Allgemeines

Übung zur Vorlesung ”
Programmieren“, Wintersemester 12/13
Übungsleiter: Sebastian Ebers,
Allgemeines
Aufgabenblatt 4
Abgabe: 08.01.2013, vor der Vorlesung (14:15 Uhr, AM 1)
Max. Punktzahl: 49
• Geben Sie als 3er oder 4er-Gruppe Ihre Lösung termingerecht unter Nennung von
Vor- und Nachnamen sowie Matrikelnummern und Übungsgruppennummer auf jeder
abgegebenen Seite ab. Bei Übungspartnern aus mehreren Gruppen kennzeichnen Sie
bitte die Gruppe, in der die korrigierten Abgaben zurückgegeben werden sollen.
• Unvollständige sowie unleserliche Angaben und Lösungen führen zu Punktabzügen.
• Zur Bearbeitung der Aufgaben ist es erforderlich, sich selbständig über die Inhalte
der Vorlesung und der Übung hinaus zu informieren. Die angegebenen Quellen und
Hinweise sind als Anregung und nicht als erschöpfende Auflistung zu verstehen.
• Senden Sie die compilierbaren (übersetzbaren) Java-Quellcode-Dateien an
proguebungabgabe@itm.uni-luebeck.de mit dem Betreff
“Uebung Nr 4 , , , ”
Java-Quellcode-Dateien, die sich nicht übersetzen lassen, führen zu erheblichem Punktabzug.
Gleiches gilt für nicht (rechtzeitig) abgegebenen Quellcode.
Geben Sie den erstellten Quellcode sowie die Antworten auf die Fragen zusätzlich
textuell auf Papier ab!
• Sie können sämtliche Java-Aufgaben an Ihrem privaten Computer bearbeiten und
lösen. Die Java-Dateien müssen sich jedoch auf einem der Pool-Rechner übersetzen
und ausführen lassen. Zur Sicherheit sollten Sie Programme, die nicht im Pool erstellt
wurden, vor der Abgabe auf einen Pool-Rechner kopieren und dort testen.
• Die Betreuer der Übungsgruppen helfen gerne, wenn es bei der Lösung der Übungsaufgaben
zu Problemen kommt. Sie können jedoch bei Problemen mit der Installation
und Einrichtung von Java auf Ihren Computern keine Hilfestellung leisten.
1

Aufgabe 4.1: Iteration und Rekursion (11 Punkte)
Die folgenden Teilaufgaben sollen in die rekursive Programmierung einführen und den
Unterschied zwischen iterativer und rekursiver Programmierung verdeutlichen. Als
Lösung ist der gesamte kommentierte Code abzugeben. Es ist nicht nötig, einzelne
Abgaben zu den jeweiligen Aufgabenteilen anzufertigen.
a) Fakultät
Auf Übungsblatt 3 haben Sie in Aufgabe 2 eine iterative Berechnung der Fakultät
implementiert:
n∏
n! = 1 · 2 · 3 · ... · n = k
Diese Art der Programmierung durch Wiederholung der gleichen Anweisung
(beispielsweise in einer FOR-Schleife) wird als iterativ (lat. iterare, wiederholen)
bezeichnet. Eine andere Möglichkeit ist die rekursive (lat. recurrere, zurücklaufen)
Lösung. Dabei wird innerhalb der Methode die Methode selbst aufgerufen.
(i) Implementieren Sie die Methode public static long fakultaet(int n)
rekursiv. Verwenden Sie dazu die rekursive Definition der Fakultät:
{
1 falls n = 0
n! =
n · (n − 1)! falls n > 0
Hinweis: Fakultäten für negative Zahlen sind nicht definiert.
k=1
(2 P.)
(ii) Schreiben Sie ein Hauptprogramm (es genügt auch eine Main-Methode
innerhalb der im vorherigen Teil erstellten Klasse), das die Ergebnisse der
Rekursion von n = 1 bis n = 12 ausgibt.
(1 P.)
b) Kaninchen
Auf einer Insel setzt ein geschäftstüchtiger Kaninchenzüchter ein junges Kaninchenpaar
aus. Die Tiere sind nach 2 Monaten geschlechtsreif und bekommen
dann jeden Monat ein Paar als Nachwuchs. Im dritten Monat gibt es also ein
neues Paar, welches im 5. Monat selbst wieder Nachwuchs bekommt usw..
Dabei sei vorausgesetzt, dass immer genug Futter vorhanden ist, der Nachwuchs
immer ein Männchen-Weibchen-Paar ist, keine Fressfeinde auf der Insel leben
und die Kaninchen unsterblich sind.
(i) Schreiben Sie ein rekursives Programm, welches die Anzahl der Kaninchenpaare
im Monat n ausgibt. Die Populationsstärke wird durch die
Fibonacci-Folge f 1 , f 2 , ... mit der rekursiven Bildungsvorschrift
⎧
⎨ 0 falls n = 0
f n =
1 falls n = 1
⎩
f n−1 + f n−2 falls n ≥ 2
definiert.
Erstellen Sie dazu die Methode public static long fibonacci(int n),
welche die Anzahl der Paare im n-ten Monat ausgibt.
2

