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© Guido Kramann

Informatik -- Lehrveranstaltung vom 03.06.2024

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Themen

Vererbung
Interfaces
Vorbesprechung dazu, das Räuber-Beute-Modell in den objektorientierten Simulator einzupflegen
Übungen

1. Vererbung

Allgemeines: 30_Informatik3/06_Vererbung

Beispiel als UML-Klassendiagramm dargestellt: 30_Informatik3/06_Vererbung/01_MesswerteUML

Die nachfolgenden C++ - Beispiele werden im Unterricht als Java-Code umgesetzt werden.

public class Messwerte
{
     private int MAXANZAHL=10000;
     private double[] x = new double[MAXANZAHL]; //Ordinate
     private double[] y = new double[MAXANZAHL]; //Abszisse
     private int anzahl = 0;
     public void add(double xx, double yy)
     {
         x[anzahl]=xx;
         y[anzahl]=yy;
         anzahl++;
     }
     public double getX(int index)
     {
          if(index>=0 && index<anzahl)
          {
              return x[index];
          }
          else
          {
              println("UNGÜLTIGE ABFRAGE!");
              return 0.0;
          }    
     }
     public double getY(int index)
     {
          if(index>=0 && index<anzahl)
          {
              return y[index];
          }
          else
          {
              println("UNGÜLTIGE ABFRAGE!");
              return 0.0;
          }    
     }
}

Messwerte messungen1 = new Messwerte();
Messwerte messungen2 = new Messwerte();

public void setup()
{
    double x=-10.0;
    while(x<=10.0)
    {
         messungen1.add(x,x*x);
         messungen2.add(x,x*x*x);
         x+=1.0;
    }
    println("mess1: index0 x="+messungen1.getX(0)+" y="+messungen1.getY(0));
    println("mess2: index0 x="+messungen2.getX(0)+" y="+messungen2.getY(0));
}

public void draw()
{
}

Code 0-1: Messwerte001

public class Messwerte
{
     private int MAXANZAHL=10000;
     protected double[] x = new double[MAXANZAHL]; //Ordinate
     protected double[] y = new double[MAXANZAHL]; //Abszisse
     protected int anzahl = 0;
     public void add(double xx, double yy)
     {
         x[anzahl]=xx;
         y[anzahl]=yy;
         anzahl++;
     }
     public double getX(int index)
     {
          if(index>=0 && index<anzahl)
          {
              return x[index];
          }
          else
          {
              println("UNGÜLTIGE ABFRAGE!");
              return 0.0;
          }    
     }
     public double getY(int index)
     {
          if(index>=0 && index<anzahl)
          {
              return y[index];
          }
          else
          {
              println("UNGÜLTIGE ABFRAGE!");
              return 0.0;
          }    
     }
}

public class MesswerteShow extends Messwerte
{
     public void zeigeMesswerte()
     {
           println("Alle Messwerte:");
           for(int i=0;i<anzahl;i++)
           {
                println(x[i]+" | "+y[i]);
           }
     }
}

MesswerteShow messungen1 = new MesswerteShow();
MesswerteShow messungen2 = new MesswerteShow();

public void setup()
{
    double x=-10.0;
    while(x<=10.0)
    {
         messungen1.add(x,x*x);
         messungen2.add(x,x*x*x);
         x+=1.0;
    }
    println("Alle Messwerte von Messungen 1:");
    messungen1.zeigeMesswerte();
}

public void draw()
{
}

Code 0-2: Messwerte002 -- >Die Klasse MesswerteShow beerbt die Klasse Messwerte.

Basisklasse in C++: 30_Informatik3/06_Vererbung/02_MesswerteProgramm

Erbende Klasse in C++: 30_Informatik3/06_Vererbung/03_VererbungsProgramm

Von Library-Klasse erben:

import java.util.Random;

//Random zufall = new Random(0);

public class Zufall extends Random
{
     public Zufall(long seed)//meine meine eigene Konstruktormethode
     {
          super(seed);//greift auf den Konstruktor der Oberklasse zu.
     }
     
     //Liefert Zufallszahl zwischen [min,max] (inklusive)
     public int getInt(int min, int max)
     {
          return min + nextInt(max-min+1);
     }
}

//Zufall zufall = new Zufall(0);
Zufall zufall = new Zufall(System.currentTimeMillis());

public void setup()
{
    for(int i=0;i<20;i++)
      print(zufall.nextInt(10)+" "); // liefert 0..9 zufällig, gleichverteilt
    println();  
    for(int i=0;i<20;i++)
      print(zufall.getInt(5,10)+" "); // liefert Werte zwischen 5 und 10 inklusive
}

Code 0-3: Von Library-Klasse erben, Beispiel Random.

