Informatik II – Übung 6pascscha/downloads/Slides 6.pdf · Pascal Schärli | 12.04.2018 | 19 Nachbesprechung U5A2 public static void insertAt(List list, int index, int value) throws

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Pascal Schärli

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12.04.2018

Informatik II – Übung 6

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|| 12.04.2018Pascal Schärli 2

Was gibts heute?

Warm-Up

Nachbesprechung Serie 5

Best-Of Vorlesung:

– Klassenhierarichie

– Abstrakte Klassen

– Factories

Vorbesprechung Serie 6

Warm - Up


Warm – UpBasisprüfung 2012

int a = 0; for(int i = 0; ……………………… ; i++) {

for(int j = i/100; j > 0; j--) {a++;

} }

a) O(n4)

int a = 0; for(int i = 0; ………………………………. ; i++) {

for(int j = i/100; j > 0; j--) {a++;

} }

b) O(log n)i<n2 i<

i<n*n 1<<(i*i)<n

Wie muss man bei den folgenden Codefragmenten die Lücke füllen, um die gewünschte Laufzeit zu erreichen?


Warm – Up

int a = 0; for(int i = 0; i < N ; i++) {

for(int j = i/100; j > 0; j--) {a++;

} }

int a = 0; for(int i = 0; i < N ; i++) {

for(int j = i; j > 0; j--) {a++;

} }

Hat die selbe Komplexität

→ O(N2)

a)O(N2) = O(n4)

→N = n2

a)O(N2) = O(log(n))

→N =


Warm – Up

Wie kommt man von i< zu 1<<(i*i)<n ?

Bitshift: a<<b – die Zahl a wird als binärzahl um b Bytes nach links geschoben

5<<2 = – 0b101<<2 = 0b10100 = 20

a<<b = a*2b

Es gibt auch a>>b, dann würde a um b Bytes nach rechts geschoben werden.

i <

– i*i<

– 2i*i<n

– 1<<(i*i) < n

Nachbesprechung


Nachbesprechung U5 – Übersichtlichkeit

if(i>0){return true;

else{return false;

}

return i>0;

List newList = new List(value,list); return newList;

return new List(value,list);

if(list == null){return new List(value, null);

else{return new List(value, list);

}

return new List(value, list);



Ctrl + Shift + F-danke :)



Nachbesprechung U5A1 public static List add(List list, int value) {

return new List(value, list); }

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null


Nachbesprechung U5A1 public static int size(List list) {

if (list == null) return 0;return size(list.next) + 1;

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

1+size(list.next);

1+0=11+1=21+2=31+3=4

1+size(list.next); 1+size(list.next); 1+size(list.next);


Nachbesprechung U5A1 public static int sum(List list) {

if (list == null) return 0;return list.value + sum(list.next);

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

1+sum(list.next);

8+0=821+8=294+29=331+33=34

4+sum(list.next); 21+sum(list.next); 8+sum(list.next);


Nachbesprechung U5A1 public static List last(List list) {

if (list == null) return null;if (list.next == null) return list;return last(list.next);

}

last(list.next);

[List D]

last(list.next); last(list.next); Return list;

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

[List A] [List B] [List C] [List D]

[List D][List D][List D]


Nachbesprechung U5A1 public static List sublist(List list, int index) throws IndexOutOfBoundsException {

if (list == null || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException();if (index == 0) return list;return sublist(list.next, index-1);

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

sublist(list.next,1); sublist(list.next,0); return list;


[List C][List C][List C]

Beispiel:sublist(list,2);


Nachbesprechung U5A1 public static int valueAt(List list, int index) throws IndexOutOfBoundsException {

if (list == null || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException();if (index == 0) return list.value;return valueAt(list.next, index-1);

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

valueAt(list.next,1);

212121

valueAt(list.next,0); return 21

Beispiel:valueAt(list,2);


Nachbesprechung U5A1 public static int index(List list, int value) throws NoSuchElementException {

if (list == null) throw new NoSuchElementException();if (list.value == value) return 0;return 1 + index(list.next, value);

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

1+index(list.next,21);

01+0=11+1=2

1+index(list.next,21); return 0

Beispiel:index(list,21);


Nachbesprechung U5A2 public static void append(List list, int value) throws IllegalArgumentException {

if (list == null) throw new IllegalArgumentException();u5a1.Lists.last(list).next = new List(value, null);

}

val = 1

next =

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next = new List(1,null)


Nachbesprechung U5A2 public static void concat(List head, List tail) throws IllegalArgumentException {

if (head == null) throw new IllegalArgumentException();u5a1.Lists.last(head).next = tail;

