGB Farben john.setlinewidth(5); john.settitle( Hallo ); 6_3 7T. Stukturiertes Programmieren 1 eigene Methoden 7_1 7_2 //Definition public void quadrat(int a) // Aufruf quadrat(100); a nennt man Parameter void bedeutet, dass kein Parameter zurückgegeben wird. 7_3 7_4 8T. Stukturiertes Programmieren 2 Objekte (Ausblick) 8_1 8_2 Turtle eva=new Turtle(tf); Turtle john=new Turtle(tf); double x=eva.getx(); double y=eva.gety(); double winkel=john.towards(x,y); john.setheading(winkel); has a -Relation U. Dammer, Gymnasium Liestal 4

5 Vererbung (Ausblick) 8_3 8_4 class SuperTurtle extends Turtle Eine SuperTurtle erbt alle Eigenschaften einer normalen Turtle, kann aber noch mehr, z.b. gestrichelte Linien zeichnen. is a -Raleation Den Konstruktor der Oberklasse ruft man mit super() auf. 9T. Rekursion (Ausblick) 9_1 9_2 public void baum(int a) if (a<5) return; else eva.fd(a); eva.rt(45); baum(a/2); eva.lt(90); baum(a/2); eva.right(45); eva.back(a); 9_3 9_4 10 G. Datenstrukturen 1 Arrays 10_1 10_2 Eine Turtle-Familie im Turtlefeld tf erzeugt man mit // Deklaration Turtle[] kid=new Turtle[n]; und // Initialisierung for (int j=0; j<n; j++) kid[j]=new Turtle(tf); U. Dammer, Gymnasium Liestal 5

6 Informatik Gymnasium Liestal / Dm Freifach / Vorbereitung EF 1G. Sequenz von einfachen Befehlen Einführung in die Programmierung mit Java (2. Teil Grafik) 1_1 1_2 GPanel g=new GPanel(0,500,0,500); g.color(color.red); g.move(x,y); g.circle(r); g.fillrectangle(x1,y1,x2,y2); g.fillrectangle(breite,hoehe); g.filltriangle(x1,y1,x2,y2,x3,y3); g.line(x1,y1,x2,y2); g.fillarc(r, Startwinkel, Winkel); g.linewidth(5); 1_3 3G. While Schleifen 3_1 3_2 int a=10; while(a<100) // kein ; a=a+10; Vergleichsoperatoren: <, >, <=, >=, == U. Dammer, Gymnasium Liestal 6

7 4G. for-schleifen 4_1 4_2 for(int i=0; i<6; i=i+1) //kein ; 4_3 4_4 4_5 4_6 4_7 4_8 extra: Zufallszahlen 4_9 4_10 int a=(int) (Math.random()*50) ; random() erzeugt eine double Pseudozufallszahl zwischen 0 und 1. (int) wandelt sie in den Typ Integer um ( casting ) extra Farben Color c; int r=(int)(math.random()*255); // c=new Color(r,g,b); // red, green, blue g.color(c); // 0<=r,g,b<=255 U. Dammer, Gymnasium Liestal 7

8 4_11 4_12 4_13 5G. Bedingungen 5_1 5_2 if (a>0) else Mehrfachverzweigung: switch/case 6G. Verschachtelte Schleifen 6_1 6_2 for(int i=0; i<10; i++) for (int j=0, j<5; j++) Anweisungen; Anweisungen; U. Dammer, Gymnasium Liestal 8

9 6_3 7G. Stukturiertes Programmieren 1 eigene Methoden 7_1 7_2 //Definition public void flagge(int a) // Aufruf flagge (100); a nennt man Parameter void bedeutet, dass kein Parameter zurückgegeben wird. 7_3 7_4 7_5 U. Dammer, Gymnasium Liestal 9

10 8G. Stukturiertes Programmieren 2 Objekte (Ausblick) 8_1 (siehe Beispiel Code) 8_2 class name instanzvariablen; kostruktor(en); methoden(); 9G. Rekursion (Ausblick) 9_1 9_2 9_3 9_4 9_5 U. Dammer, Gymnasium Liestal 10

11 10 G. Datenstrukturen 1 Arrays 10_1 10_2 int z[]=new int[5]; deklariert 5 Variablen z[0],z[1],..z[4] int a[]=4,5,6; deklariert und initialisiert 3 Variablen int data[5][5] deklariert 25 Variablen a[0][0] bis a[4][4] Color c[]=new Color[10] deklariert 10 Farben Game of Life 10_3 For a space that is 'populated': Each cell with one or no neighbors dies, as if by loneliness. Each cell with four or more neighbors dies, as if by overpopulation. Each cell with two or three neighbors survives. For a space that is 'empty' or 'unpopulated' Each cell with three neighbors becomes populated. U. Dammer, Gymnasium Liestal 11

