Egy matematika érettségi feladat megoldása programozással 2021

érettségi logó

érettségi logóA 2021-es középszintű matematika érettségi feladatsor 12. feladata inspirált arra, hogy a programozás eszköztárával oldjuk meg ezt a feladatot. Szükséges hozzá néhány programozási tétel: sorozatszámítás, eldöntés, megszámolás, kiválogatás. Többféle megoldás/megközelítés is előkerül. Érdekes belegondolni, hogy mennyire más lehetne a problémamegoldás, ha programozhatnánk a matematika érettségi vizsgán. A teljes feladatsor a megoldásokkal együtt letölthető az oktatas.hu-ról.

12. feladat

A háromjegyű pozitív egész számok közül véletlenszerűen kiválasztunk egyet. Mennyi annak a valószínűsége, hogy a kiválasztott szám számjegyei különbözők? Megoldását részletezze!

1. megoldás

Az 1. megoldás egymásba ágyazott ciklusokkal behelyettesíti a szóba jöhető 900 db háromjegyű szám számjegyeit. A feltétel 648 esetben teljesül. Három számjegy azonosságát két részfeltétel és kapcsolatával eldönthetnénk a trichotómia miatt. Három számjegy különbözőségéhez három részfeltétel és kapcsolatából áll össze a feltétel. A válasz a kedvező és összes eset aránya/hányadosa, azaz 0,72. Másképpen 648 db szám a 900 db háromjegyű szám közül. A megoldás lépésszáma 900.

2. megoldás

Az egymásba ágyazott ciklusok lépésszáma összeszorzódik. A legbelső ciklus az előtte lévő feltételtől függően kevesebbszer is végrehajtódhat, hiszen a százas és tízes helyiértéken lévő számjegyek egyezése esetén nincs értelme az egyes helyiértéken lévő számjegy vizsgálatának. Így a 2. megoldás lépésszáma 810, azaz 10%-kal kevesebb. Ez a három részből álló feltétel két részre bontásával érhető el.

3. megoldás

A 3. megoldásban egyetlen ciklus végzi a vizsgálatot, a megszámolást. A ciklusváltozó már nem számjegy, hanem maga a háromjegyű szám, amiről döntést kell hozni: különbözik-e mindegyik számjegye vagy sem. Három beszédes nevű segédváltozó segít értelmezni a Java forráskódot. Ezek az egész osztás és a maradékos osztás műveleteivel állíthatók elő.

4. megoldás

A 4. megoldás logikai visszatérési értékű segédfüggvényt alkalmaz. Ez egy menekülőutas megoldás. Ha kizáró feltétel szerint már döntést tudunk hozni (például megegyezik a százas és a tízes helyiértéken lévő számjegy), akkor hamis értékkel menekülünk. Egyébként ág nélkül ezután következhet az egyes helyiértéken lévő számjegy összehasonlítása a többivel. A második feltétel az eddigiekhez képest tagadott, mert a menekülés a cél. Ha nincs menekülés amiatt, hogy volt két megegyező számjegy, akkor – a feltételek egymásra épülése miatt – nincs más hátra, mint igaz értékkel visszatérni (ami azt jelenti, hogy nem volt egyezés, azaz minden számjegy különbözött).

5. megoldás

Az 5. megoldás segédfüggvénye a háromjegyű szám esetén a különböző számjegyek darabszámával tér vissza. A röptében előállított százaz, tízes, egyes helyiértékeken lévő számjegyekből folyam adatszerkezet készül, aminek feldolgozását a Stream API műveletei (egyediesítő, megszámoló) végzik el. Ezt a vezérlő ciklusban hárommal összehasonlítva léptethető a megszámolást megvalósító változó, hiszen ha teljesül a feltétel, akkor eggyel több megfelelő szám van, mint előtte volt.

6. megoldás

Az 6. megoldás újra másképpen közelít. Ha könnyebbnek tűnik az a feltétel, hogy mikor nem jó (kedvezőtlen) nekünk egy szám, akkor beépíthetjük ezt is. Megszámoljuk azokat a háromjegyű számokat, amelyeknél egy vagy két számjegy azonos, majd ez kivonjuk a háromjegyű számok darabszámából.

