továbbfejlesztés - címke

Naprendszer szimuláció – megvalósítás Java nyelven

2023. március 10.2023. március 10. Szerző: Friedel Attila

Naprendszer szimulációt terveztünk és valósítottunk meg Java nyelven, amit három részből álló blog bejegyzés sorozatban mutatunk be (ez a 3. rész):

Naprendszer szimuláció 1. rész – elméleti háttér
Naprendszer szimuláció 2. rész – objektumorientált tervezés
Naprendszer szimuláció 3. rész – megvalósítás Java nyelven

A Naprendszer szimuláció megvalósítása Java nyelven

Fejlesztőeszközként a Java Swinges projekthez a JDK+JRE aktuális verziót támogató NetBeans IDE-t használtuk. Hibakeresés során, a modell adatainak ellenőrzését és a működés helyességének egyszerű tesztelését, debuggolást konzolra történő szöveges kiírással oldottuk meg. A megvalósítás során az előre megtervezett osztálydiagramok alapján készült el Java nyelven a forráskód. Az MVC modell szerint elkülönített programrészek külön csomagokba kerültek, ezzel is kiemelve a funkciók szerinti szétválasztást – eleget téve a terv követelményeinek.

Részlet a Java forráskódból

Megmutatjuk a Java forráskódnak azt a részét, ami megvalósítja az elméleti háttérnél ismertetett transzformációs mátrix alkalmazását X tengely körüli elforgatásra, a nézőponttól való távolság függvényében az égitest látható méretének kiszámítását, valamint a 3D→2D leképezést.

Point3D forog = new Point3D(

b.getPozicio().getX(),

b.getPozicio().getY() * Math.cos(forogZ) +

b.getPozicio().getZ() * Math.sin(forogZ),

-1 * b.getPozicio().getY() * Math.sin(forogZ) +

b.getPozicio().getZ() * Math.cos(forogZ));

int egitestMeret = (int)(

(AdatInterfesz.MELYSEG * b.getSize()) /

(AdatInterfesz.MELYSEG - forog.getZ()));

Point2D kepXY = new Point2D(

(forog.getX() * AdatInterfesz.MELYSEG /

(AdatInterfesz.MELYSEG - forog.getZ()) /

size) + origo.getX() - egitestMeret / 2,

(forog.getY() * AdatInterfesz.MELYSEG /

(AdatInterfesz.MELYSEG - forog.getZ()) /

size) + origo.getY() - egitestMeret / 2);

A teljes és megjegyzésekkel ellátott forráskód ILIAS e-learning tananyagban hozzáférhető, letölthető, tesztelhető tanfolyamaink résztvevői számára.

Az elkészült Java Swinges alkalmazás felhasználói felülete

Tapasztalatok

A Java nyelv erősen típusos, így a kötelező és sok lebegőpontos/egész átalakítás miatt észrevehető, hogy a legkisebb égitest (Hold) kissé ugrál.
Az OO szempontból szép Java megvalósítás könnyen módosítható és bővíthető, a funkciók jól csoportosítottak, a felelősségi kör egyértelműen meghatározott.
A projekt megtervezéséhez és elkészítéséhez magasabb szintű absztrakciós készség szükséges.
A példaprogram alkalmas a különböző szakterületek, témakörök (matematika – lineáris algebra, fizika, számítógépes grafika, virtuális valóság modellezése) közötti kapcsolatok felismertetésére, megerősítésére, a (legalább részben) egymásra épülések felderítésére.
A terv átgondolásával, implementálásával gyors, látványos eredmény érhető el, a sikerélmény hamar jelentkezik.

Továbbfejlesztési lehetőségek

Célszerű ötlet a hardveres gyorsítás és 3D megjelenítés megvalósítása.
Felkínálható lenne a felhasználó számára több paraméter módosítása.
Az égitestek lehetnének textúrázhatók is.
Az égitestek pozíciója kiinduló helyzetben lehetne valós.
A szimuláció szükség esetén lehetne elindítható, leállítható, újraindítható, gyorsítható, lassítható.
A terv könnyen implementálható lehet Java3D technológia alkalmazásával, illetve DirectX és/vagy OpenGL támogatással is.
Az égitestek pozíciója és mozgása demonstrálhatna/modellezhetne nevezetes együttállást is, külön esettanulmányként.
A program paraméterezhető lehetne konfigurációs fájlból (amelynek formátuma tetszőleges: INI, XML).
Fejlettebb matematikai modell is alkalmazható lenne.

