osnove programiranja 2 - shrani.sishrani.si/files/prosojnice106nk.pdf · osnove programiranja...

Osnove programiranja 2Interdisciplinarni študij Računalništvo in matematika

Matjaž Kukar

[email protected]

http://ltpo.fri.uni-lj.si/predmeti/rmosprog2/index.htm

UNIVERZA V LJUBLJANIFakulteta za računalništvo in informatiko

Pregled

• Java - ponovitev: spremenljivke, objekti in razredi

• Delo z grafiko (AWT, Swing)– delo z okni, dogodkovni model– risanje

• Apleti (applets)

• Algoritmi– Urejanje– Rekurzija

• Zbirke (Collections)

• Novosti Jave 5 in Jave 6

Literatura• Core Java(TM) 2, 7th Edition

Cay Horstmann, Gary CornellPrentice Hall 2004

• Beginning Java 2, JDK 5 Edition Ivor HortonWrox, 2004

• Data Structures with JavaJohn R. Hubbard McGraw-Hill, 2003 (druga izdaja junij 2007)

• Algorithms and Data StructuresNiklaus WirthPrentice Hall, 1985

• Spletni viriOsnove programiranja 2 - 4 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Zgradba programa in dostopnost deklaracij

• Zgradba programa v Javi

• Območje veljavnosti deklaracij– lokalne in globalne spremenljivke

• Dostopno določilo static– spremenljivke objekta in spremenljivke razreda– metode objekta in metode razreda– referenca this v metodah objekta

• Dostopno določilo final

• Dostopna določila public, private in protected

• Uporaba vnaprej deklariranih razredov– Math, Character

Groba zgradba programa v Javi

/* */ ali // Komentar/** */ Javadoc komentar

package ime_paketa; // Lahko ga tudi izpustimo

import uvoz_obstojecih_paketov; // Po potrebi

class ime_razreda {deklaracije globalnih spremenljivk

deklaracije metod

static void main() { // Posebna metoda za. . . // glavni program

}}

Osnove programiranja 2 - 6 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Območje veljavnosti deklaracij spremenljivk

• Deklaracija spremenljivke velja– od mesta, kjer je bila spremenljivka deklarirana– do konca bloka, v katerem smo jo deklarirali

• Primer: gnezdenje blokov{ // zunanji blok int spr1=10;...{ // notranji blok

int spr2=20;... // obstajata spr1 in spr2int spr1=34; // napaka

}// spr1 še vedno obstaja, spr2 pa ne...

}


Lokalne in globalne spremenljivke

• Lokalne spremenljivke– deklarirane so znotraj posameznih metod– dostopne so samo v metodi, kjer so deklarirane

• Globalne spremenljivke– deklarirane so na ravni razreda– dostopne so vsem metodam v razredu

• Globalne spremenljivke so lahko statične ali vezane na posamezne objekte, odvisno od dostopnega določila static– statične spremenljivke: obstaja ena sama spremenljivka za celoten razred, zato

jim rečemo tudi spremenljivke razreda (ang. class variables)– spremenljivke objekta: vsakemu objektu pripada svoja spremenljivka, ki

vsebuje vrednost atributa tistega objekta (ang. instance variables)



• Primer: Razred, ki opisuje zgradbo objektovpublic class Primer1{private double atr1; // vsak objekt ima 2 atributa, ki sta globalniprivate int atr2; // spremenljivki, dostopni v celem razredupublic void metoda1(){int spr3=1; // lokalni spremenljivki,int spr4=25; // dostopni v metodi metoda1()// obstajajo atr1, atr2, spr3 in spr4

}public int metoda2(){

double spr5=500.0; // lokalna spremenljivka// obstajajo atr1, atr2 in spr5

}}


Dostopna določila:public, private in protected

• Določajo način dostopa do posameznih atributov in metod v razredu in/ali paketu

Dostopno določilo Dovoljen dostop

brez dostopnega določila iz kateregakoli razreda v istem paketu

public iz kateregakoli razreda ne glede na paket

private samo znotraj razredaprotected iz kateregakoli razreda v istem

paketu in iz kateregakoli podrazreda ne glede na paket


Statične spremenljivke in spremenljivke objekta

• Statične (razredne) spremenljivke (ang. class variables)– tipične so za razrede, ki predstavljajo aplikacije, vendar lahko nastopajo

tudi v drugih razredih– deklarirane so z rezervirano besedo static– obstaja samo ena kopija spremenljivke– to kopijo uporabljajo vse metode in vsi objekti– spremenljivka obstaja tudi v primeru, ko nismo kreirali nobenega objekta– sprememba vrednosti je dostopna vsem objektom in metodam v razredu

• Spremenljivke objekta (ang. instance variables)– nastopajo v razredih, ki opisujejo zgradbo objektov– pri deklaraciji ne smemo uporabiti dostopnega določila static– vsak objekt ima svojo kopijo spremenljivke (tj. svojo vrednost atributa)– sprememba vrednosti se odraža samo znotraj objekta



• Primer: Razred, ki predstavlja aplikacijopublic class Primer2{static double spr1=2.5; // globalni spremenljivki,static int spr2=10; // dostopni v celem razredupublic static void main(String[] args){int spr3=1; // lokalni spremenljivki,int spr2=25; // dostopni v metodi main()// obstajajo spr1=2.5, spr2=25 in spr3=1

}public static void xy(){

double spr4=500.0; // lokalna spremenljivka// obstajajo spr1=2.5, spr2=10 in spr4=500.0

}}


Statične metode (metode razreda)

• Dostopno določilo static pri metodah– statične metode ali metode razreda (ang. class methods)– ne mešajmo z metodami objekta (ang. instance methods)

• Statične metode – tipične so za razrede, ki predstavljajo aplikacije, in razrede, ki služijo

kot knjižnice podprogramov (npr. razred Math)– deklariramo jih z dostopnim določilom static– v pomnilniku so shranjene samo enkrat – niso vezane na posamezne objekte, ampak so skupne za celoten razred– uporabljamo jih tudi takrat, ko ne obstaja noben objekt– ne morejo posegati v atribute posameznih objektov– metoda main() mora biti obvezno statična– če deklariramo statično metodo v razredu, ki je namenjen generiranju

objektov, potem je ta skupna (tj. enaka) za vse objekte


Metode objekta

• Metode objekta– vezane so na posamezne objekte (tj. primerke nekega razreda)

• predstavljamo si lahko, da ima vsak objekt svoje metode• v resnici so tudi metode, ki pripadajo objektom istega tipa, shranjene

v pomnilniku samo enkrat; s posebnim mehanizmom dosežemo, da se izvede prava metoda (dinamično povezovanje)

– tipične so za razrede, ki so namenjeni generiranju objektov– omogočajo dostop do posameznih atributov v objektu– pri njihovi deklaraciji ne smemo uporabiti dostopnega določila static

– ob klicu metode objekta je treba obvezno navesti tudi ime objekta, ki mu metoda pripada

<ime objekta> . <ime metode> (<dejanski parametri>)<ime razreda> . <ime objekta> . <ime metode> (<dejanski parametri>)


Referenca this

• Implicitno prisotna v vsaki metodi objekta– predstavlja naslov objekta, na katerega se nanaša klic metode– ta naslov omogoča, da dostopamo do spremenljivk pravega objekta– pred vsakim sklicevanjem na spremenljivko objekta dejansko stoji

referenca this– referenco this avtomatsko vstavi prevajalnik, lahko pa jo vključi že

programer

public void izpisiVse(){System.out.println("Maticna stevilka: "+this.matStev);System.out.println("Priimek in ime: "+this.priimek+''+this.ime);

System.out.println("Stevilo ur: "+this.stUr);}


Določilo final

• Kadar želimo preprečiti spremembo neke deklaracije– pri spremenljivkah: vrednost spremenljivke se ne more več spremeniti– pri metodah: metode ni moč redefinirati (je dokončna)– pri razredih: razreda ni moč razširiti (vse metode so dokončne)

• Deklaracije konstant– konstante deklariramo na enak način kot spremenljivke, le da dodamo

rezervirano besedo final– velja dogovor, da imena konstant pišemo z velikimi črkami– static final double PI=3.14159;– konstanti moramo prirediti vrednost ob deklaraciji; kasneje to ni več

mogoče– prednost uporabe konstant

• boljša čitljivost programa• enostavnejše vzdrževanje


Vnaprej deklarirani razredi

• V Javi obstaja več tisoč vnaprej deklariranih razredov– ti razredi so shranjeni v obliki paketov– paket si lahko predstavljamo kot skupino sorodnih razredov, ki so

shranjeni v isti mapi (poddirektoriju)– paket java.lang vsebuje osnovne razrede, ki se največ uporabljajo

• Uporaba vnaprej deklariranih razredov– nekateri paketi, kot npr. java.lang, so na razpolago avtomatsko – uporabo ostalih paketov ali razredov je treba napovedati s stavkom import, ki mora biti naveden na začetku programa• import java.util.* napove uporabo vseh razredov iz paketa java.util

• import java.util.Date napove uporabo razreda Date iz paketa java.util


Razred Math

• Vsebuje matematične konstante in metode– deklariran je v paketu java.lang– klicanje konstant (PI, E): Math.<ime konstante>– klicanje metod: Math.<ime metode>(<argumenti>)

abs(x) absolutna vrednost xsin(x),cos(x),

tan(x)trigonometrične funkcije sinus, kosinus, tangens

asin(x),acos(x),atan(x)

obratne trigonometrične funkcije

round(x) zaokroževanje na najbližje celo številosqrt(x) kvadratni koren iz xrandom() naključno število med 0.0 in 1.0exp(x),log(x) eksponentna in logaritemska funkcija


Razred Character

• Vsebuje koristne metode za delo z znaki– deklariran je v paketu java.lang– klicanje metod: Character.<ime metode>(<argChar>)

isUpperCase() Preveri, ali je znak velika črkatoUpperCase() Pretvori malo črko v velikoisLowerCase() Preveri, ali je znak mala črkatoLowerCase() Pretvori veliko črko v maloisDigit() Preveri, ali je znak številka ('0' – '9')isLetter() Preveri, ali je znak črkaisLetterOrDigit() Preveri, ali je znak črka ali številkaisWhiteSpace() Preveri, ali je znak presledek, tab, newline, carriage

return ali form feed

Materiali

• Java programi:– Krogla1.java– Krogla2.java– Krogla3.java


Uvod v delo z grafiko

• Knjižnici AWT in Swing

• Kreiranje okna– okno kot podrazred razreda JFrame

• Dogodkovni model: razredi dogodkov, vmesniki, adapterji, poslušalci– primer: zapiranje okna

• Upoštevanje karakteristik uporabnikovega računalnika

• Risanje na panel

• Pregled metod za risanje


Uvod v delo z grafiko

• JFC vsebuje dve knjižnici razredov za programiranje grafičnega uporabniškega vmesnika (GUI)– AWT (Abstract Window Toolkit)

• starejša (prvotna) knjižnica, skupni imenovalec obstoječih GUI• realizacija komponent prepuščena ciljni platformi• problemi: skromnost, različno obnašanje na različnih platformah

– Swing• novejša knjižnica• večji nabor komponent GUI• enostavnejša uporaba• manjša odvisnost od ciljne platforme• enak videz na vseh platformah• Swing uporablja dogodkovno voden način programiranja, kot ga

definira AWT– V programih kombiniramo uporabo obeh knjižnic

Delček hierarhije knjižnice AWT

Delček hierarhije knjižnice Swing

Primer hierarhije AWT in Swing


Kreiranje okna

• Osnovno okno, v katerem rišemo, je objekt razreda JFrame– v paketu AWT obstaja razred Frame– razred JFrame je razširitev razreda Frame– osnovno okno je ena redkih komponent, ki jih ne nariše Swing, ampak

okenski sistem ciljne platforme– osnovno okno je kontejner (ang. container), ki lahko vsebuje druge

komponente grafičnega uporabniškega vmesnika (gumbi, tekstovnapolja, ...)

