Övningar, EDA501 Programmering

Transkript

1 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA EDA501 Programmering Institutionen för datavetenskap VT 2010 Övningar, EDA501 Programmering I kursen ingår fem övningar. Under övningarna ska du självständigt eller tillsammans med en kamrat lösa övningsuppgifterna. Övningsledaren ger tips om lösning, hjälper till om du får problem och diskuterar dina lösningar med dig. Före varje övning bör du förbereda dig genom att läsa i läroboken, titta igenom uppgifterna och gärna försöka lösa en del av dem. Lösningsförslag delas ut i slutet av varje övning. De kommer också att publiceras på kursens hemsida. Förutom uppgifterna i detta häfte finns det övningsuppgifter i läroboken. Innehåll 1 Övning 1 Variabler och tilldelningssatser, objekt och operationer Övning 2 Klasser och metoder, summering Övning 3 Grundläggande programmering Övning 4 Vektorer Övning 5 String och StringBuilder, ArrayList

2

3 Övning 1 Variabler och tilldelningssatser, objekt och operationer 3 Övning 1 Variabler och tilldelningssatser, objekt och operationer Läs i läroboken: avsnitt 1-2, 3.2 Variabler och tilldelningssatser 1. Betrakta följande program, där fyra heltal läses från tangentbordet och några beräkningar görs: public class Example1 { public static void main(string[] args) { Scanner scan = new Scanner(System.in); int a = scan.nextint(); int b = scan.nextint(); int c = scan.nextint(); int d = scan.nextint(); int e = (c + d) - (a + b); c = c + 2; a = (2 * e + c) / 4; System.out.println(a + " " + b + " " + c + " " + d + " " + e); a) En av parenteserna i programmet är onödig. Vilken? Varför? b) Vilka värden skrivs ut när talen 1, 2, 4 och 8 läses? Använd en tabell där du noterar de successiva variabelvärdena. c) Vilka värden skrivs ut när talen 1, 2, 8 och 4 läses? 2. Två heltalsvariabler a och b har deklarerats och fått värden. Skriv satser som byter värde på a och b ( swappar värdena). Exempel: int a = 10; int b = 25; //... dina satser System.out.println(a + " " + b); // ger utskriften Skriv ett program (en klass med en main-metod) som först läser en starttid (två tal, timmar och minuter, till exempel 12 41) och därefter en sluttid (två andra tal, till exempel 16 28) och därefter beräknar och skriver ut hur många minuter det är mellan tiderna. Du kan förutsätta att sluttiden är större än starttiden. Ledning: det behövs fyra int-variabler för de fyra inlästa talen. Ge dessa variabler vettiga namn. 4. Ändra i programmet från uppgift 3 så att tidsavståndet skrivs ut i timmar och minuter i stället för i minuter. Detta kan man göra på två sätt: antingen genom att använda en if-sats eller genom att använda heltalsdivision och operatorn % (avsnitt 6.3 i läroboken). Specifikation av en klass 5. Skriv en specifikation av en klass som beskriver en stad. Städer kännetecknas (i den här uppgiften) av att de har ett namn och ett invånarantal. Namnet, som är en följd av tecken, beskrivs av datatypen String, invånarantalet av ett heltal.

4 4 Övning 1 Variabler och tilldelningssatser, objekt och operationer Utföra operationer på objekt 6. Klasserna SimpleWindow och Square från läroboken antas vara tillgängliga. Vad ritas på skärmen när nedanstående program exekveras? Visa med en skalenlig figur. public class SquareExample { public static void main(string[] args) { SimpleWindow w = new SimpleWindow(400, 400, "Squares"); Square sq1 = new Square(100, 100, 200); Square sq2 = new Square(300, 300, 50); sq1.draw(w); sq2.draw(w); 7. Skriv om programmet från uppgift 6 men skapa bara ett kvadratobjekt. Samma figur som tidigare ska ritas. Förutsätt att klassen Square har en operation void setside(int newside); som ändrar sidlängden till newside. 8. Skriv ett program som ritar en liksidig triangel med sidan 100 pixlar. En av sidorna i triangeln ska vara parallell med x-axeln. Kvadratroten ur ett tal x får man med Math.sqrt(x). Använd klassen SimpleWindow för att rita. 9. Nedanstående program innehåller tre fel som upptäcks av kompilatorn. Korrigera felen. public class ErrorTest { public static void main(string[] args) { SimpleWindow w = new SimpleWindow(600, 600); sq = new Square(100, 200, 50); while sq.getx() < 300 { sq.draw(w); sq.move(10, 10);