Forrás

Friedel, A.; Kaczur, S. (előadó: Friedel, A.): Naprendszer szimuláció a Virtuális valóság modellezése tantárgyban, Informatika Korszerű Technikái Konferencia, Dunaújváros, Dunaújvárosi Főiskola, 2012. november 16-17. (előadás hazai konferencián)
Friedel, A.; Kaczur, S.: Naprendszer szimuláció a Virtuális valóság modellezése tantárgyban, Cserny, L.; Hadaricsné Dudás, N.; Nagy, B. (szerk): Dunakavics Könyvek 2. – Az Informatika Korszerű Technikái, Dunaújvárosi Főiskola, Új Mandátum Könyvkiadó, 2014, ISBN 978 963 287 069 4, ISSN 2064-3837, p. 72-84 (magyar nyelvű szakcikk)

Naprendszer szimuláció – objektumorientált tervezés

2023. március 10.2023. február 7. Szerző: Friedel Attila

Naprendszer szimulációt terveztünk és valósítottunk meg Java nyelven, amit három részből álló blog bejegyzés sorozatban mutatunk be (ez a 2. rész):

Naprendszer szimuláció 1. rész – elméleti háttér
Naprendszer szimuláció 2. rész – objektumorientált tervezés
Naprendszer szimuláció 3. rész – megvalósítás Java nyelven

A Naprendszer szimuláció objektumorientált tervezése

A Naprendszer égitestjeinek ábrázolása a valódi világban előforduló méretük és távolságuk szerint történik azért, hogy a szimuláció stabil legyen. A példában a Nap és a három belső bolygó szerepel, valamint a Hold. Utóbbi igazolja, hogy nem csak Nap középpontú égitestekre működőképes a modell. A szimuláció diszkrét lépések véges sorozataként valósul meg, az egyes lépések között az égitestek a virtuális térben egyenes vonalú egyenletes mozgást végeznek. Olyan lépésközt kell választani, amely rövid idő alatt kellően nagy változást képes bemutatni, ilyen például az 1 számítási ciklus / 1 nap érték. 10 képkocka / másodperces megjelenítést feltételezve – melyet egy időzítő biztosít – egy virtuális év kb. 37 másodperc alatt telik el, vagyis a Föld ennyi idő alatt tesz meg egy teljes fordulatot a Nap körül. Az égitestek kezdő pozíciója fiktív, nem függ konkrét dátumtól, együttállástól, méretük a jobb láthatóság érdekében torzított.

A program indításakor a szimuláció automatikusan indul, és nincs lehetőség a leállításra. Az alkalmazás felületének tetején foglalnak helyet a kezelő nyomógombok, a többi részt a megjelenítés/transzformált modelltér tölti ki. Futás közben – egyszerű eseménykezelést megvalósítva – lehet változtatni a méretarányt és a nézőpontot, így az ekliptika síkját felülről és elbillentve is ábrázolhatjuk.

Kivételkezelés nem szükséges a programhoz, mert ez egy önálló demonstrációs eszköz, nem épül rá több elem, nem érhetőek el a szolgáltatásai külső programok számára.

Meghatározott cél és a szempontok: a Java projektben a csomagokat az MVC szerint hozzuk létre, a funkciókat logikusan osszuk szét, csoportosítsuk, tartsuk be az objektumorientált szemléletmód elveit, használjunk interfészt, biztosítsuk az egységbezárást, legyen öröklődés, alkalmazzuk a polimorfizmust, legyen szép és elegáns megoldás, legyen a jelölésrendszer UML osztálydiagram. Mindez grafikus asztali Java alkalmazásként valósuljon meg.

A modell csomag (M – Model)

A modellhez 1 interfész és 5 osztály tartozik:

Az AdatInterfesz tárolja a modell számításhoz és megjelenítéshez tartozó konstansait (ezek a szimuláció paraméterei), és metódusfejet nem tartalmaz. A Pont2D osztály egy kétdimenziós pont sémája, valós x és y koordinátapárral, eltol() és túlterhelt tavolsag() metódusokkal. Ennek leszármazottja a Pont3D osztály, amely mindezt három dimenzióban biztosítja, valamint pozícióként és sebességvektorként is használható. Az Egitest osztályból létrehozott objektumnak van mérete, pozíciója, sebessége, színe és tömege. Az interfészt implementálja az Adattar osztály, amelynek egitestLista nevű generikus listája elérhetővé és egységesen kezelhetővé teszi a tervben felsorolt 5 égitestet. A ZIndex osztályú objektumok az égitestek kirajzolásakor szükséges mélységpufferbeli adatot képesek kezelni.

A nézet csomag (V – View)

A nézet 2 osztályból áll:

Az Ablak osztály egy javax.swing.JFrame leszármazott, az alkalmazás teljes grafikus felületét biztosítja, valamint előkészíti az eseménykezelést. Tartalompanelje négy vezérlő nyomógombot tartalmaz és rajta található a rajzpanel objektum, a vaszon. A RajzPanel osztály egy javax.swing.JPanel leszármazott, amely kapcsolatban áll az adattárral, és kezeli a mélységpuffert. Ez felel a szimulált 3D térben lévő objektumok 2D-beli leképezéséért, figyelembe véve a nézőpont elmozdulását is. A rajzolást a felüldefiniált (öröklődés) paintComponent() metódus végzi el.