7. megoldás

A 7. megoldás már mindent folyamokkal old meg, azok képességeire építve. Az összes háromjegyű számot előállítja, majd rajtuk kiválogatás programozási tételt (szűrőt) használ (az 5. megoldás segédfüggvényére építve), végül a folyamban maradó számokat megszámolja. Ez a megoldás már olyan haladóknak való, akik magabiztosan építik össze a Stream API műveleteit és a lambda kifejezéseket. Mindent egyben. Persze hol itt a hatékonyság? Hozzászólásokban megbeszélhetjük.

8. megoldás

A 8. megoldás szintén folyam adatszerkezettel működik, de négy egymást követő lépésben végez szűrést (kiválogatást). A 900 db háromjegyű számból indulunk ki. Az 1. szűrő kihagyja a 9 db AAA számot, amelyek számjegyei azonosak és így marad utána 891 db szám. A 2. szűrő után marad 810 db szám, mert kimarad az a 81 db AAB alakú szám (ahol a százas és tízes helyiértéken lévő számjegyek megegyeznek) az összesen 90 db-ból, ami még a folyamban maradt az 1. szűrő után. A 3. szűrő kihagy 81 db ABB alakú számot és meghagy 729 db számot. A 4. szűrő kihagy 80 db ABA alakú számot és meghagy 648 db ABC alakú számot.

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

Ajánljuk matematika érettségi feladat címkénket, mert a témában évről-évre blogolunk.

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 5-8. óra: Vezérlési szerkezetek, 13-16. óra: Tömbök, valamint 21-24. óra: Objektumorientált programozás, 2. és 3. rész alkalmaihoz kötődik.

 

Keresztrejtvény készítése

Támogatjuk a keresztrejtvények készítését Java programmal. A program grafikus felülete eszköztárból és a keresztrejtvényből áll. Az elkészült programban 10×10-től 15×15-ig beállítható négyzetrács készíthető elő. A tiltott négyzetek száma 15-től 30-ig beállítható. Mivel a tiltott négyzetek helyzete véletlenszerű, így nem biztos, hogy az elsőre jó/szerencsés lesz, ezért újragenerálható a négyzetrács. A program a tipikus követelményeknek megfelelően sorfolytonosan sorszámozza a négyzetrács elemeit, ami alapján megadhatók hozzá a vízszintes és függőleges feladványok. A program az elfogadott négyzetrácsot többféle képformátumban is el tudja menteni.

Az elkészült Java program grafikus felülete

Objektumorientált tervezés

A keresztrejtvény ábrája egy négyzetrácsból áll, amelyben rejtvénymezők helyezkednek el. A rejtvénymezőnek megfelel egy örökítéssel felüldefiniált címkekomponens. A rejtvénymezőt körülveszi egy szegély/keret, tiltott vagy sem állapotától függően fekete vagy fehér a háttérszíne, valamint van a bal felső sarkához igazított kis méretű betűvel nem kötelezően megjeleníthető sorszáma. A tiltott és sorszám tulajdonságait kell tudni beállítani és megkérdezni. Ez a feladatban a RejtvenyMezo POJO. A négyzetrács sorai és oszlopai azonos méretűek (pixelre és darabszámra egyaránt).

Algoritmus a keresztrejtvény sorszámozására

A rejtvénymezők kétdimenziós négyzetes mátrixban/tömbben helyezkednek el. A sorszámozáshoz hasznos, ha a négyzetrácsot körbeveszi egy tiltott rejtvénymezőkből álló keret. Először a rács sorain és oszlopain végighaladó egymásba ágyazott ciklusok létrehozzák a POJO-kat úgy, hogy a négyzetrács keretén lévő rejtvénymezők tiltottak, a többi nem tiltott. Ezután véletlenszerűen ki kell választani – a még nem tiltottak közül – a szükséges mennyiségű tiltott rejtvénymezőt. Ezután sorfolytonosan sorszámozni kell azokat a rejtvénymezőket, ahol vízszintes vagy függőleges feladvány kezdődik. Ehhez is két egymásba ágyazott ciklus kell, amelyben minden még nem tiltott rejtvénymező egyre növekvő sorszámot kap, ha tőle balra tiltott és tőle jobbra nem tiltott rejtvénymező helyezkedik el, de akkor is, ha felette tiltott és alatta nem tiltott rejtvénymező található.

