Péntek 13

Péntek 13

Péntek 13Sokan szerencsés vagy balszerencsés napnak tartják a péntek tizenharmadikát. Évente 1-2-3 alkalommal megtörténik, hogy a hónap 13. napja péntekre esik (minden vasárnap kezdődő hónapban). A hónap 13. napja valamivel valószínűbben péntekre esik, mint a hét bármely más napja. Átlagosan 212,35 naponként fordul elő péntek 13. Előfordulhat két egymást követő hónapban is, de akár 14 hónap is eltelhet két péntek 13 között.

A nap említése sok helyen előfordult: regényekben, filmekben, híres emberek születése vagy halála is esett péntek 13-ra. Átlag alatti közlekedési baleset szokott előfordulni ezeken a napokon – talán mert az emberek óvatosabbak. Kimutatható összefüggést/korrelációt, „péntek 13 hatást” figyeltek meg a tőzsdén is.

Hasznos lehet, ha írunk egy Java programot, amely néhány egymást követő év esetén listázza a konzolra azokat a hónapokat, amikor 13-a péntekre esik.

Tervezés

Legyen egy listFriday13(year) eljárás, amely a paraméterként átvett évben kiírja azokat a hónapokat a konzolra, amelyekben 13-a péntekre esett/esik. Például: 2019: szeptember, december. A hónapok nevei magyar nyelven jelenjenek meg. Az adott év hónapjain végighaladó ciklus legyen hatékony. Optimalizáljunk a ciklus lépésszámára! A ciklus álljon le, ha már talált 3 hónapot (mivel nem lehet több).

1. megoldás

A megoldást a tematika Tömbök témakörében az alábbiak szerint készíthetjük el. Előismeretek: változók, operátorok, ciklusok, programozási tételek, metódusok, tömbök, String összehasonlítás. Az ismert öröknaptár algoritmusokból implementáljuk az egyiket, például:

A listFriday13v1(year) eljárásban az elemi döntés egyszerű: dayOfWeek(year, month, 13).equals("Friday"). Épít az öröknaptárt megvalósító – saját – szöveget visszaadó függvényre. A függvény az algoritmus szerinti kódok előállításához ( centuryCode, monthCode, dayCode) felhasználja a szökőév ( isLeapYear(year)) függvényt, valamint két – konstansnak is tekinthető – névtelen tömböt ( new int[], new String[]).

2. megoldás

A megoldást a tematikában Objektumorientált programozás témakörében az alábbiak szerint készíthetjük el. Felhasználjuk eddigi ismereteinket és a JDK beépített dátumkezelő (tároló, formázó) funkcióit (osztályok, interfészek, konstansok, felsorolások).

A listFriday13v2(year) eljárás a Calendar absztrakt osztály konstansait használja fel az elemi döntéshez: date.get(Calendar.DAY_OF_WEEK)==Calendar.FRIDAY. A dátumot a GregorianCalendar konstruktora példányosítja és figyelni kell a 0-bázisú hónapkezelésre. A dátum formázása során ( dfMonth) beállítjuk a megfelelően paraméterezett ( "hu") Locale típusú objektumot és a hónap hosszú nevét kérjük ( "MMMM"). A metódus generikus listába gyűjti a kiválasztott hónapok nevét, amiket végül a String.join() függvény fűz össze a megjelenítéshez.

Eredmény

A vezérlésben egy ciklus 2019-től 2038-ig szervezve az alábbi eredményt adja:

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam tematikájához kötődik a fentiek szerint: 13-16. óra: Tömbök alkalom, illetve 17-28. óra: Objektumorientált programozás alkalom.

Nemzetközi Pi nap

Pi-logo

Pi-logoA Pi-t (π) mindenki ismeri. Talán sokaknak kedvenc története is van a π-vel kapcsolatosan, amelyet iskolában vagy utazásai alatt szerzett. A π Euklidesz geometriájában a kör kerületének és átmérőjének arányát jelöli. A π irracionális szám, azaz végtelen, nem szakaszos tizedestört; másképpen számjegyei között nincs ismétlődés. A π értékével a hétköznapokban 3,14-dal szokás számolni, de a tudomány területén ennél sokkal pontosabb közelítést szokás alkalmazni. A π közelítése az informatikának köszönhetően akár több millió tizedesjegyig is lehetséges (például: S. Memphill: Pi to 1,000,000 places).