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null


Nachbesprechung U5A2 public static void insertAt(List list, int index, int value) throws IndexOutOfBoundsException {

if (list == null || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException();if (index == 0) {

list.next = new List(value, list.next);} else {

insertAt(list.next, index-1, value);}

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 8

next = null

val = 21

next =

Beispiel:insertAt(list,1);

insertAt(list.next,0); index == 0


Nachbesprechung U5A2 public static void insertAt(List list, int index, List newList) throws IndexOutOfBoundsException {

if (newList == null) return;if (list == null || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException();if (index == 0) {

u5a1.Lists.last(newList).next = list.next;list.next = newList;

} else {insertAt(list.next, index-1, newList);

} }

Beispiel:list1 →1,8list2 →4,21insertAt(list1,0,list2);

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 8

next = null

val = 21

next =


Nachbesprechung U5A2 public static List remove(List list, int index) throws IndexOutOfBoundsException {

if (list == null || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException();if (index == 0) return list.next;list.next = remove(list.next, index-1);return list;

}

val = 1

next =

val = 4

next =

val = 21

next =

val = 8

next = null

list.next=remove(list.next,1);

Beispiel:remove(list,2);


return [List D]return [List B]return [List A]

list.next=remove(list.next,0); index == 0;

list.next= [List D]list.next= [List B]


val = 8

next =

[List B2]

val = 1

next =

val = 4

next =

[List A] [List B]

Nachbesprechung U5A3 public static List insertSorted(List list, int value)

{if (list == null) return new List(value, null);if (value < list.value) return new List(value, list);list.next = insertSorted(list.next, value);return list;

}

Beispiel:insertSorted(list,8);

list.next=insertSorted(list.next,8);

return new List(value,list)[List B2]

return [List B]return [List A]

list.next=insertSorted(list.next,8); 8 < 21

list.next= [List B2] list.next= [List B]

val = 21

next = null

[List C]


Nachbesprechung U5A3 public static List sort(List list) {

if (list == null) return null;return insertSorted(sort(list.next), list.value);

}

Vorlesung


Klassen

public class myClass {

int myInt;

protected static int myStaticInt;public int myPublicInt;private int myPrivateInt;

public void myPublicFunction(int a) {myPrivateFunction(a);

}

protected static void myStaticFunction(int a) {myStaticInt = a;

}

private void myPrivateFunction(int a) {myPrivateInt = myStaticInt+a;

}

}

static

– Klassenspezifisch → für jedes Objekt der Klasse myClass den gleichen Wert

private

– Nur sichtbar in dieser Klasse

public

– Für alle sichtbar

protected

– Nur sichtbar in dieser Klasse und allen Unterklassen

package-private (default)

– Nur sichtbar für das selbe Paket


Klassenhierarchie

public class Auto extends Fahrzeug{ … }

public class Lastwagen extends Auto{ … }

Syntax:

Vererbung dient der Gliederung und Standartisierung der Objekte

(so könnte z.B. in Fahrzeug definiert werden, dass jede Erb-Klasse das Attribut Geschwindigkeit hat)


Klassenhierarchie - Beispiel public class Fahrzeug{

int radzahl;

public Fahrzeug(int radzahl){this.radzahl = radzahl;

} }

public class Auto extends Fahrzeug{ protected float hubraum;

public Auto(float hubraum){super(4);this.hubraum = hubraum;

}

public float getHubraum(){return hubraum;

}

public void setHubraum(float hubraum){if(hubraum>0) this.hubraum = hubraum;

} }

public class Lastwagen extends Auto{ float capacity;

public Lastwagen(float hubraum,float capacity){super(hubraum);this.capacity = capacity;

} }


Klassenhierarchie - Beispiel Fahrzeug myFahrrad = new Fahrzeug(2); Fahrzeug myAuto = new Auto(1400); Fahrzeug myLastwagen = new Lastwagen(80000,50);

System.out.println(myFahrrad.radzahl); System.out.println(myAuto.radzahl); System.out.println(myLastwagen.radzahl);

myFahrrad.setHubraum(300); myAuto.setHubraum(1600); myLastwagen.setHubraum(100000);

Output:

2

4

4

Fehler beim Kompilieren:

The method setHubraum(int) is undefined for the type Fahrzeug

Fahrzeug myFahrrad = new Fahrzeug(2); Fahrzeug myAuto = new Auto(1400); Fahrzeug myLastwagen = new Lastwagen(80000,50);


myFahrrad.setHubraum(300); myAuto.setHubraum(1600); myLastwagen.setHubraum(100000);

Fahrzeug→ radzahl

Auto extends Fahrzeug→ hubraum→ getHubraum→ set Hubraum

Lastwagen extends Auto→ capacity


Klassenhierarchie – Type Casts

Warum können wir obwohl wir Objekte vom Typ Auto und Lastwagen haben den Hubraum nicht bestimmen?

