Java/Algorithmik

Aus ZUM-Unterrichten

Im vorherigen Kapitel wurde beim Tank-Beispiel bereits bemerkt, dass man nur tanken sollte, WENN der Tank noch nicht voll ist. In diesem Kapitel werden wir bedingte Anweisungen einführen, bei denen vor der Ausführung der Anweisungen erst geprüft wird, ob eine Bedingung erfüllt ist. Es können aber auch mehrere Bedingungen mit logischen Operatoren verknüpft werden. Mit diesen Kontrollstrukturen können nun auch komplexere Algorithmen modelliert und ausgeführt werden.


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Kontrollstrukturen
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bedingte Anweisung

Struktogramm einer if-Anweisung

Eine bedingte Anweisung ist in der Programmierung eine Anweisung, die nur unter einer be­stimmten Bedingung ausgeführt wird. Sie ist einer der wichtigsten Bestandteile der Program­mierung, da durch sie ein Programm auf unterschiedliche Zustände und Eingaben reagieren kann. 

if (Bedingung) { 
  //Anweisungsblock
  … 
}
  else {
  //Anweisungsblock
  … 
}

Dies ist folgendermaßen zu lesen: Wenn die Bedingung eintritt, dann wird der erste Anweisungsblock ausgeführt: Ansonsten wird der zweite Anweisungsblock ausgeführt.

Solch bedingte Anweisungen können auch verschachtelt werden: 

public void prüfeZahl(int pZahl){   
  if (pZahl >= 10) {      
    System.out.println(pZahl + " ist zwei oder mehrstellig");   
  }
  else {
    if ( pZahl < 0) {
      System.out.println(pZahl + "ist negativ.");    
    }
    else {    
      System.out.println(pZahl + " liegt zwischen 0 und 9.999...");        
    }
  }
}

Übung
  1. Nennen Sie 3 Zahlen, bei denen jeweils eine andere Zeile die Ausgabe des Programms übernimmt. Beschreiben Sie, wie die Klammern gesetzt sind, erläutern Sie die Einrückung.
  2. Bei dem Beispiel handelt es sich um eine verschachtelte Verzweigung. In einem if … else wird ein weiteres if … else untergebracht.
    1. Legen Sie eine Klasse TestKlasse an. Sie soll keine Eigenschaften haben.
    2. Schreiben Sie eine Methode, die zwei ganze Zahlen als Parameter hat. Die Methode soll die größere auf dem Bildschirm ausgeben. Falls sie gleich groß sind, soll das auch ange­zeigt werden.


Bedingte Auszahlung - if...else bei der Online-Bank

Ein konkretes Beispiel: Die Auszahlung erfolgt nur, wenn es der Kontostand zulässt. 

public void auszahlen(double pBetrag){
  if (kontostand >= pBetrag){
    kontostand -= pBetrag;
    System.out.println("Auszahlung erfolgt: "+pBetrag);
  }
  else { 
    System.out.println("Auszahlung verweigert!\nEs fehlen“+(pBetrag-kontostand));
  }
  System.out.println("Auf Wiedersehen!");
}

isPositiv() - Beispiel Onlinebank

Die folgende Methode prüft, ob der Kontostand positiv ist[1]. Typisch ist hierbei, dass Prüfmethoden wie diese mit dem Wort „is“, also dem englischen ist, anfangen. Der Rückgabewert der Methode ist vom Typen boolean, d.h. es wird entweder true oder false zurückgegeben.

Neu ist die Speicherung von Daten in einer „lokalen Variable“ ergebnis. Diese ist eine lokale Variable, da sie nur innerhalb der Methode isPositiv() gültig ist.

Lokale Variable

Eine Variable, die innerhalb einer Methode angelegt wird, wird lokale Varia­ble genannt. Sie wird mit verlassen der Methode wieder zerstört. Sie kann nur innerhalb der Me­thode abgefragt und verändert werden. Nennt man eine lokale Variable genauso wie eine Eigenschaft der Klasse, so muss man zur Un­terscheidung das Wort this verwenden, um die Eigenschaft zu erreichen. Bei Namensgleichheit hat das Abfragen der lokalen Variable Priorität. Lokale Variablen lassen sich gut als kurzfristigen Zwischenspeicher einsetzen.