• Program za kreiranje okna mora vsebovati– napoved uporabe paketa Swing: import javax.swing.*;– kreiranje objekta tipa JFrame: JFrame okno=new JFrame();– prikaz okna na zaslonu: okno.setVisible(true);

zastarela sintaksa okno.show();


Kreiranje okna

• Boljša rešitev za kakršna koli zahtevnejša okna– iz razreda JFrame izpeljemo podrazred, ki natančneje definira lastnosti

okna– v podrazredu deklariramo konstruktor, ki vsebuje ukaze, kot so npr.

setTitle(<naslov>); // imesetSize(<širina>,<višina>); // velikostsetLocation(<x>,<y>); // legasetBounds(<x>,<y>,<širina>,<višina>); // velikost in legasetResizable(<vrednostBoolean>); // spreminjanje velikosti

• Privzeto delovanje– ko okno zapremo, se izvajanje programa ne prekine– za prekinitev je potrebno vtipkati CTRL+C

MVC (model-view-controller) arhitektura GUI

• Model: hrani podatke, ki definirajo komponento GUI

• View: vizualni prikaz podakov iz modela

• Controller: interakcija z uporabnikom; po potrebi spreminja pogled ali model

MVC arhitektura v Swingu


Krmiljenje programa kot reakcija na dogodke

• Swing temelji na AWT dogodkovnem modelu– dogodek je sprememba v stanju določene komponente zaradi interakcije s

strani uporabnika (npr. klik z miško, pritisk tipke na tipkovnici, vpis podatka v polje za vnos ipd.)

– vsaka komponenta GUI s katero je uporabnik v interakciji, mora vsebovati poseben objekt, ki nastopa v vlogi poslušalca

– poslušalec: objekt, ki prestreže določen dogodek, in izvrši primerno akcijo– vsi poslušalci skupaj predstavljajo ekvivalent MVC controllerja

• Dogodki so razvrščeni v več razredov– primeri: KeyEvent, MouseEvent, ActionEvent, WindowEvent– za vsak tip (razred) dogodka lahko dodamo ustreznega poslušalca

Nizkonivojski dogodki


Pregled dogodkov, vmesnikov in odzivnih metod (1/3)

mousePressed(MouseEvent e)mouseReleased(MouseEvent e)mouseEntered(MouseEvent e)mouseExited(MouseEvent e)mouseClicked(MouseEvent e)mouseDragged(MouseEvent e)mouseMoved(MouseEvent e)

MouseListener

MouseMotionListener

MouseEvent

Tip dogodka Vmesnik Odzivne metodeTextEvent TextListener textValueChanged(ActionEvent e)

ContainerEvent ContainerListener componentAdded(ContainerEvent e)componentRemoved(ContainerEvent e)

ComponentEvent ComponentListener componentMoved(ComponentEvent e)componentHidden(ComponentEvent e)componentResized(ComponentEvent e)componentShown(ComponentEvent e)



keyPressed(KeyEvent e)keyTyped(KeyEvent e)keyReleased(KeyEvent e)

KeyListenerKeyEvent

windowActivated(WindowEvenet e)windowClosing(WindowEvenet e)windowClosed(WindowEvenet e)windowDeactivated(WindowEvent e)windowDeiconified(WindowEvenet e)windowIconified(WindowEvenet e)windowOpened(WindowEvenet e)

WindowListenerWindowEvent

Tip dogodka Vmesnik Odzivne metode

FocusEvent FocusListener focusGained(FocusEvent e)focusLost(FocusEvent e)

Semantični (višjenivojski) dogodki



Tip dogodka Vmesnik Odzivne metode

ActionEvent ActionListener actionPerformed(ActionEvent e)

ItemEvent ItemListener itemStateChanged(ItemEvent e)

AdjustmentEvent AdjustmentListener adjustmentValueChanged(AdjustmentEvent e)


Pregled metod za dodajanje poslušalcev

Komponente (izvori dogodkov)

Metode za dodajanje poslušalcev

JButton, JCheckBox, JComboBox, JToolBar, JTextField, JRadioButton

addActionListener()

JScrollBar addAdjustmentListener()

Vse Swing komponente addFocusListener(), addKeyListener(), addMouseListener(), addMouseMotionListener()

JButton, JCheckBox, JComboBox, JRadioButton

addItemListener()

JWindow, JFrame addWindowListener()

JSlider addChangeEvent()


Prekinitev izvajanja programa ob zapiranju okna• Potrebujemo poslušalca za dogodke tipa WindowEvent

• Deklaracija poslušalca– poslušalec mora pripadati razredu, v katerem so implementirane VSE metode za

določeno vrsto dogodkov– delo nam olajša uporaba adapterjev (implementacije vmesnikov z metodami, ki

ne naredijo ničesar); implementiramo samo tisto, kar potrebujemo– za dogodke tipa WindowEvent uporabimo razred WindowAdapter, ki je

implementacija vmesnika WindowListener– vmesnik WindowListener predpisuje 7 metod, ki ustrezajo posameznim

dogodkom tipa WindowEvent

public void windowActivated(WindowEvent e)public void windowClosed(WindowEvent e)public void windowClosing(WindowEvent e)public void windowDeactivated(WindowEvent e)public void windowDeiconified(WindowEvent e)public void windowIconified(WindowEvent e)public void windowOpened(WindowEvent e)


Prekinitev izvajanja programa ob zapiranju okna

• Deklaracija poslušalca (nadalj.)– iz razreda WindowAdapter izpeljemo podrazred, ki redefinira

metodo WindowClosingclass Poslusalec extends WindowAdapter{public void windowClosing(WindowEvent e){System.exit(0);

}}

– v konstruktorju za okno deklariramo poslušalcaWindowListener p=new Poslusalec();okno.addWindowListener(p);


Prekinitev izvajanja programa ob zapiranju okna

• Uporaba metode setDefaultCloseOperation()– s pomočjo metode setDefaultCloseOperation() lahko določimo

operacijo, ki se izvede ob zapiranju okna– operacijo podamo kot argument ob klicu metode– obstajajo vnaprej deklarirane konstante, ki določajo posamezne operacije

• DO_NOTHING_ON_CLOSE: ne naredi nič• HIDE_ON_CLOSE: zapre okno, program teče naprej • DISPOSE_ON_CLOSE: zapre okno in uniči objekt, ki predstavlja okno;

program teče naprej• EXIT_ON_CLOSE: prekine izvajanje programa (od Jave 3 (JDK 1.3) dalje)

– če ne določimo operacije ob zapiranju, se avtomatsko privzame HIDE_ON_CLOSE


Upoštevanje karakteristik uporabnikovega računalnika

• Razred Toolkit iz paketa java.awt.*– metoda getDefaultToolkit() vrne objekt tipa Toolkit– ugotovimo lahko velikost zaslona

Toolkit tk=Toolkit.getDefaultToolkit(); // statičnaDimension d=tk.getScreenSize();int sirina=d.width;int visina=d.height;

– ob odpiranju okna upoštevamo dejansko širino in višino zaslona– primer za centrirano okno, katerega širina in višina je enaka polovici

širine in višine zaslona; točka (0,0) je zgoraj levosetSize(sirina/2,visina/2);setLocation(sirina/4,visina/4);

alisetBounds(sirina/4, visina/4, // Location

sirina/2, visina/2); // Size

Nitna varnost (thread safety) v Swingu

• Niti (threads): vzporedni procesi znotraj istega programa

• Po kreiranju komponente (okna) z ukazom setVisible se taizvaja v ločeni dogodkovni niti (event dispatching thread)

• Swing ni nitno varen, zato z njegovimi elementi upravlja le dogodkovna nit

• Posledice:– Modifikacije GUI se smejo izvajati samo v dogodkovni niti (uporaba

metode invokeLater iz javax.swing.SwingUtilities)– Daljši izračuni v aplikaciji, ki so posledica neke akcije uporabnika v

GUI naj se izvajajo v ločeni niti, sicer lahko pride do neodzivnosti

Materiali

• Java programi:– OsnovnoOkno.java– TestOkna1.java– TestOkna2.java– TestOkna3.java– TestOknaDefaultClose.java– GUI_Thread.java

Razpored študentov po ciklih vaj

• Kropivšek-Žonta (1.skupina), 16.15 - 17.45

• Ambrožič-Krnc (2.skupina), 18.00 - 19.45

• Kandidati za težje domače naloge?

Spreminjanje videza aplikacij

import javax.swing.UIManager;import javax.swing.SwingUtilities;

UIManager.setLookAndFeel(“ime_izgleda”);SwingUtilities.updateComponentTreeUI(window);

• Nekateri izgledi:

javax.swing.plaf.metal.MetalLookAndFeelcom.sun.java.swing.plaf.motif.MotifLookAndFeelcom.sun.java.swing.plaf.windows.WindowsLookAndFeel


Risanje

• Vsebina okna je določena s ploščo content pane– v konstruktorju za okno je treba

• pridobiti ploščo z vsebino content pane• deklarirati komponento, na katero želimo risati na plošči• dodati komponento na ploščo

– če hočemo v oknu risati različne geometrijske oblike (črte, pravo-kotnike, kroge ipd.), je treba deklarirati komponento tipa JPanelContainer vsebina=getContentPane();JPanel panel1=new JPanel();vsebina.add(panel1);

– rišemo dejansko na panel• panel ima risalno površino, na katero rišemo• je kontejner (vsebuje lahko druge komponente)• podobno kot ostale komponente vsebuje metodo paintComponent


Risanje

• Risanje na panel– deklarirati je treba podrazred razreda JPanel– redefinirati je treba metodo paintComponent(Graphics g)

• risanje realiziramo s klici ustreznih metod razreda Graphics• obvezen je klic istoimenske metode nadrazreda• metode paintComponent ni treba klicati, ampak se izvede avtomatsko

• Primer deklaracije panela, v katerem se nariše črtaclass Panel1 extends JPanel{public void paintComponent(Graphics g){super.paintComponent(g);g.drawLine(10,10,100,70);

}}


Pregled metod za risanje• "Risanje" nizov

– drawString(niz,x,y)• izpiše niz tako, da je prvi znak niza (oziroma njegov skrajno levi

spodnji del) odmaknjen od gornjega levega oglišča panela za x točk v desno in y točk navzdol

– setFont(f)• nastavi obliko črk v skladu s parametrom f• f objekt je tipa Font in mora biti prej določen, npr.

Font f=new Font(“Ime instal. fonta",Font.BOLD,15);

• logična imena fontov v AWT: SansSerif, Serif, Monospaced,Dialog, DialogInput

• način izpisa (ang. style): Font.PLAIN, Font.BOLD,Font.ITALIC, Font.BOLD+Font.ITALIC

– getHeight(), stringWidth(niz)• metoda razreda FontMetrics, ki za font f vrne dolžino niza

FontMetrics fm=g.getFontMetrics(f);int dolzina=fm.stringWidth(niz);


Pregled metod za risanje

• Risanje črt, lokov in mnogokotnikov– drawLine(x1,y1,x2,y2);

• nariše črto med točkama (x1,y1) in (x2,y2)– drawArc(x,y,sirina,visina,zacKot,kot)

• nariše lok, ki se nahaja znotraj navideznega pravokotnika z levim zgornjim ogliščem v točki (x,y) in stranicama a=sirina, b=visina

• lok se prične pri kotu zacKot in oklepa kot kot (tj. se konča pri zacKot+kot); koti so podani v stopinjah

– drawPolygon(p)• nariše mnogokotnik, katerega stranice so določene s točkami objekta p• primer za risanje trikotnika

Polygon p=new Polygon();p.addPoint(10,10);p.addPoint(10,30);p.addPoint(20,20);g.drawPolygon(p);



– drawPolygon(x,y,n)

• nariše mnogokotnik, katerega oglišča so podana s koordinatami točk v tabelah x in y

• parameter n določa število oglišč– drawPolyline(x,y,n)

• nariše lomljeno črto, ki povezuje točke, katerih koordinate so v tabelah x in y

• n je število točk, ki jih je treba povezati• če sta prva in zadnja točka identični, je črta zaključena

• Risanje pravokotnikov, krogov in elips– drawRect(x,y,sirina,visina)

• nariše pravokotnik z z levim zgornjim ogliščem v točki (x,y) in stranicama a=sirina, b=visina



– drawRoundRect(x,y,sirina,visina,rH,rV)

• nariše pravokotnik z zaobljenimi oglišči• rH in rV določata horizontalni in vertikalni polmer loka

– draw3DRect(x,y,sirina,visina,dvig)