5 Övning 2 Klasser och metoder, summering 5 Övning 2 Klasser och metoder, summering Läs i läroboken: avsnitt Klasser 1. Rita en bild av minnessituationen (vilka variabler som finns, variablernas värden, vilka objekt som finns, attributens värden) när följande satser har exekverats: Square sq1 = new Square(20, 30, 40); Square sq2 = sq1; sq1 = null; 2. Implementera färdigt klassen Car: public class Car { private String nbr; private Person owner; // registreringnummer // ägare /** Skapar en bil med registreringsnummer licensenbr som ägs av personen owner. */ public Car(String licensenbr, Person owner) { // Lägg till egen kod här. /** Tar reda på bilens registreringsnummer. */ public String getlicensenbr() { // Lägg till egen kod här. /** Tar reda på bilens ägare. */ public Person getowner() { // Lägg tilll egen kod här. /** Sätter bilens ägare till newowner. */ public void changeowner(person newowner) { // Lägg tilll egen kod här. 3. Rita en figur som visar vilka objekt som finns samt värdet av alla variabler och attribut efter det att följande satser har exekverats. Person p = new Person("Bo Ek"); Car c1 = new Car("ABC123", p); p = new Person("Eva Alm"); Car c2 = new Car("XYZ789", p); Klassen Car finns i föregående uppgift och klassen Person ser ut så här. public class Person { private String name; /** Skapar en person med namnet name. */ public Person(String name) { this.name = name;

6 6 Övning 2 Klasser och metoder, summering /** Tar reda på personens namn. */ public String getname() { return name; 4. I ett system för bokning av platser på tåg förekommer en klass RailwayCoach som beskriver en vagn i tåget. Klassen har följande specifikation: /** Skapar en vagn med nbrseats platser. */ RailwayCoach(int nbrseats); /** Tar reda på antalet platser i vagnen. */ int getnbrseats(); /** Tar reda på antalet lediga (obokade) platser. */ int getnbrfreeseats(); /** Bokar n platser i vagnen. Det får förutsättas att n är <= antalet lediga platser. */ void makereservation(int n); Implementera klassen fullständigt, dvs deklarera attribut och implementera konstruktorn och operationerna. Observera att man bara är intresserad av antalet lediga platser, inte numren på de platser som är lediga. 5. Klassen Person beskriver personer (klassen har fler operationer, men dem är vi inte intresserade av här): /** Skapar en person med åldern age. */ Person(int age); /** Undersöker om denna person är äldre än personen p. Returnerar då true, annars false. */ boolean isolderthan(person p); Implementera klassen. Summering 6. Skriv satser som läser ett n-värde och beräknar och skriver ut n! (n-fakultet, n! = n). 7. Skriv ett program som läser 30 temperaturvärden och beräknar och skriver ut medeltemperaturen. 8. Indata består av 101 reella tal. Det första talet kallas limit. Skriv satser som läser talen och beräknar två summor: dels summan av de tal som är mindre än limit, dels summan av de tal som är större än limit. Tal som är lika med limit ska inte summeras. 9. Ett arbete ger lön enligt följande: första dagen är lönen en krona. De följande dagarna får man dubbelt så mycket betalt som man fick närmast föregående dag. Skriv ett program som avgör hur många dagar man måste arbeta innan man har tjänat ihop en miljon kronor.