A keresztrejtvényt sorszámozó algoritmus Java megvalósítása

Továbbfejlesztési lehetőségek

  • A feladványok listázhatók és kideríthető a hosszuk.
  • A tiltott rejtvénymezők véletlenszerű elhelyezése helyett lehetne valamilyen szabály, stratégia az egymáshoz való helyzetükre, távolságukra, közvetlen szomszédságukra vonatkozóan. Figyelembe vehetnénk valamilyen szimmetriát is, mintákat, alakzatokat is. Véletlenszerű elhelyezésük nem biztos, hogy mindig jó/szerencsés: például a tiltott rejtvénymezők körbezárhatnak egy nem tiltottat, hosszabb feladványokat nehezebb találni…
  • A Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam tematikájához kötődően többféle szótárból, fájlformátumból betölthetünk a feladványokhoz használható, például 7 betűs országnevek, 2 betűs kémiai elemek, női/férfi keresztnevek, autójelek, pénznemek, szinonimák…
  • A Java EE szoftverfejlesztő tanfolyam tematikához kötődően többféle webes adatforrásból, Wikipédiából, szótárból, API hívásokkal letölthetünk a feladványokhoz használható listákat, meghatározásokat, kulcs-érték párokat. A swing-es felületet lecserélhetjük böngészőben futó webes GUI-ra is.
  • A Java adatbázis-kezelő tanfolyam tematikájához kötődően a fentiek kiegészítéseként tervezhetünk és építhetünk helyben tárolt tudástárat, adatbázist, amiből hatékonyan lekérdezve adhatunk feladványokat a keresztrejtvényhez.
  • Miután a fentiek szerint valahogyan – tipikusan visszalépéses algoritmussal – meghatároztuk a feladványokat, a keresztrejtvényből menthetünk kitöltött változatot is.

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

Organogram készítése

Organogram logó

HR-organogram-logoAz Oracle HR sémából építünk organogramot, amivel megjeleníthető a szervezeti hierarchia. Személyenként készítünk csomópontokat. (Másképpen is lehetne: például részlegenként.) A megvalósítás során kétszer konvertálunk A-ból B-be. Először az adatbázisból/adatforrásból SQL lekérdezéssel jutunk hozzá a szükséges adatokhoz, amelyeket generikus listába képezzük le. Ezután a listát feldolgozva generálunk HTML fájlt, amely tartalmaz egy Organization Chart diagramot.

Hasonló feladat: Ki kinek a vezetője?, rekurzív lekérdezéssel. Érdemes összehasonlítani a kétféle szemléletmódot.

Tervezés

Most pedig azt használjuk fel, hogy az Oracle HR sémában az EMPLOYEES táblában reflexió van, amelyet az EMPLOYEE_ID és a MANAGER_ID mezők biztosítanak.

Az Organization Chartnál három adatsor adható meg. Ezek most testre szabva (mindegyik szöveges): 'Employee lastname', 'Job ID', valamint jelmagyarázatként további három mező összefűzve: 'Employee name, Department name, Job title'. Az organogramon megjelenő adatok például: "Raphaely", "PU_MAN", valamint a csomópontra fókuszálva megjelenő tooltip: "Employee: Den Raphaely, Department: Purchasing, Job: Purchasing Manager". A DEPARTMENTS táblából – az EMPLOYEES-zel a DEPARTMENT_ID-vel összekötve – megkapjuk a DEPARTMENT_NAME-t. A JOBS táblából pedig – az EMPLOYEES-zel a JOB_ID-vel összekötve – megkapjuk a JOB_TITLE-t.

A lekérdező parancs

SQL-organogram

Az EMPLOYEE_ID elsődleges kulcs, vagyis kötelező. A MANAGER_ID nem kötelező, a hierarchia tetején álló vezetőnél ez a mező null értékű. Mivel a MANAGER_ID nem kötelező, így külön lekérdező parancsban kell előállítani a 15 középvezetőt együtt a 2 felső vezetővel, valamint az egyetlen felső vezetőt, akinek a MANAGER_ID-ja null. Ezt a két részeredményt össze kell fűzni ( UNION).