• nariše pravokotnik, ki daje vtis gumba• če je parameter dvig enak true, je pravokotnik "dvignjen" nad

površino okna, sicer pa "vgreznjen"• učinek postane viden, če narišemo več pravokotnikov, katerih stranice

se povečujejo za eno piko, koordinate levega zgornjega oglišča pa zmanjšujejo za eno piko

– drawOval(x,y,sirina,visina)

• nariše elipso, ki se nahaja znotraj navideznega pravokotnika z levim zgornjim ogliščem v točki (x,y) in stranicama a=sirina,b=visina

• če sta parametra sirina in visina enaka, dobimo krog



• Določanje barv– setColor(barva) // Graphics

• nastavi barvo, s katero rišemo od tega trenutka dalje• paramater barva je objekt tipa Color• v razredu Color so definirane konstante za 13 standardnih barv

black green redblue lightGray whitecyan magenta yellowdarkGray orangegray pink

• primer klica: g.setColor(Color.green);• druga možnost: objekte tipa Color lahko generiramo sami kot

mešanico rdeče, zelene in modre barve z naslednjim konstruktorjemColor(int rdeca, int zelena, int modra)

• delež vsake barve lahko zavzame vrednost od 0 do 255• primer klica: g.setColor(new Color(0,128,128));


Pregled metod za risanje– setBackground(barva) // JComponent (JPanel)

• nastavi barvo podlage• metodo je treba poklicati, preden prikažemo okno na zaslonu

– setForeground(barva) // JComponent (JPanel)• nastavi privzeto barvo, s katero rišemo

• Risanje polnjenih likov– imena metod so enaka kot za risanje likov, le predpona draw se

nadomesti s fillfillRect(x,y,sirina,visina)fillRoundRect(x,y,sirina,visina,rH,rV)fill3DRect(x,y,sirina,visina,dvig)fillOval(x,y,sirina,visina)fillPolygon(p)fillPolygon(x,y,n)fillArc(x,y,sirina,visina,zacKot,kot)


Apleti

• Koncept apleta

• Postopek izdelave

• Razlike med aplikacijo in apletom, metode apleta:– init(), start(), stop(), destroy()

• Osnovne komponente grafičnega vmesnika– labela, gumb, vnosno polje– razporejanje komponent po risalni plošči

• Primeri– preprost aplet s tremi komponentami– aplet za zajem podatkov o delavcih


Apleti

• Aplet– program, ki teče znotraj spletnega brskalnika (npr. Internet Explorer,

Firefox, Mozilla, Opera, …)– je sestavni del neke spletne strani– pokličemo ga iz dokumenta, napisanega v HTML (Hypertext Markup

Language)– stroge zahteve glede varnosti

• Postopek izdelave apleta– aplet napišemo podobno kot druge samostojne programe (aplikacije)

• shranimo ga na datoteki s podaljškom .java• prevedemo ga v vmesno kodo (datoteka s podaljškom .class)

– kreiramo HTML dokument, ki mora vsebovati ukaz za klic apleta– poženemo spletni brskalnik in naložimo HTML dokument


Apleti

• Izdelava HTML dokumenta– vsak HTML dokument se prične z ukazom <html> in konča z ukazom </html>; večina ukazov ima podobno obliko

• vsi ukazi so v lomljenih oklepajih• HTML ni občutljiv na velike in male črke

– izvajanje apleta sprožimo z ukazom <applet>• ob ukazu <applet> navedemo tri argumente: code, width in heightcode podaja ime datoteke z vmesno kodo (prevod apleta)width in height določata širino in višino apleta

• ukaz <applet> zaključimo z </applet> – primer:

<html><applet code="Aplet1.class" width=450 height=200></applet></html>


Razvoj apletov

• Orodje appletviewer– omogoča izvajanje apletov brez uporabe brskalnika– uporabno je predvsem med razvojem in testiranjem– aplet poženemo iz GUI ali iz ukazne vrstice z ukazom appletviewer <ime HTML dokumenta>

• Razred JApplet– vsak aplet napišemo kot razširitev osnovnega razreda JApplet– razred JApplet se nahaja v paketu javax.swing in je izpeljan

iz razredov java.awt.Component, java.awt.Container injava.awt.Panel

– na začetku vsakega apleta so zato prisotni ukaziimport javax.swing.*;import java.awt.*;public class Aplet1 extends JApplet

Mesto razreda JApplet v Swing/AWT hierarhiji

→ JApplet


Apleti

• Metode apleta– za razliko od aplikacij apleti nimajo statične metode main()– vsebujejo 4 metode, ki jih brskalnik kliče avtomatsko

• public void init()• public void start()• public void stop()• public void destroy()

– Java avtomatsko kreira prazne metode– v praksi moramo napisati vsaj eno izmed njih, praviloma init()

• Metoda init()

– se izvede, ko se aplet prvič naloži in požene v brskalniku– služi za inicializacijo spremenljivk, razmestitev komponent na zaslonu

ipd.


Apleti

• Metoda start()– se izvede takoj za metodo init() in nato vsakokrat, ko postane aplet

aktiven (ko se uporabnik vrne na stran z apletom, ki jo je prej zapustil ali minimiziral)

– primer uporabe: nadaljevanje animacije, ki je bila prekinjena, ko je uporabnik zapustil stran

• Metoda stop()– se izvede vsakokrat, ko uporabnik zapusti stran z apletom

• Metoda destroy()– se izvede, ko uporabnik zapre brskalnik ali appletviewer– če je potrebno sprostiti vire, ki jih je zasedal aplet

• Isti program lahko ob primernem pisanju uporabimo tako za aplet, kot za aplikacijo


Apleti

• Aplet lahko vsebuje različne komponente GUI– labela (ang. label): izpis besedila (razred JLabel)– vnosno polje: polje za vnos nekega podatka (razred JTextField)– gumb: za sprožitev neke akcije (razred JButton)– ostale komponente: JCheckBox, JRadioButton, JComboBox,

JToolBar, JScrollBar, …– komponente dodajamo na risalno ploščo (ang. content pane) z metodo add()– primer: dodajanje labele, vnosnega polja in gumba

JLabel zi=new JLabel("Ime:");JTextField i=new JTextField();JButton potrdi=new JButton("Potrdi");Container rp=getContentPane();rp.add(zi); rp.add(i);rp.add(potrdi);

– URL: enostaven aplet


Apleti

• Razred JLabel– za izpis teksta in slik– več različnih konstruktorjev

• JLabel(): labela brez teksta in slike• JLabel(String text): labela s tekstom• JLabel(String text, int horizontalAlignment): labela s

tekstom, poravnanim v skladu s parametrom horizontalAlignment• JLabel(Icon image): labela s sliko• JLabel(Icon image, int horizontalAlignment): labela s

sliko, ki je poravnana v skladu s parametrom horizontalAlignment• JLabel(String text, Icon image, int horizontalAlignment): labela s tekstom in sliko ter predpisano poravnanostjo

– metoda l.setText(niz): vpiše niz v že kreirano labelo l– metoda l.getText(): vrne niz, ki ga vsebuje labela l


Apleti

• Razred JTextField– za kreiranje vnosnih polj– konstruktorji

• JTextField(): prazno vnosno polje dolžine 0 (dimenzija komponente)• JTextField(int numColumns): prazno vnosno polje dolžine numColumns (dimenzija komponente na zaslonu)

• JTextField(String text): vnosno polje z vnaprej vpisanim tekstom

• JTextField(String text, int numColumns): vnosno polje s tekstom text in dolžino numColumns (dimenzija komponente)

– metoda vp.setText(niz): vpiše niz v vnosno polje vp– metoda vp.getText(): vrne niz, ki ga vsebuje vnosno polje vp– metoda vp.setEditable(bool): določi, ali je možno vpisovanje

(bool ima vrednost true) ali ne (bool je false)Osnove programiranja 2 - 64 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Apleti

• Razred JButton– za kreiranje gumbov– konstruktorji

• JButton(): gumb brez napisa• JButton(String text): gumb z napisom text• JButton(String text, Icon icon): gumb z napisom in sliko• JButton(Icon icon): gumb s sliko

– metoda g.setText(niz): nastavi napis na gumbu g– metoda g.getText(): vrne napis, ki ga vsebuje gumb g

• Nastavljanje fokusa– metoda requestFocus() omogoča, da vnaprej nastavimo kurzor

tipkovnice v izbrano vnosno polje ali izpostavimo določen gumb– primer uporabe: vp.requestFocus(); ali g.requestFocus();


Razporejanje komponent

• Razporejanje komponent po risalni plošči– uporabimo enega izmed razporejevalnikov (ang. layout managers),

ki avtomatsko razporeja komponente znotraj kontejnerja

• Pregled razporejevalnikov– FlowLayout

• komponente razporedi po vrsticah, ko v neki vrstici zmanjka prostora, nadaljuje v naslednji vrstici

• Lahko določamo poravnavanje komponent (levo-desno-centrirano), razmik med komponentami in vrsticami

– BorderLayout• se uporabi, če ne specificiramo nobenega razporejevalnika• površino kontejnerja razdeli na 5 con, ki se imenujejo "North","West", "Center", "East" in "South"

• ob dodajanju vsake komponente je treba navesti tudi cono, kamor naj se komponenta doda



– GridLayout• komponente razporedi v celice, ki tvorijo matriko dimenzije m×n,

sestavljeno iz m vrstic in n stolpcev• število vrstic in stolpcev določimo ob inicializaciji razporejevalnika• vsaka nova komponenta se doda v naslednjo celico• preskakovanje celic ni možno

– GridBagLayout• omogoča dodajanje komponent v točno določene celice• posamezne komponente lahko zasedajo več celic

– CardLayout• komponente se nalagajo ena na drugo• primeren, ko želimo, da je naenkrat vidna samo ena komponenta



– BoxLayout• vse komponente razporedi v eno vrstico (horizontal box) ali v en stolpec

(vertical box)• posamezne škatle (vrstice ali stolpce) razporejamo znotraj BoxLayout

razporejevalnika– SpringLayout

• komponente so povezane z elastičnimi povezavami (spring=vzmet) narobove kontejnerja ali na druge komponente

– null (brez avtomatskega razporejevalnika)• sami določimo položaje in velikosti komponent, npr. z metodo SetBounds()

• Razporejevalnika BoxLayout in SpringLayout sta definirana v paketu javax.swing, ostali pa v java.awt


Apleti

• Določitev razporejevalnika– najprej generiramo objekt, ki pripada ustreznemu razporejevalniku, npr.

FlowLayout flow=new FlowLayout();aliGridLayout grid=new GridLayout(4,7);

– nato nastavimo razporejevalnik z metodo setLayout()Container rp=getContentPane();rp.setLayout(flow);alirp.setLayout(grid);

– oba koraka lahko združimorp.setLayout(new FlowLayout());

• Brez razporejevalnika– razporejevalnik nastavimo na null

rp.setLayout(null);


Primer preprostega apleta

• Aplet s tremi komponentami: labelo, vnosnim poljem in gumbom– napovemo uporabo paketov javax.swing in java.awt– aplet deklariramo kot razširitev razreda JApplet– generiramo vse tri komponente– izberemo razporejevalnik– pripravimo risalno ploščo– dodamo vse tri komponente na risalno ploščo– nastavimo fokus (kurzor tipkovnice)– URL: aplet

• Določanje barve– za vsako komponento lahko določimo barvo podlage in barvo črk

gumb.setForeground(Color.red);gumb.setBackground(Color.yellow);


Primer preprostega apleta• Določanje pisave

– uporabimo že znano metodo setFont(f)

– argument f je objekt tipa Font in mora biti prej določen, npr.Font pisava1=new Font("TimesRoman",Font.ITALIC,24);Font pisava2=new Font("Helvetica",Font.BOLD,20);

– pisavo določimo za vsako komponento posebej, npr.labela.setFont(pisava1);vnPolje.setFont(pisava2);

• URL: aplet

• Odstranjevanje komponent– komponente odstranjujemo z metodo remove(<ime komponente>), npr.

remove(gumb); ali remove(labela);– po odstranitvi komponente je treba vsebino risalne plošče ponovno narisati z

metodo repaint()



• Aplet se mora odzivati na dogodke– v našem apletu lahko uporabnik zaključi vnos na dva načina

• s klikom na gumb• s tipko Enter

– oba dogodka sta tipa ActionEvent– določiti je treba poslušalca, ki bo zaznal omenjena dogodka

• poslušalec je aplet (ni treba vpeljati posebnega objekta)• poslušalec mora implementirati metode, ki so določene z vmesnikom

(ang. interface) ActionListener– vmesnik ActionListener zahteva samo eno metodo public void actionPerformed(ActionEvent d)

• za vmesnike, ki zahtevajo samo eno metodo, ne obstaja ustrezen adapter, v katerem bi bila ta metoda realizirana kot prazna metoda

• zato mora poslušalec obvezno implementirati vmesnikpublic class Pozdrav2 extends JApplet

implements ActionListenerOsnove programiranja 2 - 72 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič


• Potrebne spremembe v našem apletu– dodaten stavek import java.awt.event.*;– sprememba glave

public class Pozdrav2 extends JApplet implements ActionListener

– registracija poslušalcev: obema komponentama, ki nastopata kot možna izvora dogodkov, dodamo poslušalcagumb.addActionListener(this);vnPolje.addActionListener(this);

– metoda actionPerformed(ActionEvent d)• ugotoviti mora izvor dogodka in izvršiti ustrezno akcijo• izvor dogodka določimo z metodo getSource()Object izvor=d.getSource();

• akcija, ki sledi dogodku, je odvisna od izvoraif (izvor==gumb) ...