7 Övning 3 Grundläggande programmering 7 Övning 3 Grundläggande programmering Läs i läroboken: avsnitt 4, 5, , , 7 1. Skriv följande som tilldelningssatser i Java: a) y = sin(20 ) b) z = ae x + be cos(x) c) hyp = a 2 + b 2 2. Talet x är av typ double. Hur konverterar man värdet av x till närmaste int-tal? 3. a) Hur kan man med operatorn % avgöra om heltalet n är jämnt? b) Hur kan man med operatorn % avgöra om heltalet n slutar med en nolla? c) Talet number är tresiffrigt. Skriv tilldelningar så att digit1, digit2, digit3 tilldelas värdet av respektive siffra. Använd operatorerna % och /. 4. Förenkla följande logiska uttryck (a är en int-variabel, ready är en boolean-variabel): a) a > 2 && a > 5 b) a > 2 a > 5 c)!(a > 2) d)!(a > 2 & a < 9) e)!(a < 0 a > 10) f) ready == true g) ready == false 5. Skriv ett program som från tangentbordet läser ett antal positiva heltal (använd hasnextint() för att undersöka om det finns fler tal att läsa). I programmet ska du beräkna och skriva ut det största av talen. 6. Lös samma uppgift som i föregående uppgift, men låt talföljden avslutas av ett negativt tal. 7. Skriv ett program som drar två olika slumptal mellan 1 och 100 och skriver ut dessa med det minsta talet först. 8. Ett heltal a 0 är givet. Man beräknar en talföljd med följande formler: a k+1 = { a k /2, 3a k + 1, om a k är jämnt annars För alla a 0 större än 0 blir a k förr eller senare = 1. (Detta har ingen lyckats bevisa det kallas Collatz problem men de flesta tror att det är så.) Exempel: a 0 = 3 a 0 = 4 a 0 = 5 a 0 = 6 a 0 = 7 ger 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1 (8 tal i talföljden) ger 2, 1 (3 tal) ger 16, 8, 4, 2, 1 (6 tal) ger 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1 (9 tal) ger 22, 11, 34, 17, 52, 26, 13, 40, 20, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1 (17 tal) Skriv ett program som läser in ett a 0 och skriver ut den talföljd som bildas med formlerna, till och med den avslutande 1-an. Skriv också ut antalet tal i talföljden.

8 8 Övning 3 Grundläggande programmering 9. En groda hoppar omkring på en gräsmatta. Grodan kan hoppa åt norr, öster, söder och väster. Varje hopp är en meter långt. Från början befinner sig grodan i mitten av gräsmattan, dvs i en punkt med koordinaterna (0, 0). Grodan beskrivs av en klass med följande specifikation: Frog /** Skapar en groda som befinner sig i punkten (0,0). */ Frog(); /** Tar reda på x-koordinaten för grodans position. */ int getx(); /** Tar reda på y-koordinaten för grodans position. */ int gety(); /** Tar reda på hur många hopp grodan gjort sedan den skapades. */ int getjumps(); /** Låter grodan hoppa norrut. */ void jumpnorth(); //... här finns tre ytterligare operationer: jumpeast, //... jumpsouth och jumpwest Implementera klassen Frog. Observera att grodans hopp inte ska ritas ut någonstans. 10. Skriv ett program som placerar grodan från övning 9 i mitten av en m stor gräsmatta och låter grodan hoppa omkring slumpmässigt (med samma sannolikhet i alla riktningar) tills den hamnar utanför gräsmattan. Skriv ut antalet hopp som grodan gjorde.