Az eredménytábla

SQL-eredménytábla

Az adatfeldolgozás lépései

Java programozási nyelven kötelező a kivételkezelés a JDBC kapcsolatfelvétel, SQL parancs futtatása, valamint a fájlkezelés során. A JDBCConnection interfészben definiált szöveges konstansok: DRIVER, URL, USER, PASSWORD (az adatbázis-szerverrel való kommunikációhoz), SQL (a lefuttatandó lekérdező parancs). Az OrganizationChart interfészbe került a HTML_FILE_PATH (a generálandó HTML fájl Path útvonala) és a HTML (konstans váz az organogram testre szabott HTML+JavaScript forráskódja). Az SQL parancs ResultSet eredménytáblájának feldolgozása során áll elő az orgChartDataList generikus lista. A HTML konstans szövegben lévő #OrgChartData# elemet ki kell cserélni a generikus listából Stream API-val dinamikusan összefűzött adatokra. A fenti példa ide kapcsolódó része: "[{'v':'Raphaely', 'f':'Raphaely<div style="color:red; font-style:bold">PU_MAN</div>'}, 'King', 'Employee: Den Raphaely, Department: Purchasing, Job: Purchasing Manager']". Ezt követően a java.nio csomag Files osztályának write() metódusával fájlba menthető az előállított fájltartalom. A konkrét Java forráskódot most nem részletezem.

Az elkészült organogram

HR-organogram

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

A feladat a Java adatbázis-kezelő tanfolyam 9-12. óra: Oracle HR séma elemzése, 13-16. óra: Konzolos kliensalkalmazás fejlesztése JDBC alapon, 1. rész, 33-36. óra: Grafikus kliensalkalmazás fejlesztése JDBC alapon, 2. rész alkalomhoz kapcsolódik.

ADA 2020

A Debreceni Egyetem Informatikai Kara 2020. december 15-16-án megrendezte az ADA konferenciasorozat harmadik konferenciáját (ADA 2020), amely az informatika és a STEM területei iránt érdeklődők konferenciája volt.

A konferencia célja

Az ADA konferenciasorozat elsődleges célja, hogy lehetőséget és közeget biztosítson az informatikai és a STEM területeken dolgozó, kutató vagy még a tanulmányaikat folytató nők szakmai megjelenésének, kommunikációjának. A konferencia kiemelt figyelmet kíván fordítani a kapcsolódó szakterületek munkaerő utánpótlásának problémáira, az érdeklődők pályaválasztási motivációja növelésének, illetve az orientáció kialakításának lehetőségeire. A konferenciasorozat szeretne hozzájárulni a nők arányának növekedéséhez a fenti területekhez tartozó szakmákban és kutatásokban.

Kiknek érdemes részt venni?

Mindenkinek, aki érdeklődik az informatika és a STEM területeinek új eredményei iránt! Minden kutatónak, oktatónak, felsőoktatásban tanuló vagy doktori tanulmányokat folytató hallgatónak, akik tudományos eredményeiket szeretnék bemutatni egy szélesebb szakmai közönség előtt.

Akik az informatikához, a STEM területekhez, illetve ezek oktatásához kapcsolódó munkájuk és tapasztalatuk alapján kialakult jó gyakorlatukat kívánják megosztani a szakmabeliekkel.

Az eseményről

Mindkét nap 1-1 plenáris előadással indult. 11 szekcióban (Számítástudomány, Természettudomány, Okos város és okos otthon, Női tapasztalatok a STEM területén, Nők a tudományban, Virtuális valóság, Virtuális valóság és vizualizáció, Középiskolai oktatás, Új didaktikai irányvonalak, Digitális eszköztár használata, Robotika) zajlott a 40 szekció előadás. A konferencia a Webex online platformon zajlott.

Elérhető a konferencia programja: keddi program és szerdai program, valamint az absztraktok is.