• če nas zanima samo tip izvora uporabimo rezervirano besedo instanceofif (izvor instanceof JTextField) ...

– URL: aplet


Aplet za zajem podatkov o delavcih

• Opis problema– zajeti želimo naslednje podatke:

• matično številko• priimek• ime• število ur

– zajeti podatki se vpišejo v tabelo, v kateri vsak element predstavlja enega delavca (objekt tipa Delavec6)

– uporabnik vnaša podatke v 4 vnosna polja• ko vnese vse podatke za enega delavca, s pritiskom na gumb "Vnesi"

sproži vpis v tabelo• če želi, lahko pobriše vsebino vseh vnosnih polj in ponovi vnos

(gumb "Briši")• vnos poteka v zanki: ko se podatki za enega delavca vpišejo v tabelo,

se vnosna polja izpraznejo, da je možen vnos podatkov za naslednjega delavca

• ko so zajeti podatki za vse delavce, se izpiše ustrezno obvestiloOsnove programiranja 2 - 74 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič


• Potrebne komponente– štiri vnosna polja

JTextField ms=new JTextField(); // matična št.JTextField p=new JTextField(); // priimekJTextField i=new JTextField(); // imeJTextField u=new JTextField(); // število ur

– pred vsakim vnosnim poljem izpišemo ustrezen zahtevek: štiri labeleJLabel zms=new JLabel("Matična številka:");JLabel zp=new JLabel("Priimek:");JLabel zi=new JLabel("Ime:");JLabel zu=new JLabel("Število ur:");

– dva gumbaJButton vnesi=new JButton("Vnesi");JButton brisi=new JButton("Briši");

– obvestilo o zaključku vnosa: labela, ki je na začetku praznaJLabel obv=new JLabel("");



• Razporejanje komponent– ne bomo uporabili razporejevalnika

Container rp=getContentPane();rp.setLayout(null);

– komponente razporejamo s pomočjo metode setBounds()– razmestitev zahtevkov za vnos in vnosnih polj

zms.setBounds(30,30,110,20); ms.setBounds(150,30,60,20);zp.setBounds(30,50,110,20); p.setBounds(150,50,100,20);zi.setBounds(30,70,110,20); i.setBounds(150,70,100,20);zu.setBounds(30,90,110,20); u.setBounds(150,90,60,20);

– razmestitev gumbovbrisi.setBounds(30,120,70,20);vnesi.setBounds(150,120,70,20);

– položaj obvestilaobv.setBounds(30,180,150,20);

– URL: Implementacija apleta za vnos delavcev



• Dodajanje komponent na risalno ploščorp.add(zms); rp.add(ms);rp.add(zp); rp.add(p);rp.add(zi); rp.add(i);rp.add(zu); rp.add(u);rp.add(vnesi); rp.add(brisi);rp.add(obv);

• Nastavitev kurzorja tipkovnice v prvo vnosno poljems.requestFocus();

• Deklaracija tabele delavcevstatic final int ST_DEL=5;static Delavec6[] td=new Delavec6[ST_DEL];int j=-1; // indeks v tabeli delavcev// vrednost -1 označuje, da je na začetku tabela// prazna; ob dodajanju vsakega delavca se j poveča// za 1



• Deklaracija razreda Delavec6– atributi

private int matStev;private String priimek;private String ime;private int stUr;

– konstruktor– metode

• za vpis vrednosti posameznih atributov• za vračane vrednosti posameznih atributov• za izpis vrednosti vseh atributov: izpisiVse()

• Dodajanje poslušalca– izvora dogodkov sta gumba "Vnesi" in "Briši", poslušalec je aplet

vnesi.addActionListener(this);brisi.addActionListener(this);



• Metoda actionPerformed(ActionEvent d)

– ugotavljanje izvora dogodkaObject izvor=d.getSource();if (izvor==vnesi){}else if (izvor==brisi){}

– pritisk na gumb "Vnesi"• branje podatkov iz vnosnih polj in generiranje novega elementa

tabele; preverjanje pravilnosti vnosa in izpis obvestila ob napaki• če je tabela polna, odstranimo oba gumba in izpišemo obvestilo• če tabela ni še polna, izpraznimo vnosna polja in jih pripravimo za

vnos naslednjega delavca– pritisk na gumb "Briši"

• izpraznimo vnosna polja in s tem omogočimo uporabniku ponoven vnos podatkov



• Branje podatkov iz vnosnih polj v nov element tabeleint matSt=Integer.parseInt(ms.getText());String priimek=p.getText();String ime=i.getText();int stUr=Integer.parseInt(u.getText());++j;td[j]=new Delavec6(matSt,priimek,ime,stUr);

• Odstranitev obeh gumbov in izpis obvestilaremove(vnesi); remove(brisi);obv.setText("Tabela je polna.");repaint();

• Izpraznitev vnosnih poljms.setText("");p.setText("");i.setText("");u.setText("");ms.requestFocus();

Primer

• Implementacija apleta za vnos delavcev

Dolgotrajni apleti

• Računanje, dostop do oddaljenih podatkov, ipd.

• Izvajanje dolgotrajne akcije v metodi poslušalca pripelje do blokade uporabniškega vmesnika

• Razlog:– Poslušalec se izvaja v dogodkovni niti (event dispatching thread)

• Rešitev:– Akcija naj se izvaja v ločeni niti

Niti v apletih

• Izvajalni razred razširi razred Thread in implementirametodo run()

class Dolgotrajna extends Thread {Dolgotrajna(. . .) // Prenos parametrov{} // v nit

void run() {. . . // dolgotrajno opravilo

}}

r = new Dolgotrajna(); // še ne zažener.start(); // zažene nit

Delo z nitmi

• Nekatere metode– start() začne izvajanje niti– stop() konča izvajanje niti– suspend() zaustavi nit– resume() nadaljuje izvajanje niti– join() počaka da se nit konča– join(t) počaka (največ t milisekund) da se nit konča

• Posebne tehnike programiranja (semaforji, zaklepanje, občutljive – volatile – spremenljivke)

• Primer: Večnitni dolgotrajni aplet

Materiali

• Java programi:– Risar.java

• Java apleti:– Pozdrav.java, TestPozdrav.html– Pozdrav1.java, TestPozdrav1.html– Pozdrav2.java, TestPozdrav2.html– Delavec5Glavni.java, TestDelavec5.html– Delavec6Glavni.java, TestDelavec6.html– DolgotrajniApplet.java, Racunar.java, DolgotrajniApplet.html


Urejanje

• Seznanitev z nekaterimi algoritmi

• Maksimalno izkoriščanje konceptov objektno usmerjenega programiranja– rešitev, ki jo bomo sprogramirali, bo omogočala urejanje objektov

kateregakoli tipa

• Ocenjevanje časovne zahtevnosti posameznih algoritmov– ocenimo število tipičnih operacij (primerjanje, premik)– preprosti algoritmi zahtevajo čas velikostnega reda n2

– izpopolnjeni algoritmi zahtevajo čas velikostnega reda n·log2n– obstajajo tudi algoritmi z zahtevnostjo n pa tudi n · n!

Bachmanova asimptotična notacija


Urejanje (v pomnilniku)

• Algoritmi– urejanje z navadnim izbiranjem (že poznamo)– urejanje z navadnim vstavljanjem– urejanje s porazdelitvami (Quicksort)

• Uporaba konceptov objektno usmerjenega programiranja omogoča, da sprogramiramo rešitev, ki je uporabna za vse vrste podatkov– urejamo tabelo, ki vsebuje podatke tipa Element– Element je abstraktni razred, ki vsebuje samo metodo manjsi– to zadostuje, da sprogramiramo katerikoli algoritem za urejanje– dejanske podatke, ki jih želimo urediti, deklariramo kot razširitev

razreda Element


Urejanje

• Deklaracija razred Elementpublic abstract class Element{public abstract boolean manjsi (Element b);

}

• Primer razširitve, ko želimo urediti podatke o študentih…{String priimek, ime;double povpOcena;

Student(String p,String i,double po){priimek=p;ime=i;povpOcena=po;

}


Urejanje

• … po povprečnih ocenah

public boolean manjsi(Element b){// konverzija iz abstraktnega tipa v tip StudentStudent s=(Student) b; // primerjava povprečnih ocen return this.povpOcena<s.povpOcena;

}

public String toString(){return priimek+" "+ime+" "+povpOcena;

}}


Urejanje z navadnim vstavljanjem

• Grob opis algoritmafor (i=1; i<a.length; ++i) // za vse elemente od drugega

// do zadnjega{x=a[i];vstavi x na pravo mesto, upoštevajoč

elemente a[0] do a[i];}

• Prikaz delovanja na konkretnem primeru (za cela števila)i=1 44 55 12 42 94 18 6 67i=2 44 55 12 42 94 18 6 67i=3 12 44 55 42 94 18 6 67i=4 12 42 44 55 94 18 6 67i=5 12 42 44 55 94 18 6 67i=6 12 18 42 44 55 94 6 67i=7 6 12 18 42 44 55 94 67

6 12 18 42 44 55 67 94



• Formulacija v obliki podprogramapublic static void straightinsertion(Element[] a){int i,j;Element x;for (i=1; i<a.length; ++i){x=a[i];j=i-1;while (j>=0 && x.manjsi(a[j])){a[j+1]=a[j];--j;

} a[j+1]=x;

} }



• Sestavni deli rešitve– razred Element: abstraktna metoda manjsi– razred SortiranjeObjektov: knjižnica metod za urejanje– razred Student: tip podatkov, ki jih bomo urejali, redefinicija

metode manjsi– razred GlavniProgram: naša aplikacija

• Razred GlavniProgrampublic class GlavniProgram{public static void main(String[] args){ Student[] s=new Student[10];pripraviPodatke(s);izpisiPodatke(s); // pred urejanjemSortiranjeObjektov.straightinsertion(s);izpisiPodatke(s); // po urejanju

}



• Razred GlavniProgram (nadalj.)static void pripraviPodatke(Student[] s){ s[0]=new Student("Novak","Janez",8.12);s[1]=new Student("Petelin","Marko",7.72);s[2]=new Student("Kranjec","Ludvik",9.04);s[3]=new Student("Lenko","Friderik",6.74);s[4]=new Student("Pametnjakovic","Zdravko",8.04);...s[9]=new Student("Kopac","Ivan",6.89);

}

static void izpisiPodatke(Student[] s){for (int i=0; i<s.length; ++i)System.out.println(s[i].toString());

System.out.println();}

}



• Analiza učinkovitosti– število primerjanj– število premikov

• Število primerjanj– najprej določimo število primerjanj v i-tem koraku– nato izračunamo vsoto po vseh korakih

– zaključna ugotovitev: C = O(n2)

2i

C

iC

1C

i

i

i

ave

max

min

=

=

=

41)n(n1)n...32(1

21

2i

21)n(n1n...321i

1n

1n

1iave

1n

1imax

min

C

CC

−=−++++==

−=−++++==

−=

∑

∑−

=

−

=



• Število premikov– v i-tem koraku: število premikov je za 1 večje od števila

primerjanj

– v celoti: izračunamo vsoto po vseh korakih

• Obe oceni pokažeta, da čas narašča s kvadratom števila elementov: T=O(n2)

