Telefonos billentyűzettel kódolunk/dekódolunk

Telephone-keypad

Telephone-keypadNem­rég egy be­tű­ket és szá­mo­kat tar­tal­ma­zó kó­dolt szö­ve­get kap­tam azzal a ké­rés­sel, hogy pró­bál­jam meg­fej­te­ni. A tit­ko­sí­tott szö­ve­get a kö­vet­ke­ző for­má­tum­ban kap­tam: 88.222.666.333.444.888.33.333. Azt is le­he­tett ró­la tud­ni, hogy a meg­fej­tés csak az an­gol á­bé­cé be­tű­it és szá­mo­kat tar­tal­maz­hat. Ilyen és ehhez ha­son­ló kó­dok meg­fej­té­se­it az Ingress ne­vű AR (augmented reality) já­ték­ban le­het fel­hasz­nál­ni (Android és iOS plat­for­mon is el­ér­he­tő), ahol a já­ték fej­lesz­tői min­dig va­la­mi­lyen egy­sze­rűbb kó­do­lás­sal juttat­ják el a já­té­ko­sok egy cso­port­ja szá­má­ra a kó­do­kat, ami­ért a já­ték­ban extra fel­sze­re­lés­hez le­het jut­ni. Az elő­ző for­du­lók­ban már ta­lál­koz­tam Base64 és Morse-kódolás­sal is, így gya­ní­tot­tam, hogy a mos­ta­ni felad­vány meg­fej­té­se sem le­het ne­héz fela­dat. Úgy gon­dol­tam, hogy a szá­mok kö­zötti pon­tok egy-egy ka­rak­ter el­vá­lasz­tá­sát je­lent­he­tik, míg a szám­je­gyek da­rab­szá­ma is hor­doz­hat hasz­nos in­for­má­ci­ót, nem csak az ér­té­kük. In­for­ma­ti­kus lé­vén rög­tön az ASCII táb­la ju­tott eszem­be, de bár­hogy pró­bál­tam va­la­mi­lyen le­ké­pe­ző függ­vényt al­kot­ni, nem si­ke­rült a szá­mo­kat le­szű­kí­te­ni a be­tűk és szá­mok tar­to­má­nyá­ra. A vég­ső megol­dást egy csa­pat­tár­sam se­gí­tett meg­ta­lál­ni, aki a jobb ol­da­lon lát­ha­tó ké­pet küld­te el ne­kem.

Például kódoljuk a SZOFTVERFEJLESZTES szöveget és ezt kapjuk: 7777.9999.666.333.8.888.33.777.333.33.5.555.33.7777.9999.8.33.7777, amit dekódolva természetesen visszakapjuk az eredeti szöveget. Hogyan működik mindez?

Tegyük fel, hogy a kódolás és dekódolás során csak az angol ábécé nagybetűit és a szóközt fogjuk használni. Hasznos néhány konstans deklarációja: a nyomógombok feliratai szövegként ( TABLE1) és tömbben ( TABLE2), szeparátorok nélküli ábécé ( TABLE3) a kódolás elvégzéséhez, valamint a dekódoláshoz szükséges szöveg ( TABLE4):

A kódolás (titkosítás) lépései

A kódolás elvégzését ellenőrzésnek kell megelőznie, hiszen a paraméterként átvett szöveg ( text) nem kódolható ha üres ( isEmpty()) vagy érvénytelen karaktert tartalmaz (olyat, ami nem szerepel a telefon nyomógombjain: ékezetes vagy írásjel). Bármilyen probléma esetén a kódoló metódus kivételt dob. A kódolás során a szöveget automatikusan nagybetűsként értelmezzük.
A kódolás során minden karakter (pl.: E) esetén ki kell választani, hogy a TABLE2 tömb melyik elemében szerepel (pl.: j=3, a nyomógomb felirata DEF) és a j-edik elemben tárolt szöveg hányadik pozícióján található (pl.: index=1). Tehát tudjuk, hogy a C karakter kódja 33, azaz ehhez a 3-as gombot kétszer ( index+1) kell lenyomni. A Java nyelvben tömbök indexelése és a szövegben lévő karakterek pozíciója is nulla bázisú sorszámmal történik. A karakterek 1-4 (változó) hosszú kódjai közé pont kerül ( coded).

A dekódolás (visszafejtés) lépései

A dekódolás elvégzését is ellenőrzésnek kell megelőznie, hiszen a paraméterként átvett szöveg ( text) nem dekódolható ha üres ( isEmpty()) vagy érvénytelen karaktert tartalmaz (olyat, ami nem feleltethető meg a telefon nyomógombjain található karakterek egyikének). Bármilyen probléma esetén a dekódoló metódus is kivételt dob.
A dekódolás során minden karakter kódja (pl.: 33) esetén szükség van annak hosszára ( length=2) és első karakterére számként ( index=3). Ezek alapján tudjuk, hogy a TABLE2 tömb index-edik ( DEF) elemének length-1-edik eleme a dekódolt karakter ( E). A dekódoló metódus nem tesz szeparátort a dekódolt karakterek ( decoded) összefűzése során. A változó hosszúságú kódolt szöveg elemeiből egykarakteres dekódolt szövegdarabok keletkeznek.