Az Ablak osztályú objektum elsődleges szerepet tölt be a megjelenítésben, keretbe foglalva a látható komponenseket, vagyis a kezelő nyomógombokat és a modellteret. Az objektum megvalósít egy ActionListener eseménykezelőt, így a program reagálni tud a felhasználó által kiváltott eseményekre. Az ablakobjektum nagyítás és forgatás üzenetek küldésével saját vásznát – és csak azt – frissíti.

A vezérlő csomag (C – Controller)

A vezérlőt 2 osztály valósítja meg:

A Main osztály összefogja a projektet, ez a végrehajtás belépési pontja. Szükség szerint átadja az MVC szerinti objektumok referenciáit egymásnak, ezzel biztosítva a kommunikációt közöttük, valamint el is indítja a szimulációt. A Logika osztály képes az égitestek gyorsulásának és vonzásának kiszámítására, az égitestek mozgatására, továbbá a megjelenítésért felelős komponenst megfelelő időközönként értesíti a képernyő frissítésének szükségességéről, ami az alapbeállítás szerint 30 frissítés másodpercenként.

Naprendszer szimuláció – elméleti háttér

2023. március 10.2023. január 8. Szerző: Friedel Attila

Naprendszer szimulációt terveztünk és valósítottunk meg Java nyelven, amit három részből álló blog bejegyzés sorozatban mutatunk be (ez az 1. rész):

Naprendszer szimuláció 1. rész – elméleti háttér
Naprendszer szimuláció 2. rész – objektumorientált tervezés
Naprendszer szimuláció 3. rész – megvalósítás Java nyelven

A Naprendszer szimuláció elméleti háttere

A Naprendszer szimulációhoz elengedhetetlen, hogy ismerjük a homogén koordinátákat, az elemi műveletek egységes megvalósításához szükséges transzformációs mátrixokat, a tömegvonzás elvét és az implementációhoz szükséges MVC modellt.

Homogén koordináták

Számítógépes algoritmusokkal egyszerű a térbeli transzformáció megvalósítása, ha homogén koordinátákat használunk. Segítségükkel az affin transzformációk egységesen kezelhetők. A cél egy egységes matematikai formalizmus alkalmazása. A pontok az égitestek középpontjait fogják jelölni. Legyen a P pont 3D-beli koordinátái: P=(x, y, z). Szükséges egy konstans érték. Ha w≠0, akkor a P pont koordinátái: P=(w·x, w·y, w·z, w). Ha w=1, akkor a P pont normalizált homogén koordinátái: P=(x, y, z, 1). A pontnégyes kijelölése kölcsönösen egyértelmű.

Transzformációk

Koordináta transzformáció során az ábrázolandó grafikus objektum pontjaihoz (tárgypontokhoz) új koordináta-rendszert rendelünk hozzá. Az objektum nem változik (nem torzul, nem változtatja meg az alakját), csupán a nézőpont változik meg. Például: a koordináta-rendszer eltolása, elforgatása, a koordinátatengelyek felcserélése, tükrözése, és a léptékváltás (nagyítás, kicsinyítés, összenyomás, széthúzás), elforgatjuk az ekliptika síkját a szimulált Naprendszerben.

Pont transzformáció esetén a tárgypontokhoz hozzárendeljük azok egy adott szempont szerinti hasonmását. Például: 3D-s tárgyak leképezése 2D-s képre, objektumok eltolása, forgatása, mozgatása, égitestek mozgatása tömegvonzás alapján. Affin transzformációk (egybevágósági és hasonlósági transzformációk) alkalmazása esetén pont képe pont, szakasz képe szakasz, felület képe felület, valamint metsző térelemek eredeti metszésvonala megegyezik azok leképezett metszésvonalával.

A számítógépes grafika területén az affin transzformációk általános alakja (mátrixosan):

A pont a B=(b_x, b_y, b_z) vektorral eltolható. A pont – a T=(t₁₁, t₁₂, …, t₃₃) mátrixot használva – adott szöggel elforgatható, skálázható, tükrözhető. A számítógépes grafikában ezt a transzformációs mátrixot a homogén koordinátákkal alkalmazva, az összes geometriai transzformáció hatékonyan megvalósítható, visszavezethető mátrixok szorzására. Mindezt saját magunk is implementálhatjuk, de része a DirectX és OpenGL rendering pipeline-jának is.

Más módon is lehetne: egyenes és ehhez tartozó szög párossal is dolgozhatnánk.