4)3nn(411)(n

41)n(n

1)(n1)n...32(1211)

2i(

2

1n

1iaveM

−+=−+−

=

=−+−++++=+= ∑−

=

1CM ii aveave+=

Izboljšava urejanja z navadnim vstavljanjem

• Binarno vstavljanje: iskanje mesta za vstavljanje v urejenem podzaporedju a[0] do a[i] z bisekcijo:

6 12 18 42 44 55 94 671 2 ↑ 3

• Število primerjav se zmanjša; namesto C=O(n2) imamo C=O(n log n)

• V praksi je prihranek komaj opazen, ker so premiki mnogo zamudneješa operacija kot primerjave

Prikaz delovanja

• URL: urejanje (Insertsort, Variant 1)


Urejanje s porazdelitvami - Quicksort

• Osnova je porazdelitveni algoritem, ki tabelo razdeli na 2 dela1. naj bo x poljubni element tabele (npr. element na sredini)2. pregledujemo tabelo z leve, dokler ne naletimo na element ai, ki je večji ali

enak x3. pregledujemo tabelo z desne, dokler ne naletimo na element aj, ki je manjši ali

enak x4. zamenjamo ai in aj5. ponavljamo korake 2, 3 in 4, dokler se obe pregledovanji ne srečata sredi tabele

• Primer: 44 55 12 42 94 6 18 67i j

18 55 12 42 94 6 44 67i j

18 6 12 42 94 55 44 67i j

18 6 12 42 94 55 44 67j i



• Zapis porazdelitvenega algoritma v Javiint i=0, j=a.length-1;Element x=a[(i+j)/2], w;do{ while (a[i].manjsi(x)) ++i;while (x.manjsi(a[j])) --j;if (i<=j){w=a[i]; a[i]=a[j]; a[j]=w;++i;--j;

}} while (i<=j);

• Po porazdelitvi– levi del tabele: a[k]<x, k=0,1,2,...,j– desni del tabele: a[k]>x, k=i,i+1,...,n– sredina: a[k]=x, k=j+1,...,i-1



• Postopek porazdeljevanja rekurzivno uporabimo na levem in desnem delu tabelepublic static void quicksort(Element[] a){ sort(a,0,a.length-1);}

public static void sort(Element[] a, int l, int r){int i=l, j=r;Element x=a[(i+j)/2], w;do{ while (a[i].manjsi(x)) ++i;while (x.manjsi(a[j])) --j;if (i<=j){w=a[i]; a[i]=a[j]; a[j]=w;++i; --j;

}} while (i<=j);if (l<j) sort(a,l,j);if (i<r) sort(a,i,r);

}



• Analiza– vsaka porazdelitev zahteva n primerjanj (pregledati je treba vse

elemente tabele)– pri popolnoma naključni razporeditvi elementov se tabela razdeli

na 2 enaka dela: potrebnih je log2n porazdelitev– celotno število primerjanj je potem n·log2n– v najslabšem primeru (ko je izbrani element x enak največjemu ali

najmanjšemu elementu tabele), je potrebnih n porazdelitev– v tem primeru je celotno število primerjanj n2

• Zaključek– pričakovani čas: TE= O(n·log2n)– najslabši čas: TW=O(n2)



• Problemi Quicksorta: nestabilnost, najslabše delovanje O(n2)– določiti želimo tisto permutacijo ključev od 1 do 5, pri kateri se algoritem

najslabše obnaša– vsakokrat bomo za mejo x izbrali največje število– rešitev: 2 4 5 3 1

2 4 1 3 52 3 1 4 52 1 3 4 51 2 3 4 5

Priporočilo (Hoare)– za mejo x izberemo srednjo vrednost majhnega vzorca npr. treh ključev– bistveno se izboljša delovanje v najbolj neugodnih primerih– na povprečno obnašanje algoritma ta izbira nima posebnega vpliva

Prikaz delovanja

• URL: urejanje (Quicksort, obe varianti)


Rekurzija

• Splošne značilnosti– Primer preproste rekurzivne metode: izračun n!

• osnova: zagotavlja prekinitev rekurzije• rekurzivni del

• Preproste rekurzivne metode z enostavno iterativno rešitvijo– binarno iskanje– palindrom– binomski koeficienti

• Uporaba strategije sestopanja– eleganten način za iskanje ene ali vseh možnih rešitev– iskanje vseh permutacij– skakačev obhod

• Odprava rekurzije s pomočjo skladaOsnove programiranja 2 - 106 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Rekurzija

• Splošne značilnosti (iz Osnov programiranja 1)– rekurzivna metoda je tista, ki kliče samo sebe– rekurzija omogoča eleganten zapis problemov, ki so definirani

rekurzivno– rekurzije ne smemo zlorabljati: če obstaja za nek problem

preprosta iterativna rešitev, se raje odločimo za iteracijo

• Primer preproste rekurzivne metode: izračun n!(a) 0!=1(b) n! = n·(n-1)!

1! = 1·0! = 1·1 = 12! = 2·1! = 2·1·0! = 2·1·1 = 23! = 3·2! = 3·2·1! = 3·2·1·0! = 3·2·1·1 = 64! = 4·3! = 4·3·2! = 4·3·2·1! = 4·3·2·1·0! = 4·3·2·1·1 = 24 itd.


Rekurzija

• Zapis ustrezne metode v Javipublic static int f(int n){if (n==0) // osnova (basis)return 1;

else // rekurzivni del (recursive part)return n*f(n-1);

}

• Vsaka rekurzivna metoda mora imeti osnovo in rekurzivni del– osnova zagotavlja, da se rekurzija prekine– rekurzivni del vsebuje rekurzivni klic z argumentom, ki se

spreminja tako, da zagotavlja prekinitev rekurzije


Rekurzija

• Iterativna rešitevpublic static int f(int n){

int f=1;for (int i=2; i<=n; i++)f*=i;

return f;}

• Nekaj preprostih rekurzivnih programov– Fibonaccijeva števila– binarno iskanje– palindrom– binomski koeficienti– za vse omenjene probleme obstaja preprosta iterativna rešitev

Fibonaccijeva števila (1)

• Leonardo iz Pise, 17. stoletje, populacijska dinamika

• 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, …

• Fn=0, n=0Fn=1, n=1Fn= Fn-1+ Fn-2, n >1

• Preprosta rekurzivna rešitevpublic static int fib(int n) { if (n <= 1) return n; // osnovareturn fib(n-1) + fib(n-2); // rekurzivni del

}

• Razumljiva, a izjemno neučinkovita O(1.62n)

Fibonaccijeva števila (2)

• Rešitev z dinamičnim programiranjem O(n)public static int fib(int n) { int f[n+1]; f[0] = 0; f[1] = f[2] = 1; for (int i = 3; i <= n; i++)

f[i] = f[i-1] + f[i-2]; return f[n];

}

• Rešitev v konstantnem času O(1):– Binetova formula– Tabelirane vrednosti; Fn zelo hitro narašča;

F100 ≈ 69 bitov, F200 ≈ 138 bitov, F1000 ≈ 694 bitov


Rekurzija

• Binarno iskanje: v urejeni tabeli iščemo element x– naj bo t[sr] element, ki se nahaja sredi tabele– če je t[sr] enak x, je iskanje končano– če je t[sr] manjši od x, ponovimo postopek na gornjem delu tabele– če je t[sr] večji od x, ponovimo postopek na spodnjem delu tabele– postopek prekinemo, ko spodnja meja preseže zgornjo

public static int poisci(int[] t, int x, int sp, int zg)

{ if (sp>zg) return -1;int sr=(sp+zg)/2; // izračun sredineif (t[sr]==x)return sr; // element smo našli

else if (t[sr]<x)return poisci(t,x,sr+1,zg); // nadaljujemo v gornji polovici

elsereturn poisci(t,x,sp,sr-1); // nadaljujemo v spodnji polovici

}Osnove programiranja 2 - 112 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Rekurzija

• Rekurzivna metoda jePalindrom– Niz je palindrom, če je njegova dolžina 0 ali 1– Niz je palindrom, če sta prvi in zadnji znak enaka in je preostanek

niza (brez prvega in zadnjega znaka) tudi palindrom

public static boolean jePalindrom(String n)

{int d=n.length();if (d<=1)return true;

else if (n.charAt(0)==n.charAt(d-1))return jePalindrom(n.substring(1,d-1));

elsereturn false;

}


Rekurzija

• Binomski koeficienti– koeficienti, ki jih dobimo pri izračunu potence binoma, npr.

(x +1)6 = x6 + 6x5 + 15x4 + 20x3 + 15x2 + 6x +1– izračunamo jih lahko s pomočjo Pascalovega trikotnika

11 1

1 2 11 3 3 1

1 4 6 4 11 5 10 10 5 1

1 6 15 20 15 6 1

– vsako število znotraj trikotnika je vsota dveh števil nad njim:c(n,k)=c(n-1,k-1)+c(n-1,k) za 0<k<n

n je številka vrstice, k je številka (diagonalnega) stolpca v Pascalovem trikotniku


Rekurzija

• Zapis ustrezne rekurzivne metodepublic static int binKoef(int n, int k){if (k==0 || k==n) return 1;return binKoef(n-1,k-1)+binKoef(n-1,k);

}

• Iterativna rešitev– uporabimo formulo za kombinacije n nad k elementov

k...3211)k2)...(n1)(nn(n

k)!(nk!n!

kn

k)c(n,⋅⋅⋅⋅

+−−−=

−=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=


Rekurzija

• Primeri, ko je rekurzivna rešitev elegantna, iterativna pa ne– generiranje permutacij, hanojski stolpiči, skakačev obhod, problem

osmih dam

• Generiranje permutacij– napisati želimo program, ki generira vse permutacije števil od 1 do 4– naivni iterativni pristop bi dal naslednjo rešitev:

for (int i1=1; i1<=4; i1++)for (int i2=1; i2<=4; i2++)if (i1!=i2)for (int i3=1; i3<=4; i3++)if (i1!=i3 && i2!=i3) for (int i4=1; i4<=4; i4++)if (i1!=i4 && i2!=i4 && i3!=i4)System.out.println(i1+" "+i2+" "+i3+" “+i4);


Rekurzija

• Problemi pri tej rešitvi– če povečamo število elementov, moramo

• dodati nove stavke for• dodati nove, še daljše pogoje v stavkih if

– ne moremo napisati splošne rešitve za poljubno število elementov n

• Uporaba rekurzije– napišemo rekurzivno metodo, ki doda število na pozicijo poz

for(int st=1; st<=N; ++st)if (st še ni v permutaciji){

dodaj st v permutacijo;rekurzivno ponovi postopek za naslednjo pozicijo;

}


Rekurzija

• Predstavitev permutacije: tabela p dolžine Nstatic final int N=4;static int[] p=new int[N];

• Rekurzivna metoda dolociStevilostatic void dolociStevilo(int poz){for(int st=1; st<=N; ++st)if (seNiUporabljeno(st,poz)){p[poz]=st; // dodaj st v permutacijoif (poz==N-1) // osnovaizpisiPermutacijo();

else // rekurzivni deldolociStevilo(poz+1);

}}


Rekurzija

• Prikaz delovanja: strategija sestopanja (ang. backtracking)klic poz st v stavku for permutacija

dolociStevilo(0) 0 1 1dolociStevilo(1) 1 1,2 1 2dolociStevilo(2) 2 1,2,3 1 2 3dolociStevilo(3) 3 1,2,3,4 1 2 3 4dolociStevilo(2) 2 4 1 2 4dolociStevilo(3) 3 1,2,3 1 2 4 3dolociStevilo(2) 2 konec zankedolociStevilo(1) 1 3 1 3dolociStevilo(2) 2 1,2 1 3 2dolociStevilo(3) 3 1,2,3,4 1 3 2 4dolociStevilo(2) 2 3,4 1 3 4dolociStevilo(3) 3 1,2 1 3 4 2

Sestopanje (backtracking)

• Predstavitev problema kot graf prehodov v prostoru stanj

• Preiskovanje v globino, dokler imamo na voljo še kakšno neobiskano stanje, nato vračanje nazaj

• V danem trenutku imamo več možnosti za nadaljevanje postopka

• Bistvo sestopanja: po vrnitvi iz rekurzivne metode ostanemo v zanki in poskušamo preiskati alternativne rešitve

• Primer: iskanje izhoda iz labirintahttp://www.matheprisma.uni-wuppertal.de/Module/BackTr/index.htm


Rekurzija

• Skakačev obhod– podana je šahovska deska velikosti N x N– skakač se na začetku nahaja na enem izmed polj– obiskati mora vsa polja tako, da se na vsakem polju ustavi samo enkrat

• Z vsakega polja je možnih največ 8 potez

odmiki pri posameznih potezah(a v navpični navzdol, b v vodoravni desni smeri)

a[0]=2; b[0]=1; a[4]=-2; b[4]=-1;a[1]=1; b[1]=2; a[5]=-1; b[5]=-2;a[2]=-1; b[2]=2; a[6]=1; b[6]=-2;a[3]=-2; b[3]=1; a[7]=2; b[7]=-1;

4 3

5 2

x

6 1

7 0


Rekurzija

• Prikaz postopka: zopet uporabimo sestopanjeS 15. polja ne moremo nadaljevati poti, zato sevrnemo za en nivo nazaj in skušamo nadaljevativ drugi smeri.