Az ellenőrzés lépései

A logikai értékkel visszatérő ellenőrző függvény ( isValidText()) feladata eldönteni, hogy a kódolás/dekódolás során használandó szöveg ( text) minden karaktere feldolgozható, azaz a folyamat során értelmezhető (másképpen: a validCharacters szöveg tartalmazza). Optimális esetben a text hossza megegyezik a benne lévő feldolgozható/értelmezhető karakterek számával (végighalad a ciklus a text-en), egyébként leáll a ciklus az első problémás karakternél.

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

Ez a feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 21-24. óra: Objektumorientált programozás, 2. rész alkalmához, valamint minden tanfolyamunk orientáló moduljának 1-4. óra: Programozási tételek alkalmához kapcsolódik.

Doktoranduszok programoznak

it-tanfolyam.hu adatok elemzése

it-tanfolyam.hu adatok elemzéseSaját doktorandusz csoporttársaimmal többször beszélgettünk már arról, hogyan tudnák/tudják használni a programozás eszköztárát, módszereit, lehetőségeit saját kutatási munkájukban, beépítve a kutatási folyamat egyes lépéseibe, illetve disszertációjuk elkészítésébe.

Mivel a 10 fős csoportban mindenkinek más az alapvégzettsége, így szoftverfejlesztéshez, programozáshoz közös szókincs és terminológia haladó szinten természetesen nincs, viszont közös bennünk, hogy mindannyian alkotunk különféle modelleket és elemzünk adatokat.

Például:

  • a mérnökök, fizikusok, geográfusok, biológusok többféle kísérletet végeznek el, szimulációkat terveznek és futtatnak, mérőeszközöket és műszereket használnak,
  • az informatikusok különböző matematikai eszközöket alkalmazva objektumorientált – vagy másféle – modellezést végeznek, szoftvereket terveznek, javítanak, újraírnak.

Adatokat is elemzünk, ki-ki előképzettségének megfelelően:

  • kérdőívező szoftverekből exportálva valamit,
  • Excel munkalapokon, függvényekkel, adatbázis-kezelő funkciókkal, kimutatásokkal (Pivot táblák),
  • különböző fájlformátumokkal (CSV, XML, JSON, egyedi) dolgozunk és konvertálunk A-ból B-be,
  • távoli adatbázisokhoz, felhőbeli adattárházakhoz csatlakozunk, lekérdezünk és kapunk valamilyen – többnyire szabványos – adathalmazt,
  • matematikai, statisztikai szoftvereket használunk, például: MATLAB, Derive, Maple, SPSS.

Önszerveződően összeállítottunk egy olyan két részből álló tematikát, ami mindannyiunk számára hasznos. A 64 óra két 32 órás modulból áll: Java programozás és SPSS programrendszer.

Java programozás modul

  • 1-8. óra: Objektumorientált modellezés, MVC rétegek, algoritmus- és eseményvezérelt programozás
  • 9-16. óra: Fájlkezelés és szövegfeldolgozás (XLS, CSV, XML, JSON formátumú adatok írása, olvasása, feldolgozása)
  • 17-24. óra: Adatbázis-kezelés JDBC alapon (SQL parancsok, CRUD műveletek, hierarchikus lekérdezések)
  • 25-32. óra: Komplex adatfeldolgozási feladatok megoldása programozási tételek használatával

SPSS programrendszer modul

  • 1-8. óra: Bevezetés az SPSS-be, interakciós eszközök, adatmátrix, menük: Transform, Analyze, szkriptek futtatása
  • 9-16. óra: Alapstatisztikák kérése, kereszttáblázatok készítése, hipotéziselmélethez kötődő funkciók, normalitásvizsgálat, minták összehasonlítása t-próbával
  • 17-24. óra: Regresszió-analízis: lineáris, nemlineáris, többváltozós; Idősorok elemzése: szűrés, periodogram, trendelemzés
  • 25-32. óra: Mesterséges neuronhálózatok: matematikai modell és működése

Mivel mindenki doktorandusz a csoportban, így a különböző MSc-s alapvégzettsége ellenére mindannyiunknak vannak strukturális programozáshoz kötődő alapismeretei, valamint adatok elemzéséhez szükséges elméleti matematikai/statisztikai alapjai. Az én részem a 32 órás Java programozás modul, ami 2018.10.28-tól 2018.12.09-ig tart hétvégi napokon. Ez nagyban lefedi a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyamunk tematikáját. A koncepciót once-in-a-lifetime jelleggel dolgoztuk ki azzal a fő szándékkal, hogy hatékonyabban működjünk együtt a jövőben.

Ismerkedjünk Lambda-kifejezésekkel!