A tömegvonzás elve

A tömegvonzás bármely két égitest között meghatározott, függ a gravitációs állandótól és az égitestek tömegétől egyenes arányban, az égitestek (tömeg)középpontjainak távolságától fordított arányban. Ez a Newton szerinti értelmezés, amelynek képlete:

A hatás-ellenhatás törvénye miatt a vonzás – egymás felé való gyorsulás – kölcsönös, a gyorsulás az égitestek tömegével fordítottan arányos, sosem nulla. A Naprendszerben a bolygók a Nap körül keringenek, és a bolygóknak lehetnek holdjaik. Egységesen kezelve: égitestek.

A tömegvonzásnak más elméleti megközelítései is vannak: Einstein gödör-modellje, Kepler törvényei, illetve differenciál-egyenletrendszer, integrálszámítás is használható a közelítő képlet helyett (csak ideális modell esetén pontszerű az égitest és gömbszimmetrikus azok tömegeloszlása), illetve ismeretes többféle értelmezés a rendszer/modell stabilitására: Lagrange pontok, Lyapunov stabilitás.

Az MVC modell

A klasszikus megközelítés szerint a szoftveres alkalmazások három, egymástól jól elkülöníthető szereppel rendelkező egységből állnak: modell (model), nézet (view), vezérlő (controller). A Java nyelv Swing komponensei az MVC architektúra szerint működnek.

A vezérlő reagál az érkező eseményre, hozzáfér a modell adatszerkezeteihez, azaz igénybe veszi a modell szolgáltatásait, valamint frissítheti a nézetet. A nézet a vezérlő frissítési kérésére a közvetlenül megkapott adatok alapján, vagy a modelltől elkért adatok alapján frissíti saját magát. A vezérlő határozza meg az alkalmazás, komponens, program működését. Egy modellt több nézet is használhat. A modell közvetlenül is üzenheti a nézetnek, hogy megváltozott. A nézet adja a látványt, amelyet angolul skin vagy „look and feel”-nek neveznek.

Egy matematika érettségi feladat megoldása programozással 2022

2023. január 3.2022. május 3. Szerző: Kaczur Sándor

A 2022-es középszintű matematika érettségi feladatsor eléggé egyszerű volt, de azért a 6. feladata inspirált arra, hogy a programozás eszköztárával oldjuk meg ezt a feladatot. Szükséges hozzá a megszámolás programozási tétel. Többféle megoldás/megközelítés (iteratív és rekurzív) 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.

6. feladat

Egy feleletválasztós teszt 5 kérdésből áll, minden kérdésnél négy válaszlehetőség van. Hányféleképpen lehet az 5 kérdésből álló tesztet kitölteni, ha minden kérdésnél egy választ kell megjelölni?

1. megoldás

static void feladat6Megoldas1() {

System.out.println((int)Math.pow(4, 5));

}

Rögtön tudjuk, hogy ez kombinatorika, n elem k-ad osztályú ismétléses variációja, amelynek paraméterei: n=4, k=5. A hatványozás azonosságainak ismeretében fejből is tudjuk a megoldást: 4⁵=2¹⁰=1024. A Java forráskód elvégzi a hatványozást. A Math.pow() függvény általánosabb, mint amire most szükségünk van. Fogad double valós paramétereket és double típusú értékkel tér vissza. Ezért hasznos az (int) explicit típuskényszerítés.

Másképpen: négy elemű halmazból öt elemet kiválasztunk és ezeket sorba rendezzük (permutáljuk) és egy elemet egy csoportban akár ötször is felhasználhatunk. Számít a sorrend. A lehetséges variációk száma: 1024.

2. megoldás

static int ismetlesesVariacio(int n, int k) {

return (int)(Math.pow(n, k));

}

static void feladat6Megoldas2() {

System.out.println(ismetlesesVariacio(4, 5));

}

Ha hasznos lenne egy általános metódus az ismétléses variáció kiszámítására, akkor ez egy tipikus megoldás lehet erre. Kiegészítendő még a két paraméter előjelének ellenőrzésével.

3. megoldás

static void feladat6Megoldas3() {

for(char k1='a'; k1<='d'; k1++)

for(char k2='a'; k2<='d'; k2++)

for(char k3='a'; k3<='d'; k3++)

for(char k4='a'; k4<='d'; k4++)

for(char k5='a'; k5<='d'; k5++)

System.out.print(""+k1+k2+k3+k4+k5+" ");

System.out.println();

}

Ha a megértést segíti, akkor a teljes leszámolás (brute force) módszerével, egymásba ágyazott ciklusokkal könnyen kiírathatjuk a konzolra az 1024 db különböző válaszlehetőséget. A k-val kezdődő sorszámozott ciklusváltozók jelölik az öt kérdést, azon belül az 'a'-tól 'd'-ig karakterek adják a válaszlehetőségeket. Eredményül ezt kapjuk (görgethető):

