Skandináv lottó demóprogram

Skandináv lottó (heteslottó) demóprogramot tervezünk és írunk meg Java nyelven. Lépésenként mutatja meg, hogy mi történik a háttérben: hogyan állítja elő véletlenszerűen a lottószelvényt.

Az emlékezet egy logikai tömb. Ebben 36 elem van. A nulladik elem nem számít, és legyen a többi elem (1-35-ig indexelve) kezdetben mind hamis. A cél: legyen a tömbben pontosan 7 db igaz érték. Másképpen: a logikai tömb a lottószelvényen megjátszható számok kiválasztottságát jelöli, igen vagy nem. A heteslottó-szelvény 7 db 1 és 35 közötti különböző egész számból áll.

Mindig 1 és 35 közötti egész véletlenszámot tippelünk. Kezdetben jóSzámDb=0. Az első tipp biztosan jó és jóSzámDb=1. A többi tipp esetén vizsgálni kell, hogy már kiválasztott-e. Ha igen, akkor nincs teendőnk. Ha nem, akkor meg kell jegyezni (kiválasztottá kell tenni, azaz igazzá kell állítani a logikai tömbben) és a jóSzámDb++ (növelhető). Mindezt ciklusban ismételjük, amíg a jóSzámDb<7 feltétel teljesül (másképpen: amíg nincs elegendő kiválasztott szám a szelvényen). Mindez biztosítja az egyediséget, különbözőséget. Ha jóSzámDb==7, akkor kiírjuk a lottószelvényre kerülő számokat az alapján, hol (melyik indexen) van a logikai tömbben igaz érték.

Tekintsük át az alkalmazott módszer hátrányait és előnyeit. Hátrány, hogy 36 logikai érték szükséges ahhoz, hogy 7 különböző számot előállítsunk. Előny, hogy egyszerű az algoritmus (nem kell keresés és megszámolás programozási tétel) és nincs szükség rendezésre sem, mert a szakterületre jellemző „emelkedő számsorrend” a logikai tömb bejárásával önkéntelenül is adódik. Hangsúlyozzuk, hogy ez csupán egyetlen módszer a nagyon sok izgalmas közül, amikkel generálható egy véletlenszerű lottószelvény.

A megvalósítás, Java forráskód nagy egyszerű. Íme egy függvény, amely visszaadja azt kiválasztottságot jelölő logikai tömböt, amiből megfelelően indexelve kiíratható a véletlenszerűen generált lottószelvény:

Egy demóprogram, szimulációs program, oktatóprogram esetén nem is a konkrét feladat megoldása a cél/probléma. Sokkal inkább a lépésenkénti bemutatás, sok-sok konzolos kiírással vagy grafikus szemléltetéssel. Sokszor időzítővel késleltetjük, lassítjuk, gyorsítjuk a folyamatot, de előfordul az is, hogy rengetegszer megismételjük a tevékenységet és a kapott adatokat elemezzük, következtetünk belőlük. Most például a ciklust ki kell cserélni olyan léptetésre, ami a felhasználó kattintásához kötődik. Ha kéri a következő tippet a lottószelvényre, akkor megkapja. Ha nem kattint, akkor nem kapja meg. Az is egy csalás/lehetőség lenne, hogy a háttérben nem is logikai tömb adatszerkezet van, csupán a vizualizáció miatt tűnik annak.

Az elkészült demóprogram megvalósítja a fenti algoritmust. Az alábbi képernyőképeken végiglapozható a demóprogram működése. Nem is az algoritmus megvalósítása a kihívás és a cél, hanem a folyamat lépésenkénti megjelenítése. Java swing grafikus felület készült el.

 

A demóprogram Start állapottal indul. Olyan a lépésenként tesztesetek sorozata, hogy a lottószelvény nem sikerül rögtön elsőre. Az egyik szám már előfordult korábban. A demóprogram Stop állapottal ér véget. A demóprogram pénztárszalagszerűen időnként jelzi, hol tart éppen. A demóprogram képes egymás után több lottószelvényt is előállítani és az emlékezete egyetlen szelvényre korlátozódik.