Lambda-kifejezés

Lambda-kifejezésA Java 8-tól használhatunk Lambda-kifejezéseket, amivel hatékonyabban, rövidebben és könnyebben valósíthatunk meg tipikus műveleteket.

Korábban általában az eseménykezelést globálisan (interfészek implementálásával), vagy lokálisan (névtelen interfész implementálásával) oldottuk meg, illetve besegítettek adapterek is. Sok- és többféle eseménynél ez a forráskódunk elaprózódásához vezetett, ami nehézkes olvashatóságot és karbantarthatóságot eredményezett.

A lambda-kifejezés egy olyan kódrészlet, amelyben valamihez hozzárendelünk valamit, például egy metódus paraméteréhez a végrehajtandó forráskódot ( x -> y). Ehhez építünk a funkcionális interfészekre és a metódus referenciákra (szintén Java 8-tól), illetve a típus kikövetkeztetés képességére is (Java 7-től).

A kiválogatás programozási tételt valósítjuk meg többféle implementációval, felhasználva a Java nyelv újdonságait, és a fentieken kívül még a Stream API-t is.

Adatforrás

Először is kellenek adatok, hiszen azokat dolgozzuk fel. Egy Termek osztályú egyszerű POJO-val dolgozunk, nev és ar tulajdonságokkal, generált konstruktorral, getter metódusokkal és toString()-gel. Az adatforrást biztosító absztrakt Lista ősosztályban a POJO-kból felépítünk egy termekLista nevű generikus listát (például CSV vagy XML fájlból beolvasva az összetartozó adatokat) – listaFeltolt() eljárás – és implementálunk egy univerzálisan használható listaKiir(String uzenet, List termekLista) eljárást is.

Örökítünk három utódosztályt a Lista osztályból, amelyek különbözőképpen dolgozzák fel a termekLista-t, bemutatva a fejlődés útját, illetve a rendelkezésre álló lehetőségeket.

Válogassunk a termékek közül négyféleképpen és adjuk vissza azon termékeket, amelyek:

  • limit alatti áron kaphatók,
  • ára limit1 és limit2 közé esik (zárt intervallumban),
  • neve adott szöveggel kezdődik (kis- és nagybetű különbözik),
  • neve adott szöveget tartalmaz (kis- és nagybetű nem különbözik)!

1. változat

Hagyományos megközelítéssel a fentiek megvalósításához külön egy-egy függvény tartozik, ahogyan az alábbiakban látható:

A termekListaLimitAr1() függvényben látható ötféle lehetőség a kiválogatásra a termekLista-ból:

  • //1: hagyományos, index alapú változat,
  • //2: iterátorra közvetlenül építő változat,
  • //3: bejáró ciklus, iterátorra közvetve építő változat,
  • //4: Stream API-ra építő változat, kiválogatás lambda-kifejezéssel ( filter), a megmaradó termékekre végrehajtandó forEach művelet lambda kifejezéssel,
  • //5: Stream API-ra építő változat, kiválogatás lambda-kifejezéssel ( filter), a megmaradó termékeket összegyűjtő/leképező collect művelettel.

Jól megfigyelhető, hogy négy függvény vázszerkezete megegyezik, és csupán a filter-ben található lambda-kifejezések különböznek. Ez a megoldás meglehetősen redundáns, nem általánosítható, valamint további műveletek megvalósítása további függvények implementálását igényli.

2. változat

Őrizzük meg a négyféle funkciót, sőt tegyük lehetővé, hogy ez tetszőlegesen bővíthető legyen. Használjunk saját generikus, funkcionális Feltetel interfészt saját döntés megvalósítását biztosítani tudó implementálandó teszt() függvénnyel, az alábbiak szerint:

A termekListaFeltetel() függvény paramétere a saját Feltetel interfészünket implementáló névtelen osztály példánya, amely felhasználható:

  • //6: ciklusban egyszerű feltételként,
  • //7: Stream API filter műveletében megadott lambda-kifejezésben,
  • //8: a listaKiir() metódusban paraméterként átadva névtelen osztály példányaként,
  • //9-től: a listaKiir() metódusban paraméterként átadva lambda-kifejezésként.

Látszik, hogy többféle kiválogató művelethez egyetlen implementált függvény szükséges. Ez a megoldás már jóval általánosabb.

3. változat

A saját interfész helyett használjuk fel a beépített Predicate generikus, funkcionális interfészt, építve annak test() függvényére az alábbiak szerint:

Belépési pont

Végül következzen a közös belépési pont, amelyben tetszőlegesen aktiválható és tesztelhető mindhárom változat működése:

Mit ír ki a program a konzolra?

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

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 21-24. óra: Objektumorientált programozás 2. rész, 25-28. óra: Objektumorientált programozás 3. rész, valamint a Java EE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 9-12. óra: XML feldolgozás alkalmaihoz kötődik.

Euler állatos feladata

EulerAllat

Valaki 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.