9 Övning 4 Vektorer 9 Övning 4 Vektorer Läs i läroboken: avsnitt , 8.10 Vektorer och matriser 1. Implementera följande metoder: a) /** Hittar minsta talet i vektorn v. */ public static int min(int[] v); b) ** Undersöker om talen i vektorn v är sorterade i växande ordning. */ public static boolean issorted(int[] v); c) /** Undersöker om vektorerna v1 och v2 är lika, dvs. om de är lika långa och alla v1[i] == v2[i]. */ public static boolean equal(int[] v1, int[] v2); Undersök inte fler tal än nödvändigt i deluppgift b och c. 2. Med spåret av en kvadratisk matris menas summan av elementen i huvuddiagonalen (från övre vänstra hörnet till nedre högra hörnet). Skriv följande metod som beräknar spåret av matrisen m: static double trace(double[][] m); Sökning 3. En vektor a innehåller 100 heltal. Vilken utskrift fås av nedanstående satser om int i = 0; while (i < a.length && a[i]!= 0) { i++; System.out.println(i); a) det finns en nolla i vektorn, i vektorelementet a[33]? b) det inte finns någon nolla i vektorn? c) det finns 50 nollor i vektorn, i vektorelementen med udda index dvs. i a[1], a[3],..., a[99]? 4. En vektor cards är deklarerad och skapad enligt följande: Card[] cards = new Card[52]; Vektorn cards har plats för upp till 52 kort. På plats 0 till n-1 i vektorn finns n olika kort sorterade efter valör. Klassen Card har följande specifikation:

10 10 Övning 4 Vektorer Card /** Konstanter för färgern: */ static final int SPADES =...; static final int HEARTS = SPADES + 1; static final int DIAMONDS = SPADES + 2; static final int CLUBS = SPADES + 3; /** Skapar ett spelkort med färgen suit (SPADES, HEARTS, DIAMONDS, CLUBS) och valören rank (1-13). */ Card(int suit, int rank); /** Tar reda på färgen. */ int getsuit(); /** Tar reda på valören. */ int getrank(); Registrering a) Skriv satser som tar reda på om spader dam finns bland korten. Resultatet av sökningen ska vara att en variabel pos innehåller spader dams position i vektorn (-1 om spader dam ej finns i vektorn). b) Ett nytt kort med valören r och färgen s ska sättas in i vektorn. Korten i vektorn ska vara ordnade i stigande valör. Skriv satser som ser till att detta nya kort skapas och hamnar på sin rätta plats i vektorn med hänsyn till dess valör. Du får förutsätta att det finns plats för det nya kortet. 5. I ett program har man lagrat uppgifter om ett antal personers ålder i en heltalsvektor ages. Man vill räkna hur många av personerna som är 0-5 år, 6-10 år,..., år, >50 år. Detta har man gjort på följande sätt: int[] nbr = new int[11]; // nbr[0] = antal 0-5-åringar, // nbr[1] = antal 6-10-åringar, //... // nbr[9] = antal åringar, // nbr[10] = antal >50-åringar for (int i = 0; i < ages.length; i++) { int age = ages[i]; if (age < 6) { nbr[0]++; else if (age < 11) { nbr[1]++; else if (age < 16) { nbr[2]++; else if (age < 21) { nbr[3]++; else if (age < 26) { nbr[4]++; else if (age < 31) { nbr[5]++; else if (age < 36) { nbr[6]++; else if (age < 41) { nbr[7]++; else if (age < 46) { nbr[8]++; else if (age < 51) {