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. A Java EE szoftverfejlesztő tanfolyamunkon, a szakmai modul 33-40. óra Java Server Pages alkalmain már a program böngészőben futó változatát is el tudjuk készíteni.

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.

Címkefelhő generálása

szófelhő logó

szófelhő logóA címkefelhők/szófelhők népszerűek, sok weboldalon megtalálhatóak. A CMS rendszerekben beépített szolgáltatás is lehet, vagy külön bővítmény/plugin is megvalósíthatja. Egy szövegben előforduló szavakból a gyakrabban előfordulókat nagyobb betűmérettel emeli ki. Eredménye lehet listás, táblázatos, esetleg képpé generált is. Kétféleképpen is megközelíthető, erre utal a Word Cloud és a Tag Cloud elnevezés. Utóbbi inkább egy blog taxonomiájához kapcsolódik és kategóriákra/címkékre érvényesül. A szakmai blogunkhoz is tartozik egy táblázatos címkefelhő. A szófelhő a szöveg betűméretén túl megjelenítheti a szavak előfordulását, például Java forráskód (31).

Példánkban tetszőleges szöveget dolgozunk fel. Ebből felépítünk egy előfordulást is mutató listás szófelhőt, amely rendezett, és a szavak betűmérete 32-16-ig változik. Azok a szavak kerülnek a szófelhőbe, amelyek legalább 5-ször előfordulnak. Kezelünk kivételeket is, például olyan szavakat, amiket nem érdemes szófelhőbe tenni. Lépésenként haladva ismertetjük a megvalósító forráskódot, és külön megjeleníthetők az egyes lépések részeredményei.

A Java programozási nyelv csomagjait, osztályait, interfészeit, metódusait, műveleteit használjuk. Különböző adatszerkezetek kerülnek elő: tömb, generikus lista, generikus map, generikus folyam. Építünk a Stream API szolgáltatásaira és a lambda kifejezésekre. A megvalósítás könnyen testre szabható, kezeli a tipikusan előforduló igényeket.

1. Szövegforrás előkészítése

Generálunk egy 10 bekezdésből álló szöveget a Lorem Ipsum – All the facts – Lipsum generator weboldalon és a későbbi feldolgozáshoz mentjük a Java projekt files mappájába  lorem.txt néven. A fájl mérete: 5781 bájt. Szövegfájl:

2. Szöveges tartalom előkészítése

A megadott útvonalról a java.nio csomag metódusaival betöltjük a szövegfájl tartalmát byte[]-be, majd az s szövegbe. A replace() metódus hívásaival eltávolítjuk a szövegből a sor és bekezdés végét jelző soremelés ( LF="\n") és kocsi vissza ( CR="\r") vezérlőkaraktereket, a vessző és a pont írásjeleket (mindet külön-külön cseréljük a semmire), végül kisbetűssé alakítjuk ( toLowerCase()) a szöveget. A szöveg 5563 db karakterből áll. Előkészített szöveg:

3. Szólista elkészítése

A szóközök mentén darabolva ( split()) a szöveget elkészül belőle egy névtelen szövegtömb ( String[]), amit rögtön átalakítunk ( Arrays.asList()) szöveg típusú generikus listává ( List<String>). A lista 826 db elemből áll. Generikus lista:

4. Csoportosítás és megszámolás

A szólistát csoportosítjuk és megszámoljuk, hogy az egyes szavak hányszor fordulnak elő (másképpen: egy-egy csoport hány elemű). Elkészül a wordCountMap generikus map, amely kulcs-érték párok halmaza (leképezés). A kulcs a szó ( String), az érték a darabszáma ( Long). Alkalmazkodunk ahhoz, hogy a csoportosítás során használt counting() megszámoló művelet Long típusú értéket ad vissza. 188 db kulcs-érték párt kapunk. Generikus map:

5. Szűrés és rendezés

A generikus map-et kétszer szűrjük ( filter() művelet) úgy, hogy a kivételeket tartalmazó exceptList-ben ne szerepeljen a szó, valamint csak a legalább 5-ször előforduló szavakat hagyjuk meg. 71 db elemből álló folyam marad. Ebből a maradékból készítünk rendezett generikus folyamot ( sortedWordCountStream). A sorted() művelet két kulcs-érték párt hasonlít össze. A rendezés érték/darabszám szerint ( getValue()) csökkenő, azon belül kulcs/szavak szerint ( getKey()) növekvő sorrendet biztosít. Másképpen: ha az értékek megegyeznek, akkor a növekvő sorrendet a szavak ábécé sorrendje határozza meg, egyébként a darabszámok csökkenő sorrendje dönti el. Most már könnyen látható, hogy a leggyakrabban előforduló kevés szóból 15 van, 14 előfordulás nincs… Rendezett generikus folyam:

6. Saját típusú listává konvertálás

Definiálunk egy WordCount POJO-t, String típusú word nevű, Long típusú count nevű, int típusú fontSize nevű tulajdonságokkal, getter/setter metódusokkal, és toString() függvénnyel.

A map() intermediate művelettel a rendezett generikus folyamot bejárva, előállítjuk a POJO/ WordCount  típusú kimeneti objektumok rendezett generikus listáját. Továbbra is 71 elemmel dolgozunk. Rendezett generikus lista:

7. Darabszámok összegyűjtése

A POJO típusú rendezett generikus listában lévő objektumoktól elkért darabszámok ( getCount() POJO függvény) közül a különbözőeket ( distinct() művelet) összegyűjtjük egy Long típusú generikus listába ( distinctCountList). Az egyediesítő művelet nincs hatással az adatok sorrendjére. Tízféle előfordulást kapunk. Generikus lista:

8. Betűméret lépésköze

A szófelhőben a szavak gyakorisága alapján határozzuk meg a betűméretet. A betűméret 32-ről indul és fokozatosan csökken 16-ig. A betűméret léptetéséhez a tízféle gyakoriság/előfordulás meghatározza a stepFontSize  lépésközt. Lépésköz:

9. Betűméret kiszámítása

Csoportváltást alkalmazunk és a csoportot gi-vel indexeljük. Egy csoportba azok a POJO objektumok tartoznak, amelyeknél a szavak előfordulása megegyezik. Az algoritmus 2. lépésében az aktuális csoportra érvényesen kiszámítjuk a betűméretet ( fontSize), ami az algoritmus 3. lépésében a csoportba tartozó minden POJO objektumnál beállításra kerül a setFontSize() POJO eljárással. Az algoritmus 4. lépésében léptetjük a csoport gi indexét. A POJO-k esetén először csak a word és count tulajdonságok kerültek beállításra, de most már a fontSize tulajdonság is értéket kapott. Generikus lista:

10. HTML tartalom előállítása

A generikus lista POJO objektumain végighaladva, a forEach() záró művelettel összeállítható a weboldal szófelhőt tartalmazó része ( sbHTML). A 71 db szóból álló szófelhő HTML forráskódjának mérete 3409 bájt. HTML forráskód:

Eredmény

Szöveges formában:

lorem ipsum szófelhő

Képként (a 3. lépés részeredményéből a WordClouds.com weboldalon generálva):

lorem ipsum szófelhő eredmény

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

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának több alkalmához is kötődik. A Stream API-val és a lambda kifejezésekkel sokszor foglalkozunk.

Egy matematika érettségi feladat megoldása programozással 2018

érettségi logó

érettségi logóA 2018-as középszintű matematika érettségi feladatsor 10. feladata inspirált arra, hogy a programozás eszköztárával oldjuk meg ezt a feladatot. Szükséges hozzá néhány programozási tétel: sorozatszámítás, eldöntés, kiválasztás. 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.