Konvention: Die Deklaration der lokalen Variable sollte direkt unter dem Kopf der Methode – also direkt nach der ersten geschweiften Klammer - passieren.
  public boolean isPositiv()
  {
     boolean ergebnis;
     if (kontostand > 0) {
         ergebnis = true;
     }
     else {
         ergebnis = false;   
     }
     return ergebnis;
  }

Möglich wäre auch: 

  public boolean isPositiv()
  {
     boolean ergebnis = kontostand > 0 ? true : false;
     
     return ergebnis;
  }

Übung

(Zum Onlinebankprojekt)

  1. Fügen Sie eine Eigenschaft Dispo-Kredit mit einer get- und set-Methode ein. Ändern Sie anschließend die Methoden abheben() so, dass der Dispo-Kredit nicht überschritten werden kann.
  2. Durch Einzahlen eines negativen Betrages kann man den Bankautomaten austricksen. Ändern Sie diese Sicherheitslücke (umgehend ;-) ).
  3. Erweitern Sie das Konto um eine Eigenschaft „gesperrt“. Implementieren Sie die zugehörige Methode isGesperrt(), die true zurückgibt, wenn das Konto gesperrt ist.


BMI-Rechner

„Der Body-Mass-IndexWikipedia-logo.png (BMI) ist eine Maßzahl für die Bewertung des Körpergewichts eines Menschen im Verhältnis zum Quadrat seiner Größe. Da Überge­wicht ein weltweit zunehmendes Problem darstellt, wird die Körpermassenzahl vor allem dazu verwendet, auf eine diesbezügliche Gefährdung hinzuweisen. Der BMI gibt aber lediglich einen groben Richtwert an und ist nicht unumstritten, da er die Statur eines Menschen und die individuell verschiedene Zusammensetzung des Körpergewichts aus Fett- und Muskelgewebe naturgemäß nicht berücksichtigt. Ebenso ist er für besonders große und besonders kleine Menschen nur eingeschränkt aussagefähig.

Arbeitshinweise
  1. Entwerfen Sie die Klasse Person, die das Alter, das Gewicht und die Größe einer Personerfasst. Entwickeln Sie die Methode getBMI(), die den BMI berechnet und zurückgibt.
  2. Lassen Sie prüfen, ob die Person Unter-, Normal- oder Übergewicht hat. Untergewicht soll ein Wert unter 20, Übergewicht ein Wert über 25 sein.
    • Fortgeschrittene: Realisieren Sie die gesamte Tabelle (kritisches Untergewicht und „Adi­positas“, d.h. Starkes Übergewicht über BMI 30)
      Lassen Sie prüfen, ob die Person ihr Idealgewicht hat. Es soll true zurückgegeben werden, wenn das der Fall ist.
      (Hinweis: Es ist einfacher mit && zu arbeiten als mit if...else. Fragen Sie Ihren Lehrer!)
  3. Realisieren Sie eine Klasse Zahlenratespiel. Eine Zahl zuErratendeZahl wird als Eigen­schaft vom Konstruktor gesetzt (z.B. auf 7).
    • Entwickeln Sie eine Methode rateZahl(int zahl), die zahl einliest und mit zuErratende­Zahl vergleicht. Lassen Sie ausgeben „zu klein“, zu groß“ oder „Gewonnen!“.
    • Erweitern Sie die Methode um eine Abfrage: der Ratende soll nur Zahlen zwischen 1 und 10 eingeben können.
Kategorie BMI (kg/m²)
Starkes Untergewicht < 17
Untergewicht 17 - 20
Normalgewicht 20 - 25
Übergewicht 25 - 30
Alter (Jahre) BMI-Idealwert (kg/m²)
19 - 24 19 - 24
25 - 34 20 - 25
35 - 44 21 - 26
45 - 54 22 - 27
55 - 64 23 - 28
> 64 24 - 29

Operatoren

Vergleichsoperatoren

Um solche Bedingungen zu formulieren, brauchen Sie Vergleichsoperatoren 

      < (kleiner)
      > (größer)
      <= (kleiner gleich)
      >= (größer gleich)
      == (gleich mit zwei == Zeichen)
      != (ungleich)

Logische Operatoren

Wichtige logische Operatoren sind NICHT, UND und ODER. Wir verwenden sie alltäglich, wenn wir Aussagen formulieren. Allerdings sind wir im Alltag häufig unpräzise. Im Alltag verwenden wir Logische Operatioren ohne es zu bemerken häufig bei Sätzen mit „Wenn...“:

Wenn ich eine gute Note in der Klausur habe UND ich im Unterricht mitmache, dann bekomme ich eine gute Note (d.h. nur wenn beides der Fall ist). 

if ((klausurNote <= 2) && (soMiNote <= 2)) ...

Wenn es regnet ODER die Sonne stark scheint, sitze ich unter einem Schirm (d.h. wenn zumindest eines erfüllt ist. Wenn es regnet und zugleich die Sonne stark scheint, sitze ich natürlich erst recht unter einem Schirm.) 

if ((sonneScheint == true) ||(esRegnet == true)) ...