11 Övning 4 Vektorer 11 nbr[9]++; else { nbr[10]++; Detta fungerar men det är inte snyggt, och det blir ännu värre om man ska ta med flera intervall. Förbättra programmet! 6. Följande klass beskriver en tärning: /** Skapar en tärning. */ Die(); /** Kastar tärningen, returnerar antalet prickar (1-6). */ int roll(); I ett statistikexperiment vill man kasta två tärningar och undersöka hur många gånger som summan av prickarna på tärningarna blir 2, 3, 4,..., 11, 12. Experimentet beskrivs av följande klass: /** Skapar ett experiment där tärningarna d1 och d2 kastas. */ Experiment(Die d1, Die d2); /** Kastar tärningarna n gånger, räknar antalet gånger summan blev 2, 3, 4,..., 11, 12. Returnerar antalen i en vektor. */ int[] makeexperiment(int n); Implementera klassen. Flera uppgifter med vektorer 7. Ola Claessons järnhandel är bygdens största leverantör av fasadsiffror. Störst är försäljningen till nybyggda områden där samtliga hus ska ha fasadsiffror. Oftast får de beställningar på formen fasadsiffror till samtliga hus på Nygatan 101 till 125, endast udda nummer. Skriv följande metod som räknar ut hur många siffror av varje sort som behövs. /** Returnerar en vektor med antal olika siffror av varje sort som behövs för nummer mellan start och stop där intervallet mellan numren är interval. */ int[] nbrdigits(int start, int stop, int interval) { Inparametrar till metoden är tre positiva heltal: första nummer, sista nummer och intervallet. Exempel: Följande vektor returneras vid anropet nbrdigits(101, 125, 2): [0][1][2][3][4][5][6][7][8][9] I handelsresandeproblemet gäller det för en handelsresande att besöka ett antal städer. Varje stad ska besökas exakt en gång. Handelsresanden vill att den totala resvägen ska bli så kort som möjligt. Att lösa detta problem exakt är tidsödande, eftersom man måste beräkna alla möjliga resvägar för att finna den kortaste vägen. Vi nöjer oss därför i denna uppgift med att hitta en approximation till den bästa lösningen genom att i varje steg

12 12 Övning 4 Vektorer besöka den stad som ligger närmast den senast besökta staden. Städerna och kartan med alla städer beskrivs av följande klasser: Town /** Skapar en stad med namnet name. */ Town(String name); /** Tar reda på stadens namn. */ String getname(); /** Tar reda på avståndet till staden t. */ double getdistanceto(town t); /** Undersöker om denna stad är besökt. */ boolean isvisited(); /** Markera att denna stad är besökt/inte besökt (b = true/false). */ void setvisited(boolean b); // Övriga metoder i klassen public class Map { private Town[] towns; // städerna /** Skapar en karta med städer. Uppgifter om städerna läses in från en fil med namnet mapfile. */ public Map(String mapfile) { // Här läses antalet städer från filen mapfile och vektorn // towns skapas. Därefter läses uppgifter om städerna, // Town-objekt skapas och läggs in i vektorn towns. // Konstruktorn är färdigskriven. /** Skriver ut namnet på de städer som besöks, i tur och ordning, när man påbörjar en resa i staden med namnet starttown. Det förutsätts att det finns en stad med det namnet. */ public void printtour(string starttown) { // Markera alla städer som obesökta. // Skriv ut startstadens namn, markera den som besökt. // Leta upp närmaste stad som inte är besökt, skriv ut // dess namn, markera den som besökt.osv. /* Tar reda på den obesökta stad som ligger närmast staden t. */ private Town getnearest(town t); Implementera metoderna printtour och getnearest i klassen Map.

13 Övning 5 String och StringBuilder, ArrayList 13 Övning 5 String och StringBuilder, ArrayList Läs i läroboken: avsnitt 11, , 12.8 String och StringBuilder 1. Skriv följande metod: /** Bildar en sträng som innehåller tecknen i s i omvänd ordning. */ public String reverse(string s); Till exempel ska reverse( asdfg ) ge strängen gfds. Använd ett StringBuilder-objekt. 2. Slumptal kan användas för att kryptera texter. Man behöver en slumptalsgenerator som kan initieras med ett slumptalsfrö så att den kan upprepa följden av slumptal. Klassen java.util.random är en sådan klass man använder den konstruktor som har ett slumptalsfrö som parameter. Kryptering av en text går till på följande sätt: Välj en krypteringsnyckel, ett long-tal key. Skapa slumptalsgeneratorn med key som slumptalsfrö. För varje tecken i texten: dra ett slumptal, addera det till tecknet. Vi förutsätter här att teckenkoderna för tecknen ligger i intervallet [0, 256) och att slumptalen ligger i samma intervall. För att också de krypterade tecknen ska hålla sig inom intervallet ska additionen göras cykliskt, dvs efter tecknet med koden 255 anses tecknet med koden 0 komma. Exempel (teckenkoderna har skrivits i decimal form): Tecken: A t t a c k! Teckenkod: Slumptal: Krypterad kod: Krypterat tecken: E C z b o j ) Dekryptering av texten görs genom att man initierar slumptalsgeneratorn med samma krypteringsnyckel och subtraherar slumptalen från teckenkoderna. Skriv en metod som krypterar en text plaintext utgående från krypteringsnyckeln key. Den krypterade texten ska returneras som resultat. Metoden ska ha följande rubrik: public static String encrypt(string plaintext, long key); 3. Antag att metoderna equals och compareto i klassen String inte är tillgängliga. Skriv följande metod: /** Undersöker om strängarna s1 och s2 är lika långa och alla tecknen i s1 är lika med motsvarande tecken i s2. */ public static boolean equals(string s1, String s2);