100

101

102

103

aaaaa aaaab aaaac aaaad aaaba aaabb aaabc aaabd aaaca aaacb

aaacc aaacd aaada aaadb aaadc aaadd aabaa aabab aabac aabad

aabba aabbb aabbc aabbd aabca aabcb aabcc aabcd aabda aabdb

aabdc aabdd aacaa aacab aacac aacad aacba aacbb aacbc aacbd

aacca aaccb aaccc aaccd aacda aacdb aacdc aacdd aadaa aadab

aadac aadad aadba aadbb aadbc aadbd aadca aadcb aadcc aadcd

aadda aaddb aaddc aaddd abaaa abaab abaac abaad ababa ababb

ababc ababd abaca abacb abacc abacd abada abadb abadc abadd

abbaa abbab abbac abbad abbba abbbb abbbc abbbd abbca abbcb

abbcc abbcd abbda abbdb abbdc abbdd abcaa abcab abcac abcad

abcba abcbb abcbc abcbd abcca abccb abccc abccd abcda abcdb

abcdc abcdd abdaa abdab abdac abdad abdba abdbb abdbc abdbd

abdca abdcb abdcc abdcd abdda abddb abddc abddd acaaa acaab

acaac acaad acaba acabb acabc acabd acaca acacb acacc acacd

acada acadb acadc acadd acbaa acbab acbac acbad acbba acbbb

acbbc acbbd acbca acbcb acbcc acbcd acbda acbdb acbdc acbdd

accaa accab accac accad accba accbb accbc accbd accca acccb

acccc acccd accda accdb accdc accdd acdaa acdab acdac acdad

acdba acdbb acdbc acdbd acdca acdcb acdcc acdcd acdda acddb

acddc acddd adaaa adaab adaac adaad adaba adabb adabc adabd

adaca adacb adacc adacd adada adadb adadc adadd adbaa adbab

adbac adbad adbba adbbb adbbc adbbd adbca adbcb adbcc adbcd

adbda adbdb adbdc adbdd adcaa adcab adcac adcad adcba adcbb

adcbc adcbd adcca adccb adccc adccd adcda adcdb adcdc adcdd

addaa addab addac addad addba addbb addbc addbd addca addcb

addcc addcd addda adddb adddc adddd baaaa baaab baaac baaad

baaba baabb baabc baabd baaca baacb baacc baacd baada baadb

baadc baadd babaa babab babac babad babba babbb babbc babbd

babca babcb babcc babcd babda babdb babdc babdd bacaa bacab

bacac bacad bacba bacbb bacbc bacbd bacca baccb baccc baccd

bacda bacdb bacdc bacdd badaa badab badac badad badba badbb

badbc badbd badca badcb badcc badcd badda baddb baddc baddd

bbaaa bbaab bbaac bbaad bbaba bbabb bbabc bbabd bbaca bbacb

bbacc bbacd bbada bbadb bbadc bbadd bbbaa bbbab bbbac bbbad

bbbba bbbbb bbbbc bbbbd bbbca bbbcb bbbcc bbbcd bbbda bbbdb

bbbdc bbbdd bbcaa bbcab bbcac bbcad bbcba bbcbb bbcbc bbcbd

bbcca bbccb bbccc bbccd bbcda bbcdb bbcdc bbcdd bbdaa bbdab

bbdac bbdad bbdba bbdbb bbdbc bbdbd bbdca bbdcb bbdcc bbdcd

bbdda bbddb bbddc bbddd bcaaa bcaab bcaac bcaad bcaba bcabb

bcabc bcabd bcaca bcacb bcacc bcacd bcada bcadb bcadc bcadd

bcbaa bcbab bcbac bcbad bcbba bcbbb bcbbc bcbbd bcbca bcbcb

bcbcc bcbcd bcbda bcbdb bcbdc bcbdd bccaa bccab bccac bccad

bccba bccbb bccbc bccbd bccca bcccb bcccc bcccd bccda bccdb

bccdc bccdd bcdaa bcdab bcdac bcdad bcdba bcdbb bcdbc bcdbd

bcdca bcdcb bcdcc bcdcd bcdda bcddb bcddc bcddd bdaaa bdaab

bdaac bdaad bdaba bdabb bdabc bdabd bdaca bdacb bdacc bdacd

bdada bdadb bdadc bdadd bdbaa bdbab bdbac bdbad bdbba bdbbb

bdbbc bdbbd bdbca bdbcb bdbcc bdbcd bdbda bdbdb bdbdc bdbdd

bdcaa bdcab bdcac bdcad bdcba bdcbb bdcbc bdcbd bdcca bdccb

bdccc bdccd bdcda bdcdb bdcdc bdcdd bddaa bddab bddac bddad

bddba bddbb bddbc bddbd bddca bddcb bddcc bddcd bddda bdddb

bdddc bdddd caaaa caaab caaac caaad caaba caabb caabc caabd

