Informatik II - Übung 08

Transkript

1 Informatik II - Übung 08 Katja Wolff katja.wolff@inf.ethz.ch

2 Übungsblatt 7 Informatik II Übung

3 U7.A1: IFilter public ArrayList filterraw( ArrayList groups ) { ArrayList result = new ArrayList(); dynamic for( int i = 0; i < groups.size(); i++ ) cast { ArrayList group = (ArrayList) groups.get(i); for( int j = 0; j < group.size(); j++ ) { Student student = (Student) group.get(j); if( filter( student ) ) result.add( student ); return result; Informatik II Übung

4 U7.A1: IFilter public ArrayList<Student> filtergeneric(arraylist<arraylist<student>> groups) { ArrayList<Student> result = new ArrayList<Student>(); for( int i = 0; i < groups.size(); i++ ) { ArrayList<Student> group = groups.elementat(i); for( int j = 0; j < group.size(); j++ ) { Student student = group.elementat(j); if( filter( student ) ) result.add( student ); return result; Informatik II Übung

5 U7.A1: IFilter Helfermethode private boolean filter(student student) { return student.getpoints() >= (IFilter.criteria / 100 * IFilter.maxNumberofPoints); Informatik II Übung

6 For-each loop Iteration über Arrays und Collections Über alles, was das Iterable<E> Interface implementiert Geht auch für eigene Datenstrukturen The core collections in Java public ArrayList<Student> filtergeneric( ArrayList<ArrayList<Student>> groups ) { ArrayList<Student> result = new ArrayList<Student>(); for(arraylist<student> group : groups ) for( Student student : group ) if( filter( student ) ) result.add( student ); return result; Informatik II Übung

7 Beispiel for-each loop Equivalent for loop for( type var : arr ) { //body of loop = for( int i = 0; i < arr.length; i++) { type var = arr[i]; //body of loop for( type var : coll ) { //body of loop = for( Iterator<type> iter = coll.iterator(); iter.hasnext(); ) { type var = iter.next(); //body of loop leer! Informatik II Übung

8 Bedingungen Diese for Schleife hat allerdings folgende Einschränkungen: Only access. Elementen kann nichts zugewiesen werden nur lesen möglich. Only single structure. Man kann nicht durch zwei Strukturen gleichzeitig laufen, z.b. um zwei Arrays zu vergleichen. Only single element. Sie kann nur verwendet werden um auf ein einzelnes Element zuzugreifen. Z.B. kann man nicht aufeinanderfolgende Elemente vergleichen. Only forward. Man kann nur vorwärts und nur schrittweise iterieren. At least Java 5. Benutzt die Schleifen nicht, wenn ihr Kompatibilität mit Javaversionen vor Java 5 benötigt. Informatik II Übung

9 U7.A2 Tic-Tac-Toe Spielbaum Informatik II Übung

10 U7.A3 Binäre Suchbäume Informatik II Übung

11 U7.A3 IBinarySearchTreeUtils Typ T : Unbekannt public class TreeUtils<T> extends IBinarySearchTreeUtils<T> { Informatik II Übung

12 U7.A3 IBinarySearchTreeUtils Informatik II Übung

13 U7.A3 IBinarySearchTreeUtils Informatik II Übung

14 U7.A3 IBinarySearchTreeUtils Informatik II Übung

15 U7.A4 Random Player public Coordinates nextmove(gameboard gb) { ArrayList<Coordinates> validmoves = new ArrayList<Coordinates>(gb.getSize() * gb.getsize()); for (int row = 1; row <= gb.getsize(); row++){ for (int col = 1; col <= gb.getsize(); col++){ Coordinates coord = new Coordinates(row, col); if (gb.checkmove(color, coord)){ validmoves.add(coord); if (validmoves.size() > 0){ int randindex = rand.nextint(validmoves.size()); return validmoves.get(randindex); else { return null; Informatik II Übung

16 Vorschau Übungsblatt 8 Informatik II Übung

17 Überblick 1) Binäre Suche (Theorie & Praxis) 2) Reversi: CheckMove() & Steine zählen 3) Rucksackproblem: Backtacking Informatik II Übung

18 Zunächst: Datenstruktur Maps Oft werden indizierte Daten benötigt Personalien nach AHV-Nummer (unique id) Dokumente nach Identifier (z.b. file name) Dies wird möglich durch Maps Identifier (Key) wird auf Inhalt (Value) "gemappt" In der Java-Standardbibliothek interface Map<Key extends Comparable<Key>, Value> Bsp.: Map<Integer, String> m = new HashMap<Integer, String>(); Informatik II Übung

19 U8.A1: Binäre Suche Binary Search Algorithm (illustrated) Entscheidungsbaum query: 16 return: null query: 23 return: "23" Informatik II Übung

20 U8.A1: Binäre Suche Entscheidungsbaum zeichnen Entscheidungsbäume übereinanderlegen Implementierung von BinarySearch: find(list<unit<key, Value>> haystack, Key needle) setfactor(int factor) Verallgemeinern der Suche nun auch unbalancierte Suchbäume getnumberofcalls() Benchmarking mit verschiedenen Faktoren Durschnittliche Zahl (rekursiver) Aufrufe für verschiedene Faktoren Informatik II Übung

