Informatik II - Tutorium 1

Transkript

1 Informatik II - Tutorium 1 Vincent Becker vincent.becker@inf.ethz.ch Vincent Becker

2 CMU, Pittsburgh INESC TEC, Porto Vincent Becker

3 Interacting with Devices Recognize device Recognize user input Translate input to device command Vincent Becker

4 TouchSense Bestimmen, welcher Finger bei einer Berührung verwendet wird Schätzung der aufgebrachten Kraft Nutzung von Elektromyographie F EMG data Zeigefinger Vincent Becker

5 TouchSense Vincent Becker

6 Vincent Becker

7 Wie sieht ein Tutorium aus? 1. Fragen aus der Vorlesung! 2. Praktische Dinge: Demo(!), Eclipse tipps & tricks, Coding style, Debugging, Java-Features 3. Besprechung Blatt n (heute: n=0) 4. Ausblick Blatt n+1 Wichtig: Seid aktiv! Fragen sind erwünscht Vincent Becker

8 Abgabe der Übungen 12 Aufgabenblätter ( Bereitstellung der Übung als.zip-datei zum Herunterladen (am Mittwochmorgen) in Codeboard (Mittwoch 0 Uhr) Abgabe in Codeboard bis Dienstag, 23:59 Uhr Ausnahme bei wenigen Übungen Klare Vorgaben zur Übungsabgabe Stil / Konventionen einhalten Kommentare (auf englisch) Programm muss kompilieren (erzwungen von Codeboard) Vincent Becker

9 Empfehlung zur Bearbeitung 1. Download von der Webseite 2. Entpacken (Bsp.: u0.zip) 3. Neues Projekt in Eclipse anlegen 4. In Eclipse bearbeiten 5. Dateien zu Codeboard kopieren und abgeben Vincent Becker

10 Weitere Hinweise - Plagiate Verboten! Abschreiben bringt nichts, es braucht sowieso niemand Punkte... Nutzung externer Quellen (Internet, andere Studenten) erlaubt es muss nur kenntlich gemacht werden! Diskussionen zwischen Studenten erwünscht Vincent Becker

11 Weitere Hinweise - Klausur Erfolgreiche Bearbeitung der Übungsaufgaben korreliert sehr stark mit dem Klausurergebnis, da in der Klausur unter anderem programmiert wird Konzepte werden geprüft Programmieren wird geprüft Vor allem das Programmieren muss man üben Vincent Becker

12 Java-Installation s/jdk8-downloads html Java SE 8 JDK Java Development Kit: dieses Paket enthält auch das JRE (Java Runtime Environment) Test, ob Java installiert ist (und Angabe der Version): java -version Unter Windows sollte man Java in die PATH-Variable in den Systemumgebungsvariablen einfügen Vincent Becker

13 Java files.java files sind Quellcode.class (Bytecode) files werden aus.java files von den Compiler erzeugt.jar files sind Bibliotheken Java source code Java bytecode Bytecode wird in einer virtuellen Machine (VM) interpretiert Plattformunabhängigkeit (PC, Server, Mobiltelefon, Linux, Windows, etc..) Browser mit integrierter VM Betriebssystem mit VM VM in speziellen VLSI-chip Internet-PC Spiel-Konsole Mobiltelefon Waschmaschine Kreditkarte Vincent Becker

14 Eclipse Vincent Becker

15 Neues Java-Projekt 1 Bsp.: Entpacken von u0.zip nach D:\projects\u files in D:\projects\u0 wurden automatisch hinzugefügt 4 Vincent Becker

16 Neues Java-Projekt JUnit 4 muss ausgewählt werden! 9 Vincent Becker

17 Eclipse-View Run as Java Application Java perspective für Java Entwicklung Editor Mit CTRL+SHIFT+F kann man autoformattieren Konsole Vincent Becker

18 Debugging Debug as Java Application Debug perspective für Debugging Breakpoint Konsole Vincent Becker

19 Testing (lohnt sich ebenfalls!) Run Tests.java as Junit test All tests passed Junit test methods Vincent Becker

20 Javadoc Mit ALT+SHIFT+J kann man Javadoc hinzufügen Javadoc description Javadoc tab Vincent Becker

21 Übungsblatt 0 Vincent Becker

22 Übungsblatt 0 Aufgabe 1: HelloWorld.java Programm auf Kommandozeile und in Codeboard kompilieren und ausführen Aufgabe 2: Das erste Java-Programm Eclipse-Setup und (simple) Signum-Funktion Vincent Becker

23 Übungsblatt 0 Aufgabe 3: Automatisiertes Testen Setup von JUnit4 (Kommandozeile und in Eclipse), Tests für Signum-Funktion Aufgabe 4: Gerichtete Graphen 3 Kannen unterschiedlicher Größe (8l, 5l, 2l) Wein von einer Kanne in die andere Graph zeichnen, Zahl der nötigen Umschüttungen herausfinden Vincent Becker