12 Informatik Gymnasium Liestal / Dm Freifach / Vorbereitung EF 3. Teil Console 1C. Variablen, Schleifen, Bedingungen Console c; c.initw(); c.println("hallo"); c.print( x= +x); // Für Text Ein- und Ausgabe // schaltet Zeilenumbruch ( wrapping ) ein und löst gleichzeitig ein new aus // Ausgabe mit Zeilenumbruch // Der + Operator verknüpft Strings, hier wird automatisch eine Integer in einen String umgewandelt n=c.readint(); // Input eines Integers a=c.readdouble(); // Input einer Gleitkommazahl 13/5=2 // Ganzzahldivision ohne Rest 13%5=3 // Modulo Operator (Rest der Division) C1_01 Eingabe: Eine Integerzahl n, z.b. 3 Ausgabe: 2n also 6 C1_02 Eingabe: Eine Integerzahl n Ausgabe: Das Doppelte von 3 ist 6 C1_03 Eingabe: Eine Integerzahl n Ausgabe: 3^2 ist 9 C1_04 Eingabe: Eine Doublezahl a Ausgabe: Die Wurzel von 3 ist Math.sqrt(double) C1_05 Eingabe: Eine Integerzahl max Ausgabe: 1,2,3,.. max C1_06 Eingabe: Eine Integerzahl max Ausgabe: 1,3,5,7,9, max C1_2 Teiler Eingabe: Eine Integerzahl Ausgabe: alle Teiler Beispiel: Ein: 24 Aus: 1,2,3,4,6,8,12,24 C1_07 Eingabe: Eine Integerzahl max Ausgabe: 1,4,9,16, max^2 C1_08 Eingabe: Eine Integerzahl max Ausgabe: max=10 für max=4 C1_09 Eingabe: Eine Integerzahl max Ausgabe: 1^2+2^2+..max^2=30 für max=4 C1_3 Teilersumme Eingabe: Eine Integerzahl Ausgabe: Summe aller Teiler, ohne die Zahl selber Beispiel: Ein: 24 Aus: 36 Dies kann auch als Methode public int teilersumme(int n) geschrieben werden C1_1 gerade? Eingabe: Eine Integerzahl Ausgabe: gerade oder ungerade Beispiel: 24 ist gerade Hinweis: Wird der Programmcode in eine while(true) Scheife gepackt, kann man mehrere Eingaben machen. C1_4 Vollkommene Zahlen Eingabe: Eine Obergrenze Max Ausgabe: alle vollkommen Zahlen <max, d.h. alle Zahlen, die gleich ihrer Teilersumme (siehe 1_3) sind Beispiel: Ein: 100 Aus: 6, 28 U. Dammer, Gymnasium Liestal 12

13 C1_5 Fakultät Eingabe: n Ausgabe: n!=1 2 3 n Beispiel: 4 24 Hinweis: benutzen Sie spätestens ab hier eigene Methoden mit Rückgabewert z.b. public int fak(int n). return f C1_8 Binomialverteilung und Binomialverteilung_kumuliert Eingabe: n=10, k=5, p=0.5 n k nk Ausgabe: p p k ( 1 ) BV(10,5,0.5)= FV(10,0,5,0.5)=0.62 Hinweis: Math.pow(p,k)=p^k C1_11 Primzahlenzwillinge Eingabe: Eine Obergrenze Max Ausgabe: alle Primzahlzwillinge <max Beispiel: Ein: 20 Aus: (3,5), (5,7),(11,13),(17,19) C1_6 Binomialkoeffizienten Eingabe: n,k n n! Ausgabe: B(n,k)= k k!( n k)! Ein: 4, 2 Aus: B(4,2)=6 Hinweis: z.b. public int b(int n, int k). return b Kann mehr oder weniger effizient programmiert werden. C1_9 isprim Eingabe: Eine Integerzahl Ausgabe: boolean Beispiel: ist keine Primzahl Hinweis: public boolean isprim(int n) Optimierung, nur ungerade Teiler bis Wurzel (x)testen, Math.sqrt() C1_12 Goldbach sche Vermutung Jede gerade Zahl >2 kann als Summe zweier Primzahlen geschrieben werden (unbewiesen!) Eingabe: Max Ausgabe: 4=2+2 6=3+3 8=3+5 10=3+7 C1_7 Binomialkoeffizienten (kumuliert) Eingabe: n, k 1, k 2 k 2 Ausgabe: F(n,k1,k2)=k k1 n k Ein: 4, 1, 3 Aus: F(4,1,3)=B(4,1)+B(4,2)+B(4,3)=14 C1_10 Primzahlen Eingabe: Eine Obergrenze Max Ausgabe: alle Primzahlen <max Beispiel: Ein: 20 Aus: 2,3,5,7,11,13,17,19 C1_13 Fibonacci Eingabe: n0, n1, max Ausgabe: 1,1,2,3,5,8,13,21, C1_14 Geldautomat Eingabe: Ein Geldbetrag Ausgabe: Stückelung in Schweizer Geld Beispiel: Fr 100Fr+1 20Fr+2Fr+1Fr+2*20 Rp Eleganter mit array C1_15 ggt Grösster gemeinsamer Teiler nach Euklid Eingabe: n,k Ausgabe ggt(n,k) Beispiel: ggt(25,15)=5, denn 25/15=1 Rest 10, 15/10=1 Rest 5, 10/5=2 Rest 0 C1_16 Rätsel Gibt es Zahlen, die sich auf 2 verschiedene Arten als Summe von Kubikzahlen darstellen lassen? Tipp: Schleifen i,j,k,l und Test, ob i 3 +j 3 =k 3 +l 3 Ausgabe: Wird nicht verraten U. Dammer, Gymnasium Liestal 13