A nemzetközi Pi nap alkalmából (március 14) megvalósítottunk néhány – végtelen összeggel és szorzattal – π közelítésre való képletet, algoritmust Java nyelven.

1. Viète-féle sor

Pi-kozelites-Viete

A módszer néhány eredménye: i=5  esetén 3.140331156954752  (2 tizedesjegyre pontos), i=10 -nél 3.1415914215112  (5 tizedesjegyre pontos), i=11  esetén 3.1415923455701176  (6 tizedesjegyre pontos).

2. Leibniz-féle sor

Pi-kozelites-Leibniz

A módszer néhány eredménye: a 24. lépéstől stabil 1 tizedesjegyre, a 626. lépéstől stabil 2. tizedesjegyre, a 2453. lépéstől stabil 3 tizedesjegyre (hiszen alternál).

3. Wallis-formula

Pi-kozelites-Wallis

A módszer néhány eredménye: A 38. lépéstől 1, a 986. lépéstől 2, a 2650. lépéstől 3, a 16954. lépéstől már 4 tizedesjegyre pontos.

4. Csebisev-sor

Pi-kozelites-Csebisev

A módszer k=10 -re már 8 tizedesjegyig pontos.

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot – további 8 közelítő módszer implementációjával együtt – ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 5-8. óra: Vezérlési szerkezetek alkalmához kötődik.

Barátságos számpárok

számok

Azokat a számpárokat, amelyekre igaz, hogy az egyik szám önmagánál kisebb osztóinak összege megegyezik a másik számmal és fordítva, külön-külön barátságos számoknak, együtt barátságos számpárnak hívjuk.

Másképpen: legyen d(n) az n természetes szám önmagánál kisebb osztóinak összege. Ha d(a)=b és d(b)=a, ahol ab, akkor a és b barátságos számpár.

Például: (220; 284), hiszen a 220 önmagánál kisebb osztói: 1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55, 110 és ezek összege 284, illetve 284 önmagánál kisebb osztói: 1, 2, 4, 71, 142 és ezek összege 220.

Írjunk Java programot, amely kiírja az 1-10000 zárt intervallumban található barátságos számpárokat!

1. megoldás

A baratsagosSzamparok1() eljárás ciklusai a brute force módszer szerint behelyesítik az összes lehetséges számot. Minimális lépésszám csökkentésre adódik lehetőség, hiszen a belső ciklus j változója i+1-ről indítható (így a megtalált számpárok nem íródnak ki fordítva is, mert teljesül, hogy i<j).

Az osztokOsszege1(n) függvény is minden lehetséges osztót figyelembe vesz 1-től n-1-ig.

2. megoldás

Kisebb módosításokkal a lépésszám csökkenthető. A baratsagosSzamparok2() eljárás külső ciklusánál figyelembe vettem, hogy a legkisebb barátságos számpár kisebb tagja nagyobb 200-nál. Mivel a barátságos számpárok tagjainak paritása mindig megegyezik (azaz mindkettő páros vagy mindkettő páratlan), így a belső ciklus j változója indítható i+2-ről és léptethető kettesével ( j+=2), és továbbra is teljesül, hogy i<j.

Az osztokOsszege2(n) függvényt is módosítottam. Mivel az 1 minden számnak osztója, illetve a 2 minden páros számnak osztója, így s lehet 3 vagy 1 és a ciklus indítható 3-ról. A páros számok esetén a számnál kisebb legnagyobb osztó maximum n/2 lehet, illetve ugyanez páratlan számok esetén n/3 lehet. Ezekre figyelve a max változó adja a ciklus léptetésének felső határát. Az i változó léptetésénél figyelembe vettem, hogy páratlan számnak csak páratlan osztói lehetnek ( i=3-mal szinkronban).

3. megoldás

Az eddigi két egymásba ágyazott ciklus helyett átszervezhető a baratsagosSzamparok3() eljárás. A j>i && osztokOsszege2(j)==i feltétel kiértékelése így sokkal hatékonyabb.

