Programmieren in C/C++ und MATLAB Sabine Schmidt Christian-Albrechts-Universität zu Kiel CAU, Sommersemester 2008 4-1
Übung Aufgabe: Berechnen Sie für die Klimastation Schleswig des Deutschen Wetterdienstes die Monatsmittelwerte, Monatsmaxima und Monatsminima der Temperatur für das Jahr 2007 und schreiben Sie die Tabelle der Monatswerte in eine Datei. Benötigt werden diese Werte oft für klimatische Berechnungen, hydrologische Berechnungen zum Wasserdargebot und zur Grundwasserneubildung. Als Daten gehen diese Werte dann in das Präprozessing ein. CAU, Sommersemester 2008 4-2
Übung Vorbereitet für Sie ist eine Datei schleswig.txt, die die gemessenen Tageswerte der Klimastation Schleswig enthält. Diese kann man aus dem Internet beim DWD herunterladen, Tageswerte seit 1991 stehen so zur Verfügung. Um Ihnen die Aufgabe zu erleichtern, ist die Datei vereinfacht worden: jeder Monat hat genau 30 Tage. Die Datei enthält insgesamt alle Werte aus dem Jahr 2007, also 12*30 = 360 Tagesmessungen. Die Datei besteht aus einem Dateikopf und den Werten. Der Dateikopf ist eine Zeile lang und enthält die Spaltenbeschriftungen: STAT JJJJMMDD Quality Min_T_5cm Min_T_2m Mean_T_2m_ C Max_T_2m Mean_rel_humidity Mean_Wind Max_wind Sunshine_hours cloud_amount Rain_mm Air_press_hPa 10035 20071230 3 0 2.2 4.1 6.6 90.8 3 11.5 2.3 4.7 0.8 1009.9 10035 20071229 3 3.4 3.9 5.3 6.7 86 4 16.7 0.1 7.5 1.6 1002.6 Achtung: Zeilenumbrüche nur hier, nicht in der Datei! CAU, Sommersemester 2008 4-3
Übung Lesen Sie diese Daten ein und speichern Sie die eingelesenen Werte alle in einem array. Überlegen Sie sich dessen Dimensionen. Achtung: Die Werte sind in der Datei zeitlich so angeordnet, dass die neuesten Werte oben stehen. Beim Einlesen können Sie diese so in das array einlesen, dass sie dort chronologisch richtig stehen. Verwenden Sie dazu eine for-schleife mit umgekehrter Indizierung: for(i=max_i; i >= 0; i ){... Da jeder Monat genau 30 Tage lang ist, können Sie zählen, und müssen nicht anhand des Datums herausbekommen, wann die Monate anfangen und wann diese wiederum aufhören. CAU, Sommersemester 2008 4-4
Übung Zum Berechnen der Monatsmittelwerte gilt: 30 1 T = mean T i 30 i= 1 Maximawerte und Minimawerte werden durch Vergleich mit jedem einzelnen Wert ermittelt. Für das Maximum gilt: double wert_max = 1000.0; // kleiner als alle Werte im Datensatz for(i=0;i<n_werte;i++) if(wert[i] > wert_max) wert_max = wert[i]; Benutzen Sie formatierte Ausgabe, um eine Tabelle in die Ausgabedatei zu schreiben. Wenn Sie die Methode setw() verwenden wollen, müssen Sie den Header iomanip.h einbinden. CAU, Sommersemester 2008 4-5
Übung Das Ergebnis sollte sein: T_mean T_min T_max 5.367 3.2 10.5 3.48 2 7 6.63 3.1 9.7 10.22 5.3 16.8 12.38 8.7 16.9 16.28 11 21.7 16.24 12.1 22.9 17.17 11.8 21.5 13.08 10.2 16.2 8.867 3.6 12.8 4.957 0.4 12.1 3.443 4.6 9.5 Ergänzungen: Adaptieren Sie Ihr Programm so, das es auch Min-Max- Mean Werte für die Luftfeuchte berechnet. Adaptieren Sie Ihr Programm so, das es die Monate anhand des Datums erkennt. CAU, Sommersemester 2008 4-6