2. Interfaces

Interfaces (Schnittstellen), ein Beispiel zur Einführung: 30_Informatik3/15_Rasterlayout/02_interfaces

3. Vorbesprechung dazu, das Räuber-Beute-Modell in den objektorientierten Simulator einzupflegen

Siehe Aufgabe 8.2 (Day by day, vorletzte LV)

4. Übungen

Aufgabe 8.2 (Day by day, vorletzte LV)

Aufgabe 10.0

Nehmen Sie sich das Programm mit den Klassen Messwerte und MesswerteShow vor.
Ergänzen Sie in MesswerteShow eine Methode zeichneKurve(), die die Kurve zu y=f(x) grafisch im Fenster darstellt.
Verwenden Sie hierzu den Processing-Befehl line(x1,y1,x2,y2), die zwei Punkte [x1,y1] und [x2,y2] durch eine gerade Linie verbindet.
zeichneKurve() soll die Kurve zu den Messwerten ideal in das Fenster einpassen.

Aufgabe 10.1

public class Matrix
{
     private double[][] mat = new double[2][2];
     public double get(int zeile, int spalte)
     {
           return mat[zeile][spalte];
     }
     public void set(int zeile, int spalte, double wert)
     {
           mat[zeile][spalte]=wert;
     }     
}

public class Mat extends Matrix
{
     public void show()
     {
         //....
     }
     
     public void transpose()
     {
         //....
     }
}

public void setup()
{
}

Code 0-4: Vererbung001

Übertragen Sie obigen unvollständigen Code in einen Sketch.
Vervollständigen Sie show() ... damit soll der Inhalt eines Matrix-Objektes im Terminal angezeigt werden.
Vervollständigen Sie transpose() ...Diese Methode soll aus der Matrix ihre Transponierte machen (Zeilen mit Spalten vertauscht).
Testen Sie die Basisklasse und die erbende Klasse Mat in der setup-Methode, indem Sie dort Objekte beider Klassen erzeugen und deren Objektmethoden nutzen.

LÖSUNG:

public class Matrix
{
     protected double[][] mat = new double[2][2];
     public double get(int zeile, int spalte)
     {
           return mat[zeile][spalte];
     }
     public void set(int zeile, int spalte, double wert)
     {
           mat[zeile][spalte]=wert;
     }     
}

public class Mat extends Matrix
{
     public void show()
     {
           println(mat[0][0]+" | "+mat[0][1]);        
           println(mat[1][0]+" | "+mat[1][1]);        
     }
     
     public void transpose()
     {
           double help = mat[0][1]; 
           mat[0][1]=mat[1][0];
           mat[1][0]=help;
     }
}

Mat m1 = new Mat();
Mat m2 = new Mat();

public void setup()
{
     m1.set(0,0,1.0);
     m1.set(0,1,2.0);
     m1.set(1,0,3.0);
     m1.set(1,1,4.0);
     
     m2.set(0,0,10.0);
     m2.set(0,1,20.0);
     m2.set(1,0,30.0);
     m2.set(1,1,40.0);
     
     m1.show();
     m1.transpose();
     m1.show();
     println("2. Matrix:");
     m2.show();
}

Code 0-5: Lösung.