Mit gondolsz, milyen nagyságrendű különbségek adódnak, ha összehasonlítjuk a három megoldás futási idejét?

Az 1. megoldás futási ideje 1104156 ms, a 2. megoldásé 257055 ms, a 3. megoldásé 121 ms. A konkrét értékek helyett a nagyságrendet megfigyelve a különbség nagyon látványos.

A feladat megoldása során mindhárom megoldás helyes és megkapjuk az intervallumban található öt barátságos számpárt: (220; 284), (1184; 1210), (2620; 2924), (5020; 5564), (6232; 6368).

A bejegyzéshez tartozó teljes – időméréssel kiegészített – forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

Források:

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 9-12. óra: Metódusok, rekurzió alkalomhoz kötődik.

CHOO + CHOO = TRAIN

Most nem a híres kisvonatról van szó, hanem egy ismert kriptoaritmetikai feladványról. Ebben a feladattípusban egyszerű matematikai műveletek szerepelnek és a különböző betűk különböző számjegyeket jelölnek. Általában többféleképpen megoldhatók: intuíció, ötlet, módszeres próbálkozás, következtetés, kizárás vagy klasszikus behelyettesítés. Ha van megoldás és meg is találunk egyet, akkor a következő kérdés az, hogy van-e még, illetve összesen hány megoldás van?

Íme a feladat:

Érdemes minden megoldás során figyelembe venni a minden számjegyet 0-9-ig végigpróbáló lépések helyett legalább az alábbi öt feltételt:

  • C >= 5, hiszen CHOO olyan négyjegyű szám, aminek a kétszerese ötjegyű szám,
  • T = 1, mivel két négyjegyű szám összege 10000 < TRAIN < 20000 (ebben az esetben),
  • O >= 6, hiszen maradéknak képződnie kell, mert I és N különbözik,
  • 2 <= N < I és
  • I >= 3 és szintén a maradékképződés miatt.

Esetleg még tovább gondolkodva, felfedezhetünk egyéb összefüggéseket, illetve kizárhatunk egyéb értékeket, így jelentősen csökkenthető egy-egy Java implementáció lépésszáma.

1. megoldás

Ez adatszerkezet nélküli megoldás, így eléggé összetett feltétellel valósul meg a művelet teljesülése (megfelelő helyiértékek használatával) és a különbözőségek vizsgálata.

2. megoldás

Itt az ellenőrzési feltétel egyszerűbb, mert a különbözőség/egyediség tesztelését áthárítottam a halmazszerűen működő HashSet generikus kollekcióra, építve annak beépített képességére.

Mit gondolsz, melyik megoldás hajtódik végre gyorsabban? Miért?

Mivel a két megoldásnál a ciklusok szervezése megegyezik, így a használt adatszerkezet dönt (hiszen annak konstrukciós és szelekciós, azaz karbantartási műveletei vannak). Az 1. megoldás a gyorsabb, mert nem használ adatszerkezetet. A 2. megoldás lényegesen lassabban fut, mert a generikus kollekció műveletei miatt az automatikus szemétgyűjtő tevékenység erősen igénybe vett. A különbség nagyságrendileg 15-szörös.

A feladatnak két megoldása van: 5466 + 5466 = 10932 és 5488 + 5488 = 10976.

A bejegyzéshez tartozó teljes – időméréssel kiegészített – forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

Akinek kedve támadt, lásson hozzá hasonló feladatokhoz:

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 9-12. óra: Metódusok, rekurzió alkalomhoz, illetve a 21-24. óra: Objektumorientált programozás, 2. rész alkalomhoz kötődik.

Euler állatos feladata

EulerAllat

EulerAllatValaki sertést, kecskét és juhot vásá­rolt, összesen 100 állatot, pontosan 100 aranyért. A sertés darabja 3 és fél arany, a kecskéé 1 és egyharmad, a juhoké fél arany. Hány darabot vehetett az egyes állatokból?

Kezdjük informatikai eszközökkel megoldani a problémát és írjunk Java nyelven forráskódot!