Wenn es NICHT hell ist, dann geht die Straßenlaterne an. 

if (!(helligkeitsSensor > 30)) // ... das ist das gleiche wie: if (helligkeitsSensor <= 30)

Zusammenfassung

Für zwei boolesche Werte (also bei Java Typ boolean) a und b gilt:

  • !a (bedeutet NICHT a) erzeugt das Gegenteil von a. Wenn a true ist, ist !a false und andersherum.
  • Die Aussage a && b (bedeutet a UND b) ist true, wenn sowohl a als auch b true sind. Sonst nicht.
  • Die Aussage a || b (d.h. a ODER b) ist true, wenn entweder a oder b oder beide true sind. D.h. nur wenn sowohl a als auch b false sind, ist die Aussage a

Vertiefung: AussagenlogikWikipedia-logo.png

Anwendung

Die kleinste aus 3 Zahlen

Drei Zahlen werden als Parameter übergeben, die kleinste soll zurückgegeben werden. Die folgende Methode liefert einen Lösungsansatz, der noch nicht vollkommen optimal ist. 

public int kleinsteZahl(int x, int y, int z) {
  int zwischenspeicher = x;
  if ((x<y) && (x<z)) zwischenspeicher = x;
  if ((y<x) && (y<z)) zwischenspeicher = y;
  if ((z<x) && (z<y)) zwischenspeicher = z;
return zwischenspeicher;

Arbeitshinweise
  1. Analysieren Sie die Methode: kleinsteZahl(int x, int y, int z) Wie könnte man a) die größte b) die mittlere herausfinden?
  2. Nennen Sie weitere Alltagsbeispiele für UND, ODER und NICHT. Erläutern Sie die folgende Tabelle.
Konjunktion
0 1
0 0 0
1 0 1
 
Disjunktion
0 1
0 0 1
1 1 1
 
Negation
 
0 1
1 0

Boolesche AlgebraWikipedia-logo.png

Porto-Kalkulator

Aufgabe
  1. Realisieren Sie einen Portokalkulator (Daten: vgl. unten). Es gibt keine weiteren Vorgaben, außer, dass das Ergebnis kundenfreundlich sein soll.
  2. Im Freibad gilt folgende Regelung: Kinder unter 3 Jahren sind kostenlos. Kinder bis 12 kosten die Hälfte des Erwachsenenpreises. Ein Erwachsenener zahlt 5 Euro, es sei denn er ist über 65, dann zahlt er nur die Hälfte. Schreiben Sie eine Klasse Freibadkasse, die eine Methode hat die nach Übergabe des Alters entsprechend den Preis nennt. Eine zweite Methode soll nach Übergabe des Alters ein Ticket drucken und den Eintrittspreis auf die Eigenschaft tageseinnahmen addieren.
  3. Ein Computerhändler gibt folgende Rabatte:
    • bei Beträgen unter 500€ gibt es 5% Rabatt
    • bei Beträgen zwischen 500€ und 2000€ gibt er 10% Rabatt
    • über 2000€ gibt er sogar 15% Rabatt.
      Schreiben Sie die Methode: druckeRechnungAus(double rechnungsbetrag)
  4. Eine Klasse Kühlhaus hat 4 Eigenschaften:temperaturRaum1, temperaturRaum2, temperaturRaum3, kühlstufe Sobald in einem Raum die Temperatur größer als -5 Grad ist, schaltet kühlstufe auf Stufe1. Liegt in mindestens 2 Räumen die Temperatur über -5 Grad, so wird Stufe 2 eingestellt. Realisieren Sie eine entsprechende Klasse mit den zugehörigen Methoden.
Formate Preise Maße Gewicht
Standard 0,80 € L: 14 - 23,5 cm
B: 9 - 12,5 cm
H: bis 0,5 cm		 bis 20 g
Kompakt 0,95 € L: 10 - 23,5 cm
B: 7 - 12,5 cm
H: bis 1 cm		 bis 50 g
Groß 1,55 € L: 10 - 35,3 cm
B: 7 - 25 cm
H: bis 2 cm		 bis 500 g
Maxi 2,70 € L: 10 - 35,3 cm
B: 7 - 25 cm
H: bis 5 cm		 bis 1.000 g

Quelle: deutschepost.de

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(Übersicht)
Kontrollstrukturen:
Schleifen

Weblinks

  1. ↑ Eigentlich ist 0 sowohl positiv als auch negativ. Das berücksichtigt die Methode aber nicht. Ggf. müsste man die Methode isGroesserNull() nennen.
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