Bei der Instanzierung vom Objekt myAuto

dass myAuto vom Typ Fahrzeug ist.

myAuto hätte aber schon alle Eigenschaften der Klasse Auto, Java weis das nur nicht.

Wie kann man also Java sagen, dass myAuto trotzdem vom Typ Auto ist?

→ Type Casts

Fahrzeug myAuto = new Auto(1400);

(Auto)myAuto → Typ Auto


Klassenhierarchie - Beispiel Fahrzeug myFahrrad = new Fahrzeug(2); Fahrzeug myAuto = new Auto(1400); Fahrzeug myLastwagen = new Lastwagen(80000,50);


((Auto)myFahrrad).setHubraum(300); ((Auto)myAuto).setHubraum(1600); ((Auto)myLastwagen).setHubraum(100000);

Output:

2

4

4

Runtime Error:

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Fahrzeug cannot be cast to Auto

Fahrzeug myFahrrad = new Fahrzeug(2); Fahrzeug myAuto = new Auto(1400); Fahrzeug myLastwagen = new Lastwagen(80000,50);


((Auto)myFahrrad).setHubraum(300); ((Auto)myAuto).setHubraum(1600); ((Auto)myLastwagen).setHubraum(100000);

Fahrzeug→ radzahl




Klassenhierarchie – instanceof

Achtung bei Type casts → Falls der Cast nicht möglich ist, gibt es einen Runtime Error!Wie können wir das verhindern?

instanceof Operator → gibt zurück, ob ein Objekt gecasted werden kann.

if(f instanceof Auto) {System.out.println(((Auto)f).getHubraum());

}


Klassenhierarchie - Beispiel ArrayList<Fahrzeug> myList = new ArrayList<Fahrzeug>();

myList.add(new Fahrzeug(2)); myList.add(new Auto(1400)); myList.add(new Lastwagen(80000,50));

for(Fahrzeug f : myList) { if(f instanceof Auto) {

System.out.println(((Auto)f).getHubraum());}

}

Output:

1400

80000

Fahrzeug→ radzahl




Abstrakte Klassen

MyClass extends MyAbstract{… }

Manchmal ist es sinnvoll, eine Methode zu definieren, aber nicht zu implementieren.

Beispiel: Flächeninhalt von geometrischen Objekten:

– Jedes dieser Objekte hat einen Flächeninhalt

– Für verschiedene Formen wird dieser jedoch unterschiedlich berechnet

Zwei Arten:

– abstract

– interface


Abstrakte Klassen - abstract

Man kann sowohl Methoden implementieren, als auch nur deklarieren

Man kann keine Objekte einer abstrakten Klasse instanzieren (weil man sonst Methoden aufrufen könnte, die nicht implementiert sind!)

public abstract class GeomObject {double costPerArea;

public abstract double flaeche();

public double cost() {return flaeche()*costPerArea;

}}


Beispiel - abstract

public class Rechteck extends GeometricObject{private double width;private double height;

public Rechteck(double width, double height,double costPerArea) {

this.width = width;this.height = height;this.costPerArea = costPerArea;

}

public double flaeche() {return width*height;

} }

public abstract class GeometricObject {double costPerArea;public abstract double flaeche();

public double cost() {return flaeche()*costPerArea;

} }

public class Kreis extends GeometricObject{private double radius;

public Kreis(double radius, double costPerArea) {this.radius=radius;this.costPerArea = costPerArea;

}

public double flaeche() {return radius*radius*3.14159;

} }


Abstrakte Klassen - interface

MyClass implements MyInterface{… }

Vom Prinzip her ähnlich zu abstrakten Klassen, aber: Nur Methoden deklarieren, nicht implementieren

Vorteil: Eine Klasse kann mehrere Interfaces implementieren, aber nur von einer Klassen erben

public interface GeometricObject {double costPerArea;public double flaeche();public double cost();

}


Abstrakte Klassen - interface

Wann nutzt man Interfaces?– Wenn man als Entwickler eine Schnittstelle anbieten will

– Beispiel: Wir definieren ein Interface IStack für einen Stack. Dieses Interface garantiert, dass die nötigen Funktionen: push, pop, peek, empty usw… vorhanden sind.

– Wie der Stack dann implementiert ist, belibt offen aber wenn ein Objekt das Interface IStack implementiert, kann man sicher sein, dass alle benötigten Funktionen vorhanden sind.