Lösung #include <cstdlib> #include <iostream> #include <fstream> #include <iomanip> using namespace std; int main(int argc, char *argv[]) { /* Programm zum Einlesen von Wetterdaten auf Tagesbasis; Berechnung von Monatsmittelwerten der Temperatur */ Dateninput File: Schleswig.txt Format steht in erster Zeile Das Format ist angepass, um die Übung zu erleichtern: Jeder Monat hat 30 Tage, es stehen Werte für 12 Monate zur Verfügung In der Datei stehen 14 Spalten double data[360][14]; // Feld fuer die eingelesenen Klimadaten auf Tagesbasis: 12*30, 14 double wert; // Variable zum Einlesen int i, j, k, d=0; // Zählindex double T_min, T_max, T_mean; // Minimum, Maximum und Mittelwert der Temperatur string name_string; // string zum Einlesen der Titelzeile string monatsnamen[] = {" Januar", " Februar", " Maerz", " April", " Mai", " Juni", " Juli", " August", " September", " Oktober", " November", " Dezember"; ifstream klima_in; // Eingabedateien ofstream mklima_out; // Ausgabedatei CAU, Sommersemester 2008 4-7
/* Öffnen der Eingabedatei */ klima_in.open("schleswig.txt"); if(!klima_in) { cout << "Fehler beim Oeffnen der Datei schleswig.txt"; return 0; Lösung /* Öffnen der Ausgabedatei */ mklima_out.open("schleswig_monatsmittel.txt"); if(!mklima_out) { cout << "Fehler beim Oeffnen der Datei schleswig_monatsmittel.txt"; return 0; // Initialisierung des arrays data for(i=0;i<360;i++) for(j=0;j<14;j++) data[i][j] = 0.0; /* Einlesen der Datei mit den Klima Tageswerten */ // Einlesen erste Zeile: 14 namen je als string for(j=0;j<14;j++){ klima_in >> name_string; cout << name_string <<" "; cout << endl; // Einlesen der Tageswerte // Die Werte werden von oben nach unten aus der Datei gelesen, // aber von unten nach oben in das array data eingespeichert, // damit sie chronologisch richtig vorliegen for(i=360 1;i>=0;i ){ for(j=0;j<14;j++){ klima_in >> data[i][j]; CAU, Sommersemester 2008 4-8
Lösung // Schliessen der Eingabedatei klima_in.close(); // Testausgabe fuer richtiges Einlesen; erste und letzte Zeile ausgeben for(i=0;i<360;i++){ for(j=0;j<14;j++){ if(i==0 i==359) cout << data[i][j] << " "; if(i==0 i==359) cout << endl; cout << endl << endl; // Berechnung der Min, Max und Mittel Wertre für die Temperatur: Spalte 6 (j=5) für die Feuchte Spalte 8 (j=7) // Schleife über Temperatur und Feuchte index k for(k=0;k<2;k++){ if(k==0){ // Berechnung der Temperatur d = 5; cout << " Monat" << " T_mean" << " T_min" << " T_max" << endl; mklima_out << " Monat" << " T_mean" << " T_min" << " T_max" << endl; if(k==1){ // Berechnung der Feuchte d = 7; cout << " Monat" << " F_mean" << " F_min" << " F_max" << endl; mklima_out << " Monat" << " F_mean" << " F_min" << " F_max" << endl; CAU, Sommersemester 2008 4-9
Lösung for(i=0;i<12;i++){ // 12 Monate T_min = 1000; // Startwert für Minimale Temperatur hochsetzen, < Vergleich T_max = 1000; // Startwert für Maximale Temperatur klein setzen, > Vergleich T_mean = 0.0; // Tageswerte werden aufaddiert, Startwert = 0 for(j=0;j<30;j++){ wert = data[i*30+j][d]; if(wert < T_min) T_min = wert; // neue minimale Temperatur gefunden if(wert > T_max) T_max = wert; // neue minimale Temperatur gefunden T_mean += wert; T_mean = T_mean/30.0; // Berechnung des Monatsmittels der Temperatur // Ausgabe auf Bildschirm cout.precision(4); cout << monatsnamen[i] << setw(10) << T_mean << setw(10) << T_min << setw(10) << T_max << endl; // Ausgabe in Datei mklima_out.precision(4); mklima_out << monatsnamen[i] << setw(10) << T_mean << setw(10) << T_min << setw(10) << T_max << endl; // end for(i cout << endl; mklima_out << endl; mklima_out.close(); system("pause"); return EXIT_SUCCESS; CAU, Sommersemester 2008 4-10