S 14. polja ne moremo nadaljevati poti, zato sevrnemo za en nivo nazaj in skušamo nadaljevativ drugi smeri.

S 13. polja je nadaljevanje možno, vendar po20. potezi spet zaidemo v slepo ulico.

Vračamo se nazaj in brišemo poteze, dokler nepridemo do 15. polja. Od tam lahko spet nadaljujemo pot v drugi smeri.

13 4 9

14 5 10 12

1 8 3

15 6 11

2 7

18 13 4 9

5 10 17 12

19 14 1 8 3

6 11 16

20 15 2 7


Rekurzija

• Rekurzivni postopek za izbor naslednje potezedo // zanka za vseh 8 možnih potez{

izberi naslednjo potezo;if (poteza je možna){

zabeleži potezo;if (deska ni polna){

rekurzivno ponovi postopek za naslednjo potezo;if (nadaljevanje ni uspelo) briši potezo;

}}

} while (nadaljevanje ni uspelo && so še možne poteze)


Rekurzija

• Dogovori, ki jih upoštevamo pri zapisu v Javi– ponazoritev šahovnice

static final int N=5, NKV=N*N; // velikost šahovnicestatic int[] a=new int[8]; // tabeli odmikovstatic int[] b=new int[8];static int[][] s=new int[N][N]; // šahovnica

s[x][y]==0 // polje še ni bilo obiskanos[x][y]==i // polje je bilo obiskano v i-ti potezi

– izbor argumentovi : zaporedna številka poteze, ki jo želimo nareditivr,st : koordinati polja, s katerega delamo potezo

– izberi naslednjo potezoint k; // indeks v tabelah odmikov a in bint x,y; // koordinati polja, kamor skoči skakačk++; x=vr+a[k]; y=st+b[k]; // izračun naslednjega polja


Rekurzija

• Dogovori, ki jih upoštevamo pri zapisu v Javi (nadalj.)– poteza je možna

• polje, kamor skoči skakač, mora biti znotraj šahovnice• polje, kamor skoči skakač, ne sme biti še obiskano

if (x<N && x>=0 && y<N && y>=0) // znotraj šahovniceif (s[x][y]==0) // polje še ni bilo obiskano

– zabeleži potezos[x][y]=i;

– briši potezos[x][y]=0;

– deska ni polna i<NKV

– nadaljevanje je uspelometodo sprogramiramo kot funkcijo, ki vrne true, če je skakač prišel do konca


Rekurzija

• Iskanje vseh možnih rešitev– metoda naslednjaPoteza() se poenostavi

• tudi v primeru, ko je bilo nadaljevanje uspešno, se zanka za izbor naslednje poteze ne prekine

• namesto stavka do...while uporabimo stavek for• metodo lahko sprogramiramo kot proceduro (vračanje vrednosti ni

več potrebno)– ostale spremembe v programu SkakacevObhod2

• izpis rešitve sprogramiramo kot posebno metodo• po izpisu vsake rešitve se izvajanje programa prekine, dokler

uporabnik ne pritisne tipke Enter• zaradi branja podatkov je potreben dodatek throws Exception


Rekurzija

• Hanojski stolpiči– imamo n obročev različnih velikosti, ki jih moramo prestaviti z ene

palice na drugo– pri tem lahko uporabljamo pomožno palico– manjši obroč lahko postavimo na večjega, ne pa obratno

• Primer: http://www.mazeworks.com/hanoi/

• Rekurzivni opis problema– prestavimo n-1 obročev z začetne palice na pomožno– prestavimo največji obroč z začetne palice na končno– prestavimo n-1 obročev s pomožne palice na končno


Rekurzija

• Rekurzivna verzija metode hanoiprivate static void hanoi(int n, char a, char b, char c){if (n==1)

System.out.println("Premakni z "+a+" na "+c);else{

hanoi(n-1,a,c,b);hanoi(1,a,b,c);hanoi(n-1,b,a,c);

}}


Rekurzija

• Odprava rekurzije s pomočjo sklada– zahtevke za rekurzijo odlagamo na sklad– sklad (ang. stack) je podatkovna struktura, ki deluje na principu LIFO

(Last-in, First-out)– zahtevke odlagamo na sklad v obratnem vrstnem redu, kot se pojavijo

• Razred Stack iz paketa java.util– empty() funkcija, ki vrne true, če je sklad prazen– peek() funkcija, ki vrne objekt, ki se nahaja na vrhu sklada– pop() funkcija, ki odstrani objekt z vrha sklada (vrne

referenco na odstranjen objekt)– push(objekt) doda objekt na vrh sklada– search(objekt) vrne zaporedno številko objekta (objekt na vrhu

sklada ima številko 1, tisti pod njim številko 2 itd.)


Rekurzija

• Primer: Hanojski stolpiči– najprej postavimo na sklad začetni zahtevek– nato v zanki vsakokrat odvzamemo s sklada en zahtevek in ga

obdelamo (med obdelavo se lahko na sklad postavijo novi zahtevki)

– postopek ponavljamo dokler sklad ne postane prazen

• Grob opis postopka:postavi začetni zahtevek na sklad;dokler sklad ni prazen{odvzemi zahtevek z vrha sklada;obdelaj zahtevek;

}


Rekurzija

• Predstavitev zahtevka: vsak zahtevek je objekt s 4 atributi– n : število obročev, ki jih je treba prestaviti– a : izvor– b : pomožna palica– c : ponor

class Zahtevek{public int n;public char a,b,c;

public Zahtevek(int n, char a, char b, char c){this.n=n;this.a=a;this.b=b;this.c=c;

}}


Rekurzija

• Iterativna verzija metode hanoiprivate static void hanoi(int n, char a, char b, char c){

Stack s=new Stack();s.push(new Zahtevek(n,a,b,c));while (!s.empty()){Zahtevek z=(Zahtevek)s.pop();n=z.n; a=z.a; b=z.b; c=z.c; if (n==1)

System.out.println("Premakni z "+a+" na "+c);else{s.push(new Zahtevek(n-1,b,a,c));s.push(new Zahtevek(1,a,b,c));s.push(new Zahtevek(n-1,a,c,b));

}}

}


Rekurzija

• Iterativna verzija metode quicksort– Vzdrževati je treba seznam zahtev po porazdelitvah, ki še niso bile

opravljene.– Na vsakem koraku nastaneta 2 zahtevi po porazdelitvi:

• eno obdelamo takoj (tj. zahtevo za levi del tabele)• drugo uvrstimo v seznam (tj. zahtevo za desni del tabele)

– Zahteve v skladu obravnavamo v obratnem vrstnem redu, kot smo jih vstavili: utripajoč sklad.

– Ponazoritev vsake zahteve: z levo in desno mejo tistega dela tabele, znotraj katerega je potrebna nova porazdelitev

– Ponazoritev sklada: uporabimo tabelo, v kateri vsak element ustreza enemu zahtevku


Rekurzija

• Ponazoritev sklada– uporabimo tabelo, v kateri vsak element ustreza enemu zahtevku

private static class ElementSklada{int l,r;ElementSklada(int l, int r){this.l=l; this.r=r;

}}

final int M=12; // max. število elementov v skladuElementSklada[] sklad=new ElementSklada[M];int s; // vrh sklada – indeks zadnjega zahtevka


Rekurzijas=0; sklad[0]=new ElementSklada(0,a.length-1);do {

l=sklad[s].l; r=sklad[s].r; s=s-1;do // sprotna obdelave zahtevkov za porazdelitev levega dela{

i=l; j=r; x=a[(l+r)/2];do{

while (a[i].manjsi(x)) ++i;while (x.manjsi(a[j])) --j;if (i<=j){

w=a[i]; a[i]=a[j]; a[j]=w;++i; --j;

}} while (i<=j);if (i<r){

s=s+1; sklad[s]=new ElementSklada(i,r);}r=j;

} while (l<=r);} while (s>=0);


Rekurzija

• Določitev velikosti sklada– v najslabšem primeru vsebuje desni del en sam element, vsi ostali

so v levem delu. – v tem primeru bi morali na sklad postaviti n zahtev, kar ni

sprejemljivo.

• Rešitev – na sklad postavimo vedno zahtevo po sortiranju večjega dela,

krajši del obdelamo sproti– velikost sklada v tem primeru ne preseže log2n – sprememba je potrebna samo v tistem delu, ki postavlja zahteve na

sklad


Rekurzija

• Sprememba v tistem delu, ki postavlja zahteve na sklad

if ((j-l)<(r-i)) // levi del je manjši, desni gre na sklad{if (i<r){s=s+1; sklad[s]=new ElementSklada(i,r);

}r=j; // nadaljujemo s porazdeljevanjem levega dela

}else // desni del je manjši, levi gre na sklad{if (l<j){s=s+1; sklad[s]=new ElementSklada(l,j);

}l=i; // nadaljujemo s porazdeljevanjem desnega dela

}


Razred Vector

• Definira zbirko (angl. collection) elementov tipa Object, ki se obnaša podobno kot tabela– deklariran je v paketu java.util, zato je na začetku programa

potrebno napovedati uporabo tega paketa z import java.util.*;

• Razlike v primerjavi s tabelo– velikost vektorja se po potrebi avtomatsko povečuje– vektor lahko hrani objekte različnih tipov (ker so vsi izpeljani iz

razreda Object)

• Podobno kot pri tabelah in objektih velja, da spremenljivka tipa Vector vsebuje naslov tiste lokacije v pomnilniku, kjer se dejansko nahajajo elementi vektorja.