24 Aufgabe 4 Vincent Becker

25 Aufgabe 4c) Maximale Anzahl von Umschüttungen: 6 (siehe Graph) Mittlere Anzahl von Umschüttungen: Vincent Becker

26 Bearbeitung Übung 0 Anmeldungen in Codeboard: 24 / 24 Zumindest teilweise Bearbeitung: 22 Vollständige Bearbeitung: 18 92% haben abgegeben! Vincent Becker

27 Übungsblatt 1 Vincent Becker

28 Übungsblatt 1 Aufgabe 1: Altägyptische Multiplikation In Vorlesung besprochen (s. Skript) Rekursiver Algorithmus für Berechnung von a x b (a,b: positive ganze Zahlen) Gesucht: Korrektheit und Terminierungsbeweis Vincent Becker

29 Korrektheitsbeweis für rekursives Verfahren f a, b = Für alle a, b N + a, falls b = 1 f 2a, b, falls b gerade 2 a + f 2a, b 1, sonst 2 Vincent Becker

30 Beweis durch vollständige Induktion Induktionsanfang: b = 1 a N + : f a, 1 = a = a 1 Induktionsannahme: Sei n beliebig aber fest. Dann gelte a N +, b 1, 2, 3, n}: f a, b = a b Induktionsschritt: Fall 1: Sei b gerade: f a, b = f 2a, b 2 = 2a b 2 = a b Fall 2: Sei b ungerade (und 1): f a, b = a + f 2a, b 1 2 = a + 2a b 1 2 = a + a b a = a b Vincent Becker

31 Rekursive Implementierung static int f(int i, int j) { if (b == 1) return a; if (b % 2 == 0) return f(2*a, b/2); else return a + f(2*a, (b-1)/2); } Java speichert Zwischenaufrufe (Calls) auf dem Stack Übung für zuhause: Diese rekursive Methode debuggen Vincent Becker

32 Korrektheitsbeweis für iterative Verfahren static int f(int i, int j) { int a = i; int b = j; int z = 0; while (b > 0) { if (b % 2 == 1) { z = z + a; b = b - 1; } b = b / 2; a = 2*a } return z; } Schleifeninvariante: Bedingung, die vor während und nach der Schleife gilt Die Herausfolderung ist, eine sinnvolle Schleifeninvariante zu finden Hier: a b + z = i j Vincent Becker

33 Korrektheitsbeweis für iterative Verfahren Notwendig sind: Eine sinnvolle Schleifeninvariante Die für den Fall der Terminierung die Behauptung zeigt Der Beweis der Terminierung Vincent Becker

34 Korrektheitsbeweis für iterative Verfahren Schleifeninvariante: a b + z = i j Fall die Schleife terminiert, ist b = 0 Folglich ist z = i j Terminierung b wird in jedem Schleifendurchlauf mindestens halbiert, wird also zwangsläufig nach einer bestimmten Anzahl Durchläufe 0. Dann terminiert die Schleife aufgrund der Schleifenbedingung Vincent Becker

35 Achtung! Die Korrektheit des Java-Programms selbst ist von keinem der Verfahren garantiert Viele mögliche Fehlerursachen: Programmierfehler Überläufe Out of memory Vincent Becker

36 Übungsblatt 1 Aufgabe 1: Altägyptische Multiplikation a) Testet Induktion über a b) Terminiert der Algorithmus? Beweis? c) Nachdenken mit kleinstem Fall b=0 Vincent Becker

37 Übungsblatt 1 Aufgabe 2: Laufzeitkomplexität a) Implementierung der AM gegeben. Aufrufe von gerade, verdopple, halbiere zählen b) Aufwandabschätzung einer einzigen Instanz von f(int a, int b) Resultat soll ein Ausdruck von a und b sein c) Gesamtzahl aller Methodenaufrufe von f(int a, int b) unter Verwendung der Resultate aus Aufgabe b). Wichtig: Wie oft wird die Rekursion aufgerufen? Vincent Becker

38 Übungsblatt 1 Aufgabe 3: Überprüfung von Benutzereingaben Implementierung der AM gegeben Falsche Eingaben sollen Exceptions hervorrufen Fehler sollen mit Hilfe von UnitTests gefunden werden Einführung in JavaDoc (Hinweis: JavaDoc mit Eclipse ganz einfach ist: /** + Enter) In mult Methode throw new IllegalArgumentException( ) Vincent Becker

39 Exceptions I complexoperation(5) power(10, 2) multiply(5, 4) Exception! Vincent Becker

40 Exceptions II Bedeutet Ausnahme und sind auch für solche gedacht Keine Kontrollflusssteuerung! public int division(int x, int y) { try { int z = x / y; } catch (ArithmeticException e) { System.out.println(e.getMessage()); } } Vincent Becker

41 Exceptions III public int loop(int[] a) { int i = 0; try { while (true) { a[i] = 2 * a[i++]; } } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { System.out.println(e.getMessage()); } } Vincent Becker

42 Nächste Woche Tutorium ab 13:00 Uhr! Vincent Becker

43 Danke Fragen? Vincent Becker