caaca caacb caacc caacd caada caadb caadc caadd cabaa cabab

cabac cabad cabba cabbb cabbc cabbd cabca cabcb cabcc cabcd

cabda cabdb cabdc cabdd cacaa cacab cacac cacad cacba cacbb

cacbc cacbd cacca caccb caccc caccd cacda cacdb cacdc cacdd

cadaa cadab cadac cadad cadba cadbb cadbc cadbd cadca cadcb

cadcc cadcd cadda caddb caddc caddd cbaaa cbaab cbaac cbaad

cbaba cbabb cbabc cbabd cbaca cbacb cbacc cbacd cbada cbadb

cbadc cbadd cbbaa cbbab cbbac cbbad cbbba cbbbb cbbbc cbbbd

cbbca cbbcb cbbcc cbbcd cbbda cbbdb cbbdc cbbdd cbcaa cbcab

cbcac cbcad cbcba cbcbb cbcbc cbcbd cbcca cbccb cbccc cbccd

cbcda cbcdb cbcdc cbcdd cbdaa cbdab cbdac cbdad cbdba cbdbb

cbdbc cbdbd cbdca cbdcb cbdcc cbdcd cbdda cbddb cbddc cbddd

ccaaa ccaab ccaac ccaad ccaba ccabb ccabc ccabd ccaca ccacb

ccacc ccacd ccada ccadb ccadc ccadd ccbaa ccbab ccbac ccbad

ccbba ccbbb ccbbc ccbbd ccbca ccbcb ccbcc ccbcd ccbda ccbdb

ccbdc ccbdd cccaa cccab cccac cccad cccba cccbb cccbc cccbd

cccca ccccb ccccc ccccd cccda cccdb cccdc cccdd ccdaa ccdab

ccdac ccdad ccdba ccdbb ccdbc ccdbd ccdca ccdcb ccdcc ccdcd

ccdda ccddb ccddc ccddd cdaaa cdaab cdaac cdaad cdaba cdabb

cdabc cdabd cdaca cdacb cdacc cdacd cdada cdadb cdadc cdadd

cdbaa cdbab cdbac cdbad cdbba cdbbb cdbbc cdbbd cdbca cdbcb

cdbcc cdbcd cdbda cdbdb cdbdc cdbdd cdcaa cdcab cdcac cdcad

cdcba cdcbb cdcbc cdcbd cdcca cdccb cdccc cdccd cdcda cdcdb

cdcdc cdcdd cddaa cddab cddac cddad cddba cddbb cddbc cddbd

cddca cddcb cddcc cddcd cddda cdddb cdddc cdddd daaaa daaab

daaac daaad daaba daabb daabc daabd daaca daacb daacc daacd

daada daadb daadc daadd dabaa dabab dabac dabad dabba dabbb

dabbc dabbd dabca dabcb dabcc dabcd dabda dabdb dabdc dabdd

dacaa dacab dacac dacad dacba dacbb dacbc dacbd dacca daccb

daccc daccd dacda dacdb dacdc dacdd dadaa dadab dadac dadad

dadba dadbb dadbc dadbd dadca dadcb dadcc dadcd dadda daddb

daddc daddd dbaaa dbaab dbaac dbaad dbaba dbabb dbabc dbabd

dbaca dbacb dbacc dbacd dbada dbadb dbadc dbadd dbbaa dbbab

dbbac dbbad dbbba dbbbb dbbbc dbbbd dbbca dbbcb dbbcc dbbcd

dbbda dbbdb dbbdc dbbdd dbcaa dbcab dbcac dbcad dbcba dbcbb

dbcbc dbcbd dbcca dbccb dbccc dbccd dbcda dbcdb dbcdc dbcdd

dbdaa dbdab dbdac dbdad dbdba dbdbb dbdbc dbdbd dbdca dbdcb

dbdcc dbdcd dbdda dbddb dbddc dbddd dcaaa dcaab dcaac dcaad

dcaba dcabb dcabc dcabd dcaca dcacb dcacc dcacd dcada dcadb

dcadc dcadd dcbaa dcbab dcbac dcbad dcbba dcbbb dcbbc dcbbd

dcbca dcbcb dcbcc dcbcd dcbda dcbdb dcbdc dcbdd dccaa dccab

dccac dccad dccba dccbb dccbc dccbd dccca dcccb dcccc dcccd

dccda dccdb dccdc dccdd dcdaa dcdab dcdac dcdad dcdba dcdbb

dcdbc dcdbd dcdca dcdcb dcdcc dcdcd dcdda dcddb dcddc dcddd

ddaaa ddaab ddaac ddaad ddaba ddabb ddabc ddabd ddaca ddacb

ddacc ddacd ddada ddadb ddadc ddadd ddbaa ddbab ddbac ddbad

ddbba ddbbb ddbbc ddbbd ddbca ddbcb ddbcc ddbcd ddbda ddbdb

ddbdc ddbdd ddcaa ddcab ddcac ddcad ddcba ddcbb ddcbc ddcbd

ddcca ddccb ddccc ddccd ddcda ddcdb ddcdc ddcdd dddaa dddab

dddac dddad dddba dddbb dddbc dddbd dddca dddcb dddcc dddcd

dddda ddddb ddddc ddddd

4. megoldás

static void feladat6Megoldas4() {

int db=0;