Factories

Zwei Informatiker Arbeiten mit Bäumen:– Damit sie gleichzeitig Arbeiten können implementiert sie einer, der andere nutzt sie

– Anfangs wird entschieden: Wir benutzen einen ArrayTree

– Während der Entwicklung merkt man: ListTree wäre für diese Anwendung besser geeignet.

Benutze: ArrayTree

Meinung geändert:

Ändere alle ArrayTree zu ListTree


Factories - Beispiel

Tree t = TreeFactory.makeTree();

Statt den Konstruktor direkt zu benutzen, wird dies über eine

TreeFactory gemacht!

Vorbesprechung


U6A1 - Klassen, Schnittstellen und Typumwandlungen

interface I{…}abstract class A1 implements I{…}abstract class A2 implements I{…}class C1 extends A1{…}class C2 implements I{…}class C3 extends A2{…}

I

A1

C1 C2

A2

C3

A1 c = new C1();

I i = c;

A1 a1 = c;

A2 a2 = c;

C1 c1 = c;

C2 c2 = c;

C3 c3 = c;

A1 c = new C1();

I i = c;

A1 a1 = c;

A2 a2 = c;

C1 c1 = c;

C2 c2 = c;

C3 c3 = c;


U6A1 - Klassen, Schnittstellen und Typumwandlungen

interface I{…}abstract class A1 implements I{…}abstract class A2 implements I{…}class C1 extends A1{…}class C2 implements I{…}class C3 extends A2{…}

I

A1

C1 C2

A2

C3

A1 c = new C1();

I i = (I)c;

A1 a1 = (A1)c;

A2 a2 = (A2)c;

C1 c1 = (C1)c;

C2 c2 = (C2)c;

C3 c3 = (C3)c;

A1 c = new C1();

I i = (I)c;

A1 a1 = (A1)c;

A2 a2 = (A2)c;

C1 c1 = (C1)c;

C2 c2 = (C2)c;

C3 c3 = (C3)c;


U6A2 - Schnittstellen und Implementierungen

Gegeben Stack ListStack, welcher das Interface IStack implementiert.

– Fabrikmethode implementieren (Wie auf der Folie „Factories-Beispiel“)

→ alle Tests bestanden, die Aufgabe ist aber noch nicht fertig

– Funktion empty im Interface und in ListStack inklusive Dokumentation hinzufügen.

– Test hinzufügen, um zu überprüfen, dass empty korrekt implementiert wurde.


U6A3 - Polymorphie

Wir wollen eine verkettete Liste wie in Übung 5 machen, value soll aber diesesmal ein beliebiges Objekt sein dürfen.

Implementiert die Funktinen in der Klasse ListUtils (die Funktionen sind sehr ähnlich wie in der letzen Serie)

Fabrikmethode implementieren, wie gehabt


U6A3 - Polymorphie

Jezt wollen wir ein Objekt erstellen, welches wir dann in unserer Liste speichern können.

abstract class GeometricObject

– class Rectangle extends GeometricObject

– class Triangle extends GeometricObject

Funktion area

GeometricObject implementiert Comparable → smallerThan in GeometricObject


U6A3 - Polymorphie

Jezt können wir mit Hilfe vom interface Comparable die Funktion sort implementieren

Implementiert den selben Sortieralgoritmus wie in der Serie 5.

Anstatt if(a < b) heisst es nun if(a.smallerThan(b))


U6A4 - Stacks und Optimierungen

Für „fortgeschrittene“ - Ihr seid aber alle schon genug fortgeschritten ;)

Klasse ChunkedStack

– Stack, welcher als Mischung vom ListStack und ArrayStack implementiert werden soll

– «first» → Array → Array → Array → null

– Was ist schneller – ChunkedStack oder ListStack?

– Wie wächst der Aufwand für size in Abhängigkeit der Listengrösse?

– Kann man size auch besser implementieren?


Bonusübung 1

Ihr dürft bei dieser Übung auch Java Klassen importieren, z.B. java.util.Arrays

Achtung: es konnte sein, dass mehrere Studenten die selbe Legi-Nr. haben! Dies wurde jetzt aber behoben.

Abgabe bis am 15.April 00:00 → Das heisst am Samstag Abend.

Falls ihr bei den Public Tests 100% habt, aber nicht beim Einreichen:

Kreiert eigene Testfiles mit randfällen, welche ihr evt nicht berücksichtigt.


Viel Spass!

Documents

Informatik II – Übung 6pascscha/downloads/Slides 6.pdf · Pascal Schärli | 12.04.2018 | 19 Nachbesprechung U5A2 public static void insertAt(List list, int index, int value) throws