21 U8.A2: Rucksackproblem und Backtracking x2 g2, w2 x3 g3, w3 x1 g1, w1 x4 g4, w4 x5 g5, w5 Informatik II Übung

22 Rucksackproblem x1 g1, w1 x2 g2, w2 x3 g3, w3 x4 g4, w4 Problembeschreibung: k Gegenstände x1,..., xk; Jeweils bekannter Wert und Gewicht Auswahl von Gegenständen, so dass Gesamtgewicht nicht überschritten wird Optimierungsproblem: Maximieren des Wertes der ausgewählten Gegenstände x5 g5, w5 Übungsblatt Theorie (Gibt es eine optimale Lösung immer?) Bruteforce-Ansatz Backtracking-Ansatz Vergleich von Bruteforce und Backtracking Informatik II Übung

23 Denken in Teilmengen! Wie viele unterschiedlichen Möglichkeiten hat unser Dieb? M = Menge der verfügbaren Gegenständen Der Dieb kann nur eine Teilmenge davon nach Hause bringen Der Dieb kann auch die leere Menge Ø (fauler Dieb) oder die gesamte Menge M (starker Dieb mit grossem Rucksack) schaffen! Beispiel: Informatik II Übung

24 Christian Beckel

25 Christian Beckel

26 Warum? Warum? Christian Beckel

27 U8.A2 Diebstrategie (zu implementieren) 1. Initialisierung 2. Nimm nächste Konfiguration (wie genau?) 3. Berechne das gesamte Gewicht if (gesamtes Gewicht < G) berechne Gesamtwert if (neuer Gesamtwert > Gesamtwert aktuelle optimale Lösung) aktuelle Konfiguration ist neue optimale Lösung 4. Falls noch Konfigurationen übrig, gehe zu Punkt 2 else Berechnung fertig Liefert die Strategie das optimale Ergebnis? Gibt es genau eine optimale Lösung? Informatik II Übung

28 U8.A2 - Bitwertigkeit Konfiguration als Bitfolge: class Selection Die Bitwertigkeit bezeichnet den Stellenwert eines einzelnen Bits, den es durch seine Position innerhalb einer Binärzahl hat. Informatik II Übung

29 U8.A2: Bruteforce ist einfach public Selection findbest(arraylist<integer> values, ArrayList<Integer> weights, int maxweight) {... int last = java.math.pow(2, values.size()); //Anzahl der Teilmengen for( int i = 0; i < last; i++ ) { new Selection(values.size(), i); //Selection Bitfeld mit Wert i Informatik II Übung

30 U8.A2: Backtracking ist schwieriger Klasse FindResult: Enthält Selection und Value Rekursive Methode: FindResult fr = find(currselection, currweight, values, weights, maxweight); Abbruchbedingung: selection.size() == values.size(); // alle Werte im Rucksack In der Methode zwei mögliche Richtungen zum Weitergehen: //Gegenstand nicht mitnehmen... Selection without = new Selection(...); //um eins vergrössern, bit auf 0 setzen... //prüfen ob Gewicht passt, dann Gegenstand mitnehmen... Selection with = new Selection(...); //um eins vergrössern, bit auf 1 setzen... In beiden Fällen rekursiver Aufruf (s.o.) Informatik II Übung

31 U8.A2: Tipps class Selection verstehen und verwenden! Achtung: bei Vergrösserung der Konfiguration (neuen Gegenstand in den Sack legen) muss der neue Stellenwert initialisiert werden: new Selection(depth + 1, selection.bits()); Die neue Selection ist nun um ein Element größer und enthält den Inhalt der alten Selection. Informatik II Übung

32 U8.A3: Reversi (Teil 3) HumanPlayer RandomPlayer GreedyPlayer nextmove(): wartet auf Eingabe von der Kommandozeile nextmove(): wählt einen zufälligen (aber gültigen!) nächsten Zug nextmove(): wählt nächsten Zug anhand einer einfachen, nicht-rekursiven Bewertungsfunktion Download Übungsserie 7 Übungsserie 8 Informatik II Übung

33 U8.A3: Reversi Implementation von ICheckMove ohne das Framework Ideen? Implementieren eines Spielers, der unter allen möglichen Zügen den besten auswählt Bester Zug: Zug, nach dessen Durchführung man maximal mehr Steine besitzt als der Gegner Informatik II Übung

34 U8.A3: checkmove() boolean checkmove(gameboard gb, int player, Coordinates c) { // Überprüfe alle Richtungen // Solange nicht mindestens eine Richtung gültig ist //.. ( gültig = mind. ein gegnerischer Stein wird geschlagen ) // GameBoard.checkMove darf nicht verwendet werden! Informatik II Übung

35 U8.A3: greedyplayer() Einfacher Computergegner Denktiefe : 1 kein Spielbaum nötig! Bewertungsfunktion: Unterschied der Steine nach dem Zug Tipps Ermitteln des besten Zugs 1) Board kopieren (ein GameBoard kann mit gb.clone() kopiert werden) 2) Einen möglichen Zug ausführen (Ihr dürft GameBoard.checkMove() hier verwenden) 3) Zählen (z.b. in Methode eval()) und besten Zug merken Mit einer etwas intelligenteren Bewertungsfunktion schon ein ziemlicher Gegner Informatik II Übung

36 viel Spass! Informatik II Übung