for(char k1='a'; k1<='d'; k1++)

for(char k2='a'; k2<='d'; k2++)

for(char k3='a'; k3<='d'; k3++)

for(char k4='a'; k4<='d'; k4++)

for(char k5='a'; k5<='d'; k5++)

db++;

System.out.println(db);

}

Ha csak a végeredmény szükséges, akkor ez az iteratív megoldás a megszámolás programozási tétellel előállítja azt.

5. megoldás

static void feladat6Megoldas5(String valasz) {

if(valasz.length()==5)

System.out.print(valasz+" ");

else

for(char v='a'; v<='d'; v++)

feladat6Megoldas5(valasz+v);

}

Ez egy rekurzív megoldás. Ciklus helyett a metódus önmagát hívja meg, így valósul meg az ismételt utasításvégrehajtás. A válaszlehetőségek összefűzésével (konkatenáció) előállított válasz akkor megfelelő, ha annak hossza öt. Ez esetben kiíródik a válaszlehetőség a konzolra (mintegy mellékhatásként). Ugyanazt az eredményt kapjuk, mint a 3. megoldásnál.

6. megoldás

static int db=0;

//...

static void feladat6Megoldas6(String valasz) {

if(valasz.length()==5)

db++;

else

for(char v='a'; v<='d'; v++)

feladat6Megoldas6(valasz+v);

}

//...

public static void main(String[] args) {

feladat6Megoldas6("");

System.out.println(db);

}

Szintén, ha csak a végeredmény szükséges, akkor ez a mellékhatással rendelkező rekurzív metódus előállítja azt. A mellékhatás most az, hogy a metódus eljárás és nem függvény és szükséges hozzá a db osztályváltozó (ami a metódushoz képest globálisnak is tekinthető).

7. megoldás

static void feladat6Megoldas7() {

int n=4, k=5, nadk=(int)Math.pow(n, k);

int[][] y=new int[nadk][1];

for(int i=0; i<=nadk-1; i++) {

int m=i;

int[] x=new int[k+1];

for(int j=1; j<=k; j++) {

x[j]=m%n;

m/=n;

}

y[i]=x;

}

for(int i=0; i<nadk; i++) {

for(int j=k; j>=1; j--)

System.out.print((char)(97+y[i][j]));

System.out.print(" ");

}

Ez a megoldás a válaszlehetőségeket megfelelteti n alapú számrendszerben k számjegyből álló számoknak. A kétdimenziós tömbben számokat tárol, így:

1,…,1,1 → 0…0000
1,…,1,2 → 0…0001
1,…,1,n → 0…001(n–1)
…
1,…,2,n → 0…001(n–1)
n,…,n,n → (n–1)...(n–1)

Végül a kiíró ciklus ezeket a számokat karakterekké alakítja ( 'a' ASCII kódja 97) és fordított sorrendben írja ki, hogy ugyanazt az eredményt kapjuk, mint a 3. megoldásnál.

Továbbfejlesztési lehetőségek

A 2. megoldáshoz: teszteljük le a lehetséges túlcsordulást és az int típus helyett szükség esetén használjunk long típust!
A 3. megoldáshoz: építsünk kétdimenziós tömb adatszerkezetet, amiből később az i-edik válaszlehetőség megadható!
Előzőhöz: állítsuk elő lexikografikus sorrendben az i-edik válaszlehetőséget adatszerkezet felépítése nélkül!
A 6. megoldáshoz: valósítsuk meg a rekurzív gondolatmenetet mellékhatás nélkül!
Teszteljünk: mennyi idő alatt hajtódik végre a 4. és a 6. megoldás? Mekkora paraméterekkel érzékelhető, hogy a rekurzió jóval lassabban fut?
A 7. megoldáshoz: cseréljük le az egésztömb adatszerkezetet karaktertömbre!

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, valamint 21-24. óra: Objektumorientált programozás 1. rész alkalmaihoz kötődik.

Programozás Java nyelven könyv – új, 2022-es kiadás

2023. január 1.2022. február 22. Szerző: Kaczur Sándor

Megjelent a Programozás Java nyelven című könyv 2022-es kiadása.