14 14 Övning 5 String och StringBuilder, ArrayList ArrayList 4. Ett ArrayList-objekt cards är deklarerad och skapad enligt följande: ArrayList<Card> cards = new ArrayList<Card>; // Här läggs ett antal kort in i cards Klassen Card beskrivs i uppgift 4 från övning 4. a) Skriv satser för att summera kortens valörer. b) Skriv satser som tar reda på om spader dam finns bland korten. c) Ett nytt kort med valören r och färgen s ska sättas in i listan. Korten i listan ska vara ordnade i stigande valör. Skriv satser som ser till att detta nya kort skapas och hamnar på sin rätta plats i listan med hänsyn till dess valör. 5. Ett program som hanterar utlåningen av böcker i ett bibliotek ska skrivas. Biblioteket håller reda på sina böcker, sina låntagare och de utlåningar som gjorts. Böckerna är försedda med en streckkod som identifierar boken (kallas bookcode). Låntagarnas lånekort är försedda med en streckkod som identifierar låntagaren (kallas personcode). Böckerna, låntagarna och utlåningarna beskrivs av följande klasser: Book /** Skapar en bok med koden bookcode, titeln title och författaren author. */ Book(String bookcode, String title, String author); // här finns operationerna getbookcode(), gettitle() och getauthor() Person /** Skapar en person med koden personcode, namnet name och adressen address. */ Person(String personcode, String name, String address); // här finns operationerna getpersoncode(), getname() och getaddress() Loan /** Skapar ett utlåningsobjekt som beskriver att boken b lånades av personen p under dagen d. */ Loan(Book b, Person p, Date d); // här finns operationerna getbook(), getperson() och getdate() Date är en standardklass i Java som beskriver datum. Följande klass håller ordning på biblioteket:

15 Övning 5 String och StringBuilder, ArrayList 15 Library /** Skapar ett nytt (tomt) bibliotek. */ Library(); /** Registrerar att boken med kod bcode lånas ut till personen med kod pcode (se också nedan). */ int lendbook(string bcode, String pcode); /** Registrerar att boken med kod bcode lämnas tillbaka (se också nedan). */ int returnbook(string bcode); // här finns ytterligare operationer för att till exempel lägga in // nya böcker och nya personer. Dessa operationer ska du inte skriva. Implementera klassen Library enligt följande anvisningar: Böckerna, låntagarna och utlåningsobjekten ska lagras i tre olika ArrayList-objekt. Kalla listorna books, persons respektive loans. När en bok lånas ut ska ett utlåningsobjekt skapas och läggas in i listan loans. Med konstruktorn Date() skapar man ett datumobjekt som representerar dagens datum. Metoden ska returnera 0 om boken och personen existerar, -1 om det inte finns någon bok med kod bcode, -2 om det inte finns någon person med kod pcode. Det kan förutsättas att boken inte redan är utlånad. När en bok lämnas tillbaka ska motsvarande utlåningsobjekt tas bort ur listan loans. Om utlåningsobjektet fanns i listan ska metoden returnera 0, annars -1.