14 2 C. Datenstrukturen 1 Arrays int a[]=new int[10] deklariert die Variablen a[0], a[1], a[9] Achtung: a ist nicht das Array selbst, sondern enthält nur eine Referenz auf die Daten. int s[]=1,3,5,7,9 deklariert und initialisiert das Array s double a[][] = new double[3][4] deklariert eine Matrix, z.b. a[4][2]=18 C2_1 Zufallsfeld Erzeugung und Speicherung von 100 ganzen Zufallszahlen zwischen Beispiel: 232,32,43,12,1,. 23 Erweiterung: Erzeugung von n Zufallszahlen zwischen Min und Max. z.b. n=100, min=50, max=80 (einschliesslich!) 65, 52, 76, 69, 50, 80, 74 C2_2 Max Liest Zahlendatei von Festplatte und bestimmt den grössten Wert, Erweiterungen: Min, Summe, Mittelwert, Standardabweichung Tipp: Math.sqrt(a), 1.0*a wandelt int a in double um Hinweis: Im folgenden verwenden wir die Superconsole, die von der Aplu Console abgeleitet ist, aber auch auf die Festplatte zugreifen kann > Demo. C2_3 Selektsort C2_3b Insertsort Liest Zahlendatei von Festplatte und sortiert sie aufsteigend. C2_4 Bubblesort Liest Zahlendatei von Festplatte und sortiert sie aufsteigend. C2_5 Sieb_des_Erasthostenes Klassiker, siehe Internet. 2,3,5,7,9, max Hinweis: Um das Laufzeit-verhalten zu studieren hilft ein Timer: import java.io.*; private LoResTimer timer=new LoResTimer(); timer.start(); timer.stop();c.println("zeit in us:"+timer.gettime()/1000); C2_7 Kunstraub_brute_force Strategie: Alle möglichen Verteilungen werden durchprobiert. Tipp: Ein Digitalzähler 001, 010, 011, 100, 101, 110, /* Aufgabe der ersten Runde 2007 Aufgabe 1: Kunstraub Erst ein halbes Jahr ist es her, seit sich Marty Deepwire ein schönes Schrägdachhaus auf den Bahamas gebaut hat Eine Mange Zahlen soll in 2 Hälften geteilt werden, sodass die Differenz der Summen minimal ist. C2_8 Kunstraub_zufall Monte Carlo Strategie: Die Gegenstände werden zufällig verteilt. Dann wird zufällig getauscht. Wenn der Tausch die Differenz vergrössert, wird er rückgängig gemacht: Tipp: boolean a[], a[i]=!a[i] C2_6 Kunstraub_menschlich Strategie: Die Schätze werden der grösse nach sortiert. A bekommt den wertvollsten, B den zweitwertvollsten und ab dann immer der, der insgesamt weniger hat. C2_9 Kunstraub_sinnflut Sinnflut-Prinzip: Ähnlich wie Monte Carlo aber auch ungünstige Tauschs werden manchmal zugelassen. C2_10 Kunstraub_dynamisch Prinzip: Alle möglichen Summen aus k der max Gegenstände werden gebildet und abgespeichert ( andersrum ) Mut zur Lücke: Auf die Einführung von Strings, char, und der Klasse Stringbuffer wurde verzichtet. Im 2. Teil des Kurses werden die Themen Objektorientiertes Programmieren, dynamische Datenstrukturen und Algorithmen weiter vertieft. U. Dammer, Gymnasium Liestal 14