Hosszú evolúciója van ennek a könyvnek. 2009-ben jelent meg az alapozó Programozási alapok és 2010-ben a haladó Programozási technológia című könyv. Ezek továbbfejlesztett, kibővített, egyesített változataként 2016-ban jelent meg a Programozás Java nyelven című könyv v1.0 változata. Elérkezett az ideje az újabb bővítésnek, kiegészítésnek, ez lett a v1.1 változat. A fejlesztő munka 2022. január-februárban valósult meg. A könyvnek továbbra is az egyik hívómondata: „500 oldal, 500 példa”. A példatár is jelentős frissítésen esett át.

A Java SE szoftverfejlesztő tanfolyamunk hallgatói megkapják a könyvet. Tananyagunk egyik alapja. A könyvet több iskolában, felsőoktatásban, szakképzésben, többféle OKJ tanfolyamon és újhullámos céges tanfolyamokon is használták/használják Magyarországon és a szomszédos országokban is.

A tankönyvből elsajátíthatók a strukturált és az objektumorientált programozáshoz kapcsolódó alapismeretek. Az alkalmazott programozási nyelv a Java. Fejlesztői környezetként ingyenesen elérhető eszközöket használ: JDK/JRE, NetBeans.

A tankönyv 19 fejezetet tartalmaz.

Előszó
1. Bevezetés a programozásba
2. Út az integrált fejlesztőeszközig
3. Alapfogalmak
4. Kifejezések, értékadás
5. Szelekciók
6. Iterációk
7. Metódusok írása
8. Tömbök
9. Objektumorientált programozás
10. Java osztályok használata
11. Rendezés, keresés
12. Kivételkezelés
13. Kollekciók
14. Interfészek, belső osztályok
15. Öröklődés
16. Grafikus felhasználói felület felépítése
17. Eseményvezérelt programozás
18. Swing-komponensek
19. Fájlkezelés
Irodalomjegyzék

A fejezetek egymásra épülnek, hivatkoznak egymásra. Alapelv, hogy mindig csak éppen annyi elméleti ismeretet kell adni, ami egy-egy feladattípus, témakör megértéséhez elegendő és azonnal meg kell mutatni, hogyan kell az elméleti ismereteket alkalmazni a gyakorlatban. Így összekapcsolódnak az elméleti és gyakorlati ismeretek, ezután lehet rájuk építkezni.

A fejezetek felépítése egységes. Rövid, tömör elméleti ismereteket követően példának szánt feladatok következnek. A feladatok megfogalmazása változatos, mindig alkalmazkodik a már közben megszerzett, elvárható szint igényeihez. A feladatok megoldása forráskódként, később osztálydiagramok formájában is szerepel. Ha szükséges, a program futtatása során előállított üzenetek, szövegek, képernyőképek is megjelennek. A megoldás elemzésekor részletes magyarázatok szerepelnek, amelyek során a kezdeti vissza-visszatérő utasításszintű magyarázatot fokozatosan felváltja a megoldás elvi alapjainak ismertetése.

A fejezetek végén gyakorló feladatok találhatók. Az elemzett és gyakorló feladatok kölcsönösen egymásra épülnek, hivatkoznak egymásra. A biztos tudás érdekében minden gyakorló feladatot meg kell oldani!

A programozási tételek nagy hangsúlyt kaptak a tankönyvben. Az elemi programozási tételekhez kevés előismeret is elegendő, az összetett programozási tételekhez már több és biztos ismeret szükséges. Így a programozási tételek több fejezetben szétszórva találhatók meg.

Előfordul, hogy egy-egy feladat többször is előkerül, ilyenkor mindig alapvetően más elvű megoldás található hozzájuk. Ezeket érdemes összehasonlítani (sorszámok alapján könnyen megtalálhatók), hogy egyértelmű legyen, hogy milyen különbségek adódnak a különböző módszerek, megvalósított algoritmusok, adatszerkezet miatt. Az összetettebb feladatokhoz készültek Demo programok is, amelyek lépésenként vezetnek a megértés felé.

A szerző ezúton is köszönetet mond minden kollégájának, minden hallgatójának, akik ötleteikkel, tanácsaikkal, javaslataikkal segítették munkáját, támogatták abban, hogy e tankönyv minél színvonalasabb legyen.

Ábécé sorrendben: Balogh Péter, Barta Milán, Berecz Antónia, Bódy Bence, Friedel Attila, Hollós Gábor, Kállai Miklós, Kiss Balázs, Lengyel Borisz István, Nagy Gábor, Nádai Gábor, Peck Tibor János, Ravasz Ildikó, Seres Iván, Szabó Ervin, Szakácsné Takács Brigitta, Szegedi Kristóf, Székely László, Vincze Bianka.

A Programozás Java nyelven című tankönyv megrendelhető a szerző, Kaczur Sándor honlapján.