10. feladat

Adja meg az alábbi adathalmaz móduszát, mediánját és terjedelmét!
2; 6; 6; 6; 6; 6; 3; 3; 4; 4; 4; 5; 5; 5; 5

Tervezés

A Java 8 által biztosított újdonságok közül használunk néhányat. Célszerű konstans tömbben tárolni a megadott számsorozatot, ami könnyen konvertálható generikus listába. Alkalmazkodni kell ahhoz, hogy a lista indexelése 0-tól lista.size()-1 -ig értelmezhető. Hasznos, ha a konkrét feladatok helyett általános megoldásokban gondolkodunk és a feladatot 3 metódusra bontjuk, amelyek ellenőrzéseket is végeznek. Például extrém esetek:

  • ha a lista üres, akkor nincs módusz, medián, terjedelem,
  • ha a lista egyetlen elemből áll, akkor a módusz és a medián megegyezik az elemmel, a terjedelem pedig nulla,
  • ha leggyakrabban több különböző szám is előfordul, akkor a módusz ezek közül a (leg)kisebb számot adja vissza.

Elvárjuk, hogy probléma esetén a metódusok dobjanak kivételt. Lényeges, hogy a referencia szerinti paraméterátadás során megváltozna a listában az elemek sorrendje, mert a megoldás igényli az elemek rendezettségét, akkor készüljön másolat az adatszerkezetről, hogy egy-egy részfeladat megoldása nem járjon azzal a mellékhatással, hogy az eredeti adatszerkezetben megváltozik az elemek sorrendje. Felhasználjuk a primitív típusú változók és a csomagolóosztályok közötti konverziós lehetőségeket: autoboxing és unboxing.

Megoldás: módusz

A módusz a lista leggyakoribb értékét adja meg. Másképpen az az érték, amelyik az adatsorban a legtöbbször előfordul.

A modusz() metódus átveszi a szamLista-t és készít róla lista néven egy másolatot, majd utóbbit növekvő sorrendbe rendezi. A másolat a Stream API-val készül el. Ezután csoportváltás algoritmussal feldolgozza a listát. Egy csoportba az azonos számok kerülnek és léptetés közben a belső ciklus megszámolja, hogy hány azonos szám alkotja az aktuális csoportot. Végül összehasonlítás következik a szélsőérték-kiválasztás ( aktSzamDb>maxAktSzamDb) beépítésével.

Megoldás: medián

A medián a lista középső értéke, amelynél az ennél kisebb és nagyobb elemek száma azonos. Rendezett adatsornál páratlan elemszám esetén a középső elem, illetve páros elemszám esetén a két középső elem átlaga.

A median() metódus átveszi a szamLista-t és készít róla lista néven egy másolatot, majd utóbbit növekvő sorrendbe rendezi. Ezután páros elemszám esetén visszaadja a két középső elem átlagát, illetve páratlan elemszám esetén a középső elemet. A metódusnak valós értéket ( double) kell visszaadnia, mert a két középső elem átlaga nem feltétlenül egész szám.

Megoldás: terjedelem

A terjedelem azt mutatja meg, hogy mekkora értékközben ingadoznak a lista elemei. A terjedelem az adatok változékonyságának „legdurvább” jellemzője, ami a szélsőértékek (minimum és maximum) közötti különbséget jelenti.

A terjedelem()  metódus átveszi a szamLista-t paraméterként és visszaadja a két szélsőérték különbségét, amelyek a Collections  osztály metódusaival könnyen előállítható. Persze egyetlen ciklussal is megkaphatnánk a két szélsőértéket.

Eredmény

A vezérlést az alábbi main()  metódus végzi el:

A konzolon az alábbi eredményt kapjuk:

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

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

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 17-28. óra: Objektumorientált programozás alkalmaihoz kötődik.

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: 2017: január, október. 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 2017-től 2036-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.