Razred Vector

• Kreiranje vektorjev: 4 konstruktorji– konstruktor brez argumentov kreira vektor standardne dolžine 10

Vector v=new Vector(); // prazen vektor s kapaciteto 10– kot argument lahko navedemo zahtevano dolžino

Vector v=new Vector(100); // prazen vektor s kapaciteto 100– poleg začetne dolžine navedemo še prirastek ob vsakem povečanju

velikosti (sicer velja, da se ob vsaki potrebi po povečanju velikosti kapaciteta vektorja podvoji).Vector v=new Vector(100,10); // ob vsakem povečanju se

// doda prostor za 10 objektov– kreiramo lahko vektor, ki vsebuje objekte iz neke druge, že obstoječe

zbirke (za zbirke objektov obstaja v javi vmesnik Collection, ki je nadrazred razreda Vector)Vector v=new Vector(c); // c je zbirka objektov tipa// Collection ali nekega drugega, iz Collection izpeljanega tipa


Razred Vector

• Kapaciteta in velikost vektorja– Kapaciteta (angl. capacity): število objektov, ki jih lahko v določenem

trenutku shranimo v vektor (tj. razpoložljiv prostor)– Velikost (angl. size): število dejansko shranjenih objektov

• Metodi capacity in sizeint kapaciteta=v.capacity(); // trenutna kapacitetaint velikost=v.size(); // trenutna velikostint prostor=v.capacity()-v.size(); // razpoložljiv prostor

• Ostale metode, povezane s kapaciteto in velikostjov.ensureCapacity(150); // če je kapaciteta v manjša od 150, jo

// poveča na 150, v nasprotnem primeru ostane kapacitetea nespremenjenav.setSize(50); // če je velikost manjša od 50, se v elemente do vključno

// petdesetega, vpišejo vrednosti null; če je velkost večja od 50, se vsi // elementi nad 50 izgubijo (ni več referenc, objekti še obstajajo)

v.trimToSize(); // nastavi kapaciteto na dejansko velikost vektorjaOsnove programiranja 2 - 140 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Razred Vector

• Shranjevanje objektov v vektorv.add(novObjekt); // v prvi prost element vektorja v vpiše kazalec na

novObjekt; velikost vektorja se poveča za 1; ob uspešnem dodajanju vrne true

v.add(2,novObjekt); // doda novObjekt na pozicijo 2 (pozicije so oštevilčene od 0 dalje); elementi na pozicijah od vključno dva dalje se pomaknejo za eno mesto naprej; vrednost prvega argumenta ne sme biti večja od velikosti vektorja; če je enaka velikosti, gre za dodajanje na prvo prosto pozicijo

v.addElement(novObjekt); // isto kot add(novObjekt), le da ne vrne vrednosti true ali false

v.set(2,novObjekt); // novObjekt "povozi" tistega, ki je bil prej na pozicji 2; metoda vrne kazalec na element, ki je bil prej na tej poziciji

v.addAll(c); // na konec vektorja doda vse elemente iz zbirke cv.addAll(2,c); // na pozicije od vključno 2 dalje vrine vse elemente iz

zbirke c


Razred Vector

• Branje elementov iz vektorjaDelavec d=(Delavec)v.get(4); // vrne objekt, ki se nahaja na

poziciji 4; potrebna je eksplicitna pretvorba tipa, ker metoda get vrne vrednost tipa Object

Delavec d=(Delavec)v.elementAt(4); // isto kot zgorajDelavec d=(Delavec)v.firstElement(); // vrne prvi elementDelavec d=(Delavec)v.lastElement(); // vrne zadnji element

• Obdelava vseh elementov: podobna zanka kot pri tabelahDelavec d;for (int poz=0; poz<v.size(); ++poz){d=(Delavec)v.get(poz);// sledijo stavki za obdelavo objekta d

}


Razred Vector

• Prepis elementov iz vektorja v tabelo– Uporaba vektorjev zahteva dodatno režijo, zato je včasih ugodno

prepisati elemente v običajno tabelo. – To lahko naredimo z metodo toArray na dva načina:

• standardno dobimo tabelo z elementi tipa ObjectObject[] delavci=v.toArray();

med obdelavo je treba vsak element tabele pretvoriti v ustrezen tip

• če hočemo dobiti tabelo objektov ustreznega tipa, jo moramo najprej deklarirati// deklaracija tabele ustreznega tipa in ustrezne velikostiDelavec[] delavci=new Delavec[v.size()];

// prepis v tabelov.toArray(delavci);


Razred Vector

• Odstranjevanje elementov iz vektorja– Pri odstranjevanju elementov se kapaciteta vektorja ne zmanjšuje,

manjša se samo velikost.v.remove(3); // odstrani element na poziciji 3; preostali elementi

// se pomaknejo za eno mesto proti začetkuDelavec d=(Delavec)v.remove(3); // metoda remove vrne

// naslov izločenega elementaboolean brisan=v.remove(d); // odstrani prvo nastopanje

// elementa d iz vektorja v; če elementa d ni v vektorju, vrne // false, sicer true

v.removeElementAt(3); // odstrani element na poziciji 3, vendar ne // vrne njegovega naslova

v.clear(); // odstrani vse elementev.removeAll(c); // iz v odstrani vse elemente, ki se nahajajo

// v zbirki c (odstrani vsa nastopanja)


Razred Vector

• Iskanje elementov v vektorjuint poz=v.indexOf(d); // vrne indeks elementa d v vektorju v (če ga ni,

vrne -1); za iskanje uporablja metodo equals(), ki jo je treba redefiniratiint poz=v.indexOf(d,5); // išče od vključno pozicije 5 dalje (drugi

paramater pove, kje naj se prične iskanje)int poz=v.lastIndexOf(d); // išče od konca vektorja proti začetkuint poz=v.lastIndexOf(d,5); // išče od pozicije 5 proti začetku

• Primer: želimo poiskati vsa nastopanja objekta d v vektorju vint poz=0;// začetna pozicija za iskanjewhile (poz<v.size() && poz>=0) // dokler je pozicija v mejah vektorja{poz=v.indexOf(d,poz); // poišči naslednjegaif (poz!=-1) // če ga najde{..... // stavki za obdelavo najdenega elementa ++poz; // nova pozicija za iskanje

}}


Razred Vector

• Obhod s pomočjo iteratorja– V vsaki zbirki lahko definiramo objekt, imenovan iterator, ki omogoča

"sprehajanje" po posameznih elementih te zbirke.– Iterator ima tri metode:

next() // vrne naslednji objekt hasNext() // vrne true, če obstaja naslednji objekt remove() // odstrani objekt, ki smo ga dobili ob zadnjem klicu next

• Primer obhodaDelavec d;Iterator it=v.iterator(); // razred Vector podeduje

metodo iterator od razreda AbstractListwhile (it.hasNext()){d=(Delavec)it.next();... // stavki za obdelavo d

}Osnove programiranja 2 - 146 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Razred Vector

• Razred Stack je podrazred razreda Vector– metode empty, peek, pop, push in search so definirane

s pomočjo metod iz razreda Vector

public boolean empty(){ return size()==0;}

public Object peek(){ if (size()==0) throw new EmptyStackException();return elementAt(size()-1);

}

public Object pop(){ Object object=peek();removeElementAt(size()-1);return object;

}


Razred Vector

public Object push(Object object){ addElement(object);return object;

}

public int search(Object object){ // išče od konca proti začetku// elementi so oštevilčeni tako, da ima vrhnji element številko 1, // tisti pod njim številko 2 itd.int i=lastIndexOf(object);if (i<0) return -1;return size()-i;

}

public Stack() // konstruktor{}


Zbirke (Collections)

• Collections Framework: hierarhija vmesnikov in razredov za realizacijo različnih zbirk objektov– v paketu java.util– 8 različnih vmesnikov:

• Collection: zbirka objektov• List: seznam (zaporedje) elementov• Set: množica med seboj različnih (ang. unique) elementov• SortedSet: urejena množica med seboj različnih elementov• Map: zbirka parov (ključ,vrednost); ključi morajo biti med

seboj različni• SortedMap: urejena zbirka parov (ključ,vrednost)• Iterator: objekt, s katerim se sprehajamo po zbirki• ListIterator: objekt, s katerim se sprehajamo po seznamu


Zbirke (Collections)Object

AbstractCollection CollectionAbstractList List

AbstractSequentialListLinkedList

ArrayListVector

StackAbstractSet Set

HashSetTreeSet SortedSet

AbstractMap MapHashMapTreeMap SortedMapWeakHashMap

ArraysBitSet IteratorCollections ListIteratorDictionary

Hashtable MapProperties



• Vmesnik Collectionpublic interface Collection {public boolean add(Object o);// vrne true, če se je vsebina zbirke spremenilapublic boolean addAll(Collection c);// doda objekte iz zbirke c// vrne true, če se je vsebina zbirke spremenilapublic void clear();public boolean contains(Object o);public boolean containsAll(Collection c);// vrne true, če zbirka vsebuje vse objekte iz zbirke cpublic boolean equals(Object o);

public int hashCode(); // vrne hash kodo zbirkepublic int size();public boolean isEmpty();



• Vmesnik Collection (nadalj.)public Iterator iterator();// vrne iterator, ki služi za obhod zbirkepublic boolean remove(Object o);

public boolean removeAll(Collection c);// odstrani tiste objekte, ki so v zbirki c// vrne true, če se je vsebina zbirke spremenilapublic boolean retainAll(Collection c);// obdrži samo tiste objekte, ki so v zbirki c// vrne true, če se je vsebina zbirke spremenilapublic Object[] toArray();// prepiše zbirko v tabelo objektovpublic Object[] toArray(Object[] o);// prepiše zbirko v tabelo objektov točno določenega tipa, npr.// String[] x = (String[]) v.toArray(new String[0]);



• Razred AbstractCollection– delna implementacija vmesnika Collection

• javap java.util.AbstractCollection

– implementira, kar se da, ne da bi poznali dejansko pomnilniško strukturo za predstavitev zbirke

– metodi equals() in hashCode() podeduje od razreda Object• njihova redefinicija je prepuščena podrazredom

– metodi iterator() in size() sta še vedno abstraktni• s tem prisilimo podrazrede, da ju definirajo• vseeno ju lahko uporabljamo pri deklaraciji ostalih metod, npr. toString() in isEmpty()

– metoda toString() je redefinirana tako, da med dvema oglatima oklepajema izpiše vsebino vseh objektov v zbirki



• Redefinicija metode toString()public String toString(){ if (isEmpty()) return "[]";Iterator it=iterator();String str="["+it.next();while (it.hasNext())str += ", "+it.next();

return str+"]";}

– za obhod potrebujemo iterator– dejanska deklaracija iteratorja je v podrazredu– pravilen izpis posameznih objektov nam zagotavlja dinamično

povezovanje metode toString()• uporabi se metoda toString() iz tistega razreda, ki mu pripada

objekt, ki ga izpisujemo



• Deklaracija metode isEmpty()– uporabljena je metoda size(), čeprav še ni definirana

public boolean isEmpty(){ return size()==0;

}

• Primer: Razred Bag

– bag (torba) je neurejena zbirka objektov, ki lahko vsebuje duplikate– realizirali jo bomo kot razširitev razreda AbstractCollection– za predstavitev objektov bomo uporabili tabelo

private Object[] objects; // tabela za predstavitev torbeprivate int size=0; // število objektov v torbiprivate static final int CAPACITY=16; // kapaciteta

– iterator bo realiziran s pomočjo notranjega razreda BagIterator



• Notranji razred (ang. inner class)– razred, ki je deklariran znotraj nekega drugega (zunanjega) razreda – ima dostop do vseh spremenljivk zunanjega razreda– običajno je deklariran kot private

private class BagIterator implements Iterator{private int cursor=0;

public boolean hasNext(){ return cursor<size;}public Object next(){ if (cursor>=size) return null;return objects[cursor++];// ob izstopu cursor vsebuje indeks naslednjega elementa

}


Zbirke (Collections)public void remove()// odstrani objekt, ki smo ga dobili ob zadnjem klicu next// na izpraznjeno mesto prestavi zadnji objekt{ objects[--cursor] = objects[--size];objects[size] = null;

}}

– iterator generiramo kot objekt notranjega razredapublic Iterator iterator(){return new BagIterator();

}

• Anonimni notranji razred– krajši zapis, kadar potrebujemo en sam objekt notranjega razreda– v tem primeru za notranji razred ne potrebujemo imena



public Iterator iterator(){ return new Iterator() // anonimni notranji razred vsebuje samo telo razreda{ private int cursor=0;public boolean hasNext(){ return cursor<size;}public Object next(){ if (cursor>=size) return null;return objects[cursor++];

}public void remove(){ objects[--cursor] = objects[--size];objects[size] = null;

}}; // obvezno podpičje

}



• Vrsta– podatkovna struktura, ki deluje na principu FIFO (First-in, First-out)

• primer: vrsta za nakup vstopnic v kinu– hierarhija vmesnikov in razredov Collections Framework do verzije 1.5

ni vsebovala posebnega vmesnika oziroma razreda za vrsto– izhajali bomo iz vmesnika Collection, ki mu bomo dodali 4 metode,

tipične za vrstoimport java.util.*;public interface Queue extends Collection{ public Object dequeue(); // odvzame objekt z začetka vrstepublic Object enqueue(Object object); // doda na koncu vrstepublic Object getBack(); // vrne vrednost prvegapublic Object getFront(); // vrne vrednost zadnjega

}



• Primer delovanja vrste

Recimo, da je q objekt tipa vrsta:

q.enqueue("Novak"); [Novak]q.enqueue("Kranjc"); [Novak, Kranjc]q.enqueue("Petelin"); [Novak, Kranjc, Petelin]q.enqueue("Vidmar"); [Novak, Kranjc, Petelin, Vidmar]q.dequeue() [Kranjc, Petelin, Vidmar]q.dequeue() [Petelin, Vidmar]q.enqueue("Kajzer"); [Petelin, Vidmar, Kajzer]

Na koncu metoda getFront() vrne niz "Petelin", getBack() pa "Kajzer".