2020-ban előadást tartottam „Koronavírus Java projekt – a tervezés és megvalósítás mérföldkövei” címmel, amely a konferencia Digitális eszköztár használata szekciójába került. Az absztrakt: „Az előadás/cikk egy szoftverfejlesztő OKJ képzésen használt/használható esettanulmányt ismertet. A Java projekt két különböző weboldalról ment adatokat, ezek: https://koronavirus.gov.hu/elhunytak és https://www.worldometers.info/coronavirus/country/hungary/. Az adatokat helyi állományrendszerben tárolja, konvertálja, összefésüli, végül némi adattisztítást követően feldolgozza. A Java alkalmazások gyakorlat tantárgy tematikájának kapcsolódó elemei: OOP-MVC, swing GUI, eseményvezérelt programozás, szövegfájlok kezelése, hálózati kommunikáció, kivételkezelés. Az előadás/cikk ismerteti a Java projekt tervezésének és megvalósításának fontosabb lépéseit, mérföldköveit.”

Az előadásom prezentációját és az Java projekt/esettanulmány forráskódját ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

Az előadásom témája a Java EE szoftverfejlesztő tanfolyam több alkalmához is kötődik.

Részt vettem az ADA 2019 konferencián is.

Fibonacci-spirál

Fibonacci nap

Fibonacci nap 2018A Fibonacci-spirál a népszerű Fibonacci-sorozat elemei által meghatározott oldalhosszúságú négyzetekbe rajzolt maximális sugarú negyedkörök megfelelően összeillesztett darabjaiból/sorozatából áll. Sokszor hasonlítják az arany spirálhoz (jól közelíti), amely az aranymetszéshez kötődik.

A Fibonacci-spirál

Vegyük a Fibonacci-sorozat első 10 elemét! Rajzoljuk egymás mellé az alábbi elrendezésben belülről kifelé haladva az 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 oldalhosszúságú négyzeteket (az alábbi ábrán vékony sárgával jelölve). Piros színnel rajzoljuk bele a négyzetekbe a négyzet oldalhosszával megegyező sugarú negyedköröket. A negyedkörök megfelelő elrendezésben folytonos görbét alkotnak, és ezt nevezzük Fibonacci-spirálnak (az alábbi ábrán vastag pirossal jelölve).

Fibonacci-spirál 1

A rajzolás bármeddig folytatható, mert a sorozat végtelen, a négyzetek illeszkednek és az ábra rekurzív, önhasonló. Az alábbi animáció mutatja, hogyan alakul a spirál a nézőpont közelítésével. A viselkedés távolítás során is azonos lenne.

Fibonacci-spirál 2

Korábban blogoltunk már a Fibonacci napról, amelyet minden évben november 23-án ünneplünk. A sorozat első néhány eleméből összeáll a 11.23. és értelmezhető dátumként. Most nem a sorozat elemeinek előállítására fókuszálunk, hanem arra, hogy ezekből felépítsük a Fibonacci-spirált.

Készítsünk Java programot!

Grafikus felületű Java programot készítünk, amely 21 animációs fázisban mutatja be a Fibonacci-sorozat első 10 eleméből álló Fibonacci-spirál felépítését. A rajzolás fázisai:

  • Az 1. fázis a kiindulópontként tekinthető fehér, üres rajzlap. A rajzlap fekvő, mérete 890*550 pixel, amelyre éppen elfér a 10 negyedkörből álló spirál.
  • A 2-11. fázisban megfelelő pozícióba/koordinátákra kerülnek fel az ábra vázát alkotó négyzetek, belülről kifelé haladva. A négyzetek oldalainak hosszúsága a sorozat elemeinek megfelelő. A szomszédos négyzetek különböző színekkel kitöltöttek és mindegyikben megjelenik a sorozat megfelelő eleme.
  • A 12-21. fázisban – szintén belülről kifelé haladva – a négyzetek törlődnek és helyükre a spirált alkotó negyedkörök kerülnek fekete színnel. A 21. fázist tekintjük végeredménynek.

A fázisok kézzel, nyilakkal jelölt (Első, Előző, Következő, Utolsó) vezérlő nyomógombokkal megjeleníthetők, illetve egyben, időzítve animációként is lejátszható a rajzolási folyamat. Az elkészült program működése megfigyelhető az ábrán:

Fibonacci-spirál Java program

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

A Java SE szoftverfejlesztő tanfolyamunkon, a szakmai modul Objektumorientált programozás témakörét követő 29-36. óra Grafikus felhasználói felület alkalmain már tudunk egyszerűbb szimulációs programot tervezni, kódolni, tesztelni.