1. megoldás

Klasszikus ötletként teljes leszámolást (brute force) megvalósítva ágyazzunk egymásba három ciklust és léptessük mindhárom változót ( s, k, j) 1-100-ig [//3, //4, //5]!

Így biztosan megkapjuk az összes megoldást, hiszen minden lehetséges értéket behelyettesítünk a feltételvizsgálatnál. A lépésszám 1000000, ami nagyon sok. Próbáljuk fokozatosan csökkenteni a lépésszámot!

2. megoldás

Vegyük figyelembe, hogy mindegyik fajta állatból kell legalább egyet venni, így léptessük a változókat 1-98-ig! Másképpen: ha bármelyik állatból a maximális darabot vennénk (98-at), a másik kettőből még mindig tudjunk venni minimális darabot (1-et, 1-et) [//3, //4, //5].

A lépésszám 941192.

3. megoldás

Vegyük figyelembe, hogy összesen 100 db állatot kell venni, így k legfeljebb 99-s, illetve j legfeljebb 100-s-k lehet [//4, //5]!

A lépésszám 161700.

4. megoldás

Vegyük figyelembe, hogy összesen 100 db aranyat költhetünk! A sertés a legdrágább: ezért s legfeljebb egészrész(100/3,5)=28 darab lehet, hasonlóan k legfeljebb egészrész(100/(4.0/3)-3,5)-s, azaz 71-s lehet [//3, //4].

A lépésszám 90692.

5. megoldás

Következtessünk abból, hogy az arany mérőszáma (100) egész szám: a sertések és juhok ára félre végződik és ezek összege tud lenni egész szám többféleképpen is, így a kecskék számának hárommal oszthatónak kell lennie, mivel csak így tud lenni egész szám a néhányszor négyharmad [//4].

A lépésszám 29439.

6. megoldás

Mivel páros számú állatot kell venni és s+j páros szám, így k-nak is párosnak kell lennie! A hárommal osztható számok közül minden másik páros, azaz hattal is osztható [//4].

A lépésszám 14132.

7. megoldás

Építsük be, hogy s+j legyen páros. [//5].

A lépésszám 7130.

8. megoldás

Ha s és k ismert, akkor j könnyen adódik 100-s-k-ként és nem kell rá ciklust szervezni. [//5].

A lépésszám 252.

Akinek még van kedve tovább próbálkozva csökkenteni a lépésszámot, íme néhány ötlet:

  • Az s maximális értéke könnyen csökkenthető 16-ra, ekkor a k legfeljebb 60-3*s és j adódik, így egyszerűsíthető lehet a 6*s+5.0/3*k==100 feltétel, valamint az eredmény kiírásánál j helyett 100-s-k. Ekkor a lépésszám 88.
  • Az s osztható öttel, így a ciklusa megszervezhető for(int s=5; s<=15; s+=5)-ként, amivel a lépésszám 14.
  • A k is adódik (100-6*s)*3/5.0-ként és a módosított k==Math.round(k) feltétellel a lépésszám 3.

Próbálkozhatunk egy kis matematikával is!

Néhány ötlet:

  • Egyszerű műveletekkel könnyen adódik, hogy 21s+8k+3j=600 és j=100-s-k, illetve s<600/21 és k<600/8-21s. Ezeket az összefüggéseket felhasználva is írhatunk programot.
  • Klasszikus diofantoszi (diofantikus) többismeretlenes algebrai egyenletrendszerként is megoldhatjuk a feladatot.
  • Egyebek: következtetés, kizárás, egyenlőtlenségek, becslések, kongruencia, szorzattá (hatvánnyá) alakítás, illetve az sem rossz ötlet, hogy “ránézek és kész”.

Végül a feladat megoldásai

5 db sertés és 42 db kecske és 53 db juh
10 db sertés és 24 db kecske és 66 db juh
15 db sertés és 6 db kecske és 79 db juh

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

Ez a feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 5-8. óra: Vezérlési szerkezetek, illetve 9-12. óra: Metódusok, rekurzió alkalmához, valamint minden tanfolyamunk orientáló moduljának 1-4. óra: Programozási tételek alkalmához kapcsolódik.