• Dva načina za realizacijo vrste– realizacija s pomočjo tabele– realizacija v obliki dvosmernega seznama

• Hierarhija razredov in vmesnikovObject

AbstractCollection CollectionAbstractQueue Queue

ArrayQueueLinkedQueue

• Razred AbstractQueue– je razširitev razreda AbstractCollection– implementira vmesnik Queue– vsebuje tiste dele rešitve, ki so neodvisni od predstavitve vrste



• Predstavitev s pomočjo tabele: razred ArrayQueueprotected Object[] objects;protected int front=0; // prvo zasedeno mestoprotected int back=0; // prvo prosto mestoprotected int capacity=16; // trenutna kapaciteta

• Tabela objects

0 1 2 3 ... capacity-1frontback

0 1 2 3 front back capacity-1



• Dodajanje v vrsto– nov objekt dodamo v element z indeksom back, back povečamo za 1– če v tabeli ni več prostora, generiramo novo tabelo z dvakrat večjo

kapaciteto in vanjo prepišemo vsebino vrstepublic Object enqueue(Object object){ if (back>=capacity){ Object[] temp = objects;capacity *= 2; // podvojimo kapacitetoobjects = new Object[capacity];for (int i=0; i<back-front; i++)objects[i] = temp[i+front];

back -= front;front = 0;

}objects[back++] = object;return object;

}



• Odvzemanje iz vrste– odvzamemo element z indeksom front in povečamo front za 1– če je leva polovica tabele prazna, pomaknemo vse elemente na

začetek

public Object dequeue(){ if (isEmpty()) throw

new NoSuchElementException("Queue is empty");Object object = objects[front++];if (2*front>=capacity) // pomik v levo{ for (int i=0; i<size(); i++)

objects[i] = objects[i+front];back -= front;front = 0;

}return object;

}



• Iteratorpublic Iterator iterator(){ return new Iterator() // anonimni notranji razred{ private int cursor=front;public boolean hasNext(){ return cursor<back;}public Object next(){ if (cursor>=back) throw

new NoSuchElementException();return objects[cursor++];

}public void remove() // odvzemanje dovolimo samo z metodo// dequeue(), zato metoda remove() ni implementirana{ throw new UnsupportedOperationException();}

};}



• Predstavitev v obliki seznama: razred LinkedQueue– vrsta je predstavljena kot zaporedje elementov, ki so med seboj

povezani v obeh smereh– vsak element seznama (vozlišče) vsebuje

• objekt (naslov objekta)• naslov naslednika• naslov predhodnika

– razred Nodeprivate static class Node{ // atributi vozliščaObject object;Node next, previous;// sledijo deklaracije metod

}



• Prazna vrsta– na začetek seznama kaže "kazalec" header– seznam vsebuje eno samo vozlišče: slepi element– kazalca next in previous kažeta na slepi element

header

null



• Vrsta v splošnemheader

prvi element zadnji elementobj1 objnobj3obj2

null



• Kreiranje vozlišč v seznamu: 2 konstruktorja– konstruktor za slepi element

Node(){ this.next = this.previous = this;}

– konstruktor za vozlišče, ki hrani objektNode(Object object, Node next, Node previous){ this.object = object;this.next = next;this.previous = previous;

}

– prvi konstruktor se kliče na začetku, ko kreiramo prazno vrsto– drugi konstruktor se kliče ob dodajanju objektov v vrsto z metodo enqueue()



• Dodajanje v vrsto– zapomnimo si kazalec na zadnji element– ustvarimo novo vozlišče in vpišemo vrednosti atributov– vzpostavimo povezavi

• od (pred tem) zadnjega elementa naprej• od header-ja nazaj

– povečamo število objektov v vrstipublic Object enqueue(Object object){ Node p = header.previous; // zadnji elementheader.previous=p.next=new Node(object,header,p);++size;return object;

}



• Odvzemanje iz vrste– metoda dequeue() vrne objekt header.next.object

– kazalec na začetek vrste prestavimo na naslednje vozlišče– kazalec previous iz naslednjega vozlišča mora kazati na slepi

element– število objektov v vrsti se zmanjša za 1

public Object dequeue(){ if (isEmpty()) throw new

NoSuchElementException("queue is empty");Object object = header.next.object;header.next = header.next.next;header.next.previous = header;--size;return object;

}



• Iterator– kurzor je tipa Node in na začetku kaže na slepi element– naslednik obstaja, če atribut next v trenutnem vozlišču ne kaže na

slepi element– operacija remove() ni dovoljena; odvzemanje dovolimo samo z

operacijo dequeue()public Iterator iterator(){ return new Iterator() // anonimni notranji razred{ private Node cursor=header;public boolean hasNext(){ return cursor.next != header;}



• Iterator (nadalj.)public Object next(){ if (cursor.next==header) throw new

NoSuchElementException();cursor = cursor.next;return cursor.object;

}

public void remove(){ throw new UnsupportedOperationException();}

};}


Novosti Jave 5

• Generična koda (Generics)– varna raba podatkovnih tipov v javanskih podatkovnih strukturah– odprava potrebe po pretvarjanju tipov (casting)

• Izboljšana zanka for– odprava potrebe po iteratorjih za sprehod čez vse elemente – iterator še vedno potrebujemo, če gre za spreminjanje elementov

• Samodejno pretvarjanje enostavnih podatkovnih tipov– odprava potrebe po ročnem pretvarjanju med enostavnimi podatkov-

nimi tipi in njihovimi ovijalnimi razredi (npr. int in Integer)

• Naštevni podatkovni tip

• Spremenljivo število parametrovOsnove programiranja 2 - 174 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Generična koda

• Generični razredi in vmesniki– predstavljajo podatkovne strukture, za katere lahko predpišemo tip

objektov, ki jih hranijo– vsi razredi in vmesniki iz Java Collection Framework so generični

• prej: podatkovna struktura vsebuje objekte poljubnega tipa• sedaj: ob deklaraciji podatkovne strukture predpišemo tip objektov

– Primer iz razreda DemoVectorVector osebe=new Vector(10); // poljuben tip objektovVector<String> osebe=new Vector<String>(10); // samo nizi

– Odpade potreba po pretvorbi tipaString o=(String)osebe.get(i); // prejString o=osebe.get(i); // sedaj


Generična koda

• Pravilnost programa preverja že prevajalnik– razred TestVector1

• prevajalnik opozori na nekontrolirano dodajanje objektov • stikalo -Xlint omogoča izpis problematičnih vrstic kode• zavestno omogočimo dodajanje objektov poljubnega tipa

– razred TestVector2• dopuščamo samo objekte tipa String• napako odkrije že prevajalnik

• Uporaba pri argumentih metodpublic static Vector<String> zlij(Vector<String> v1,

Vector<String> v2)

• Uporaba pri iteratorjufor(Iterator<String> it=v.iterator(); it.hasNext(); )


Generična koda

• Nekaj posebnosti– elementi podatkovne strukture so lahko samo objekti

Vector<int> v=new Vector<int>(); // narobeVector<Integer> v=new Vector<Integer>(); // pravilno

– pri prirejanju vrednosti se upošteva medsebojna skladnost tipov podatkovnih struktur ne pa tipov objektov, ki jih hranijoLinkedList<Integer> l1=new LinkedList<Integer>();List<Integer> l2=l1; // pravilnoLinkedList<Number> l3=l1; // narobeLinkedList<Object> l4=l1; // narobe

– generično opredeljena spremenljivka, ki se lahko sklicuje na zbirko poljubnega generičnega tipaCollection<?> x;//spremenljivki x lahko priredimo poljubno zbirko

– uporaba pri dedovanjuVector<? extends Zival> z; // vektor, ki ga priredimo

spremenljivki z, lahko vsebuje objekte tipa Pes, Krava in Kaca


Generična koda

• Lastni generični tipiimport java.util.*;

public class MojaZbirka<T> { protected List<T> zbirka;public MojaZbirka() { zbirka=new LinkedList<T>;

}public int getSize() { return zbirka.size();

}public int isEmpty() { return (zbirka.size()==0);

}public T grab() { if (!isEmpty()) return zbirka.remove(0);return null;

}}


Generična koda

• Omejitev na določen tip objektovimport java.util.*;public class ZbirkaStevil<N extends Number> extends MojaZbirka<N> { public ZbirkaStevil() {super();

}...public double vsota() {double v=0;for (Iterator<N> i=zbirka.iterator(); i.hasNext(); )v+=i.next().doubleValue();

return v;}

}


Izboljšana zanka for

• Pri poljubni zbirkiCollection c=...; // kreiramo poljubno zbirkofor (Object o : c)System.out.println(o);

• Pri zbirki z določenim generičnim tipomVector<String> osebe=new Vector<String>(10);for (String s : osebe)

System.out.println(s);

• V tabeliint[] t={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};for (int i : t)

System.out.println(i);

• Za spreminjanje elementov še vedno porebujemo iteratorOsnove programiranja 2 - 180 - ©Matjaž Kukar, Viljan Mahnič

Samodejno pretvarjanje (Boxing/Unboxing)

• Ovijalni razredi: omogočajo, da tudi enostavne podatkovne tipe obravnavamo na objektni način– primeri: Integer, Double, Short, Boolean, Character– objekt razreda Integer vsebuje en sam atribut tipa int

• Pretvorba iz enostavnega tipa v pripadajoč ovijalni tip in obratno se izvrši samodejno– pred Javo 5: Integer i1=new Integer(5);

int i2=(int)i1;

– v Javi 5: Integer i1=5; // (auto)boxingint i2=i1; // unboxing

– možnost napake: Integer i1=null;int i2=i1; // napaka


Naštevni podatkovni tip

• Uporaba– kadar nek podatek zavzame omejeno število različnih vrednosti– prevajalnik lahko preveri pravilnost pri prirejanju vrednosti

• Deklaracija– ključna beseda enum– ime naštevnega tipa– seznam vrednosti, ki jih lahko zavzame

public enum Ocena {A, B, C, D, NI_PISAL};

• Naštevni tip je razred– omogoča deklaracijo spremenljivk/atributov– vsaka spremenljivka/atribut je “objekt” naštevnega tipa

• zavzame lahko le eno izmed naštetih vrednosti• kontrola tipa se izvaja že v času prevajanja



• Primer: obdelava rezultatov testiranja

• Ostale značilnosti– naštevni tip je razširitev tipa java.lang.Enum

• Enum je nov razred v Javi 5, ki pa sam ni naštevni tip– za naštevni tip ne obstaja javni konstruktor

• s tem je preprečeno kreiranje dodatnih primerkov, ki niso bili deklarirani v času prevajanja

– vrednosti naštevnega tipa so public, static in final– vrednosti naštevnega tipa lahko primerjamo z ==, equals()incompareTo()

• metoda compareTo() upošteva vrstni red pri naštevanju– na voljo sta metodi toString() in valueOf()

• Ocena.NI_PISAL.toString()vrne "NI_PISAL"• Ocena.valueOf("NI_PISAL") vrne Ocena.NI_PISAL



• Zanka po vseh možnih vrednostih– metoda values() vrne tabelo vseh vrednosti naštevnega tipa

public void izpisiVse(){for (Ocena oc:Ocena.values())System.out.println(oc)

}

• Uporaba v stavku switchswitch (k.vrniOceno()){case A: System.out.println("zelo primeren"); break;case B: System.out.println("primeren"); break;case C: System.out.println("manj primeren"); break;case D: System.out.println("neprimeren"); break;case NI_PISAL: System.out.println(k.vrniOceno().toString());

}


Spremenljivo število parametrov (varargs)

• Uporaba tripičja– public static void xy(int a1, String... s)

– ob klicu lahko navedemo 0, 1 ali več parametrov tipa String– primeri veljavnih klicev

xy(25);xy(25,"Prvi niz");String niz="Drugi niz";xy(25,"Prvi niz",niz);

– parameter s obravnavamo kot tabelo nizovfor (String niz : s)System.out.println(niz);

– omejitev: tripičje lahko uporabimo samo pri enem (zadnjem) parametru

osnove programiranja 2 - shrani.sishrani.si/files/prosojnice106nk.pdf · osnove programiranja...

Documents