Aufgabe 10.2 -- Schnittstellen

public interface Figur
{
    public abstract void draw(float x, float y, float d);
}

public class Quadrat implements Figur
{
     int ROT, GRUEN, BLAU;
     public Quadrat(int ROT, int GRUEN, int BLAU)
     {
          //...
     }
  
     public void draw(float x, float y, float d)
     {
          //...
     }
}

public class Kreis implements Figur
{
     int ROT, GRUEN, BLAU;
     public Kreis(int ROT, int GRUEN, int BLAU)
     {
          //...
     }
     
     public void draw(float x, float y, float d)
     {
          //...
     }
}


Figur[][] f = new Figur[10][10]; 

public void setup()
{
     size(400,400);
     for(int i=0;i<f.length;i++)
         for(int k=0;k<f[i].length;k++)
             if((i*f.length+k)%2==0)             
                f[i][k] = new Quadrat((i%2)*255,(k%2)*255,((i/2)%2)*255);
             else   
                f[i][k] = new Kreis((i%2)*255,(k%2)*255,((i/2)%2)*255);
}

public void draw()
{
     background(127);
     
     float d = height/(float)f.length;
     for(int i=0;i<f.length;i++)
         for(int k=0;k<f[i].length;k++)
             f[i][k].draw((float)k*d,(float)i*d,d);    
     
}

Code 0-6: Schnittstellen001

Bild 0-1: Screenshot zu Schnittstellen001.

Vervollständigen Sie in dem Quelltext die mit //... gekennzeichneten Stellen, so, dass obiges Muster entsteht.

Informatik -- Lehrveranstaltung vom 05.06.2024

Inhalte, siehe oben.

Themen:

Theoretische Behandlung von Schnittstellen (Interfaces)
Gemeinsam das Räuber-Beute-Modell in das objektorientierte Simulationsprogramm einpflegen
ÜBUNG 10.2 zu Interfaces (s.o.)

"NOT-ÜBUNG" heute, wie soeben gemailt:

ja, es gab schon einmal früher ein Simulationsprogramm für das Räuber-Beute-Modell.
Aber jetzt, heute spielt sich alles hier ab:
http://www.kramann.info/10_Informatik1/01_day_by_day/08_LV_22_05_2024/index.php

Es gibt drei Simulationen des Schwingers:
Code 0-1
Code 0-3
Code 0-4 0-5 0-6 (gehören zusammen)

Aufgabe:
In jeder Variante soll das Schwingermodell durch das Räuber-Beute-Modell ersetzt werden und zum Laufen gebracht werden.
Zusatzaufgabe:
Sinnvolle Visualisierung als Balken, der Höhe sich dynamisch ändert in der dritten, objektorientierten Java-Variante.

Angaben zum Räuber-Beute-Modell, siehe Formel 0-3 und Daten darüber.

Code 0-7: Übung

#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
    double tmax=10.0;
    double dt=0.01;
    double t=0.0;
    double b0=100.0;
    double r0=10.0;
    double b=b0;
    double r=r0;
    
    int anzahl = 0;
    while(t<tmax)//Zählen, wieviele Datenelemente benötigt werden.
    {
        anzahl++;
        t+=dt;
    }

    double arrt[anzahl];
    double arrb[anzahl];
    double arrr[anzahl];

    t=0.0;

    for(int i=0;i<anzahl;i++)
    {
        arrt[i]=t;
        arrb[i]=b;
        arrr[i]=r;

        double bneu = b + (b-0.01*b*r)*dt;
        double rneu = r + (-r+0.01*b*r)*dt;

        b=bneu;
        r=rneu;

        t+=dt;
    }

    //Ausgabe für Scilab:
    cout<<"t=[";
    for(int i=0;i<anzahl;i++)
    {
        cout<<arrt[i];
        if(i<anzahl-1) cout<<",";
    }
    cout<<"];"<<endl;

    cout<<"B=[";
    for(int i=0;i<anzahl;i++)
    {
        cout<<arrb[i];
        if(i<anzahl-1) cout<<",";
    }
    cout<<"];"<<endl;

    cout<<"R=[";
    for(int i=0;i<anzahl;i++)
    {
        cout<<arrr[i];
        if(i<anzahl-1) cout<<",";
    }
    cout<<"];"<<endl;

    cout<<"plot(t,B,\'blu\',t,R,\'gre\');"<<endl;

    return 0;
}

Code 0-8: Lösung zum ersten Teil.

TERMINAL:
g++ -o beute0 beute0.cpp 
./beute0 > sci.sce

IN SCILAB (Beispiel, anpassen!)
cd /home/linux/PLANUNG_YSOSE2024/INFORMATIK1/beute/
exec sci.sce

Code 0-9: Schritte zur Umsetzung.

Schwinger101BEUTE.zip -- Lösung zum dritten Teil.