Erweitern Sie Ihr Hauptprogramm so, dass die Anzahl der Paare der Monate
1 bis 12 und außerdem die Anzahl der Paare nach 2, 3, 4 und 5 Jahren
am Bildschirm angezeigt werden.
(3 P.)
(ii) Was fällt Ihnen bei der (Dauer der) Berechnung der letzten beiden Werte
auf?
(1 P.)
(iii) Warum tritt dieser Effekt auf?
(2 P.)
(iv) Implementieren Sie die Rekursion in einer neuen Methode so, dass dieser
Effekt nicht auftritt!
(2 P.)
Hinweis: Die Lösung der Teilaufgabe 4.1b)(iv) ist deutlich schwerer, als die Anzahl
der Punkte vermuten lässt.
3

Aufgabe 4.2: Gültigkeitsbereiche (10 Punkte)
Analysieren Sie das folgende Programm und achten Sie dabei insbesondere auf die verschiedenen
Gültigkeitsbereiche der Klasse, der Methoden und der lokalen Variablen.
Was wird auf der Konsole ausgegeben, wenn das Programm mit dem Übergabeparameter
21 aufgerufen wird? Begründen Sie Ihre jeweilige Antwort kurz.
(6 P.)
1 public class Gueltigkeitsbereiche {
2
3 static int i = 10;
4
5 public static void main(String[] args) {
6
7 System.out.println("a) i = "+i);
8
9 i = Integer.valueOf(args[0]);
10
11 System.out.println("b) i = "+i);
12
13 int i = 5;
14
15 System.out.println("c) i = "+i);
16
17 classMethod();
18
19 System.out.println("f) i = "+i);
20
21 Gueltigkeitsbereiche bereiche = new Gueltigkeitsbereiche();
22 System.out.println("j) j = " + bereiche.memberMethod());
23 }
24
25 public static void classMethod(){
26
27 System.out.println("d) i = "+i);
28
29 int i = 42;
30
31 System.out.println("e) i = "+i);
32 }
33
34 public int memberMethod(){
35
36 int j = 88;
37 {
38 j = 5;
39 System.out.println("g) i = "+(++i));
40 System.out.println("h) j = "+j);
41 }
42
43 System.out.println("i) i = " + i);
44 return j;
45 }
46 }
4

Aufgabe 4.3: Finden von Programmierfehlern (12 Punkte)
In dieser Aufgabe geht es darum, logische bzw. semantische Fehler in der Programmierung
zu finden.
Gegeben sei folgendes Programm:
1 public class SwitchCase {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 System.out.println("1. Tag: ");
5 System.out.println(gibWochentagName(1));
6 System.out.println(istArbeitstag(1));
7
8 System.out.println("6. Tag: ");
9 System.out.println(gibWochentagName(6));
10 System.out.println(istArbeitstag(6));
11
12 System.out.println("7. Tag: ");
13 System.out.println(gibWochentagName(7));
14 System.out.println(istArbeitstag(7));
15 }
16
17 public static String gibWochentagName(int ganzZahl) {
18 switch (ganzZahl) {
19 case 1:
20 return "Montag";
21 case 2:
22 return "Dienstag";
23 case 3:
24 return "Mittwoch";
25 case 4:
26 return "Donnerstag";
27 case 5:
28 return "Freitag";
29 case 6:
30 return "Samstag";
31 default:
32 return "Sonntag";
33 }
34 }
35
36 public static String istArbeitstag(int wochentag) {
37 String rueckgabe = gibWochentagName(wochentag);
38 switch (wochentag) {
39 case 1:
40 rueckgabe += " ist der " + wochentag + ". Arbeitstag";
41 case 2:
42 rueckgabe += " ist der " + wochentag + ". Arbeitstag";
43 case 3:
44 rueckgabe += " ist der " + wochentag + ". Arbeitstag";
45 case 4:
46 rueckgabe += " ist der " + wochentag + ". Arbeitstag";
47 case 5:
48 rueckgabe += " ist der " + wochentag + ". Arbeitstag";
49 case 6:
50 rueckgabe += " ist ein Wochenendtag";
51 default:
52 rueckgabe += " ist ein Wochenendtag";
53 }
54 return rueckgabe+"!";
55 }
56 }
5

Anforderungen / Beabsichtigte Funktionalität:
• Die Methode public static String gibWochentagName(int ganzZahl) soll
für eine übergebene Zahl den Namen des entsprechenden Wochentags (Montag
bei 1, Dienstag bei 2, usw.) zurückgeben.
• Die Methode public static String istArbeitstag(int wochentag) soll zusätzlich
zum Namen des Wochentags zurückgeben, ob es sich um einen Arbeitstag
oder einen Wochenendtag handelt.
a) Geben Sie an, was auf der Konsole ausgegeben wird.
(4,5 P.)
b) Nennen und erläutern Sie, was die Methode
public static String istArbeitstag(int wochentag) zurückgibt, falls
wochentag kleiner als 1 oder größer als 7 ist.
(1,5 P.)
c) In welchen Fällen funktioniert das Programm wie beabsichtigt? Machen Sie
Korrekturvorschläge, damit das Programm die Anforderungen erfüllt.
(3 P.)
d) Für den sechsten Fall (case 6) gibt es zwei mögliche Lösungen. Nennen und
erläutern Sie hier beide Lösungen.
(3 P.)
6

Aufgabe 4.4: Der Weihnachtswald (16 Punkte)
In dieser Aufgabe geht es darum, Weihnachtsbäume verschiedener Größen zu zeichnen:
1 *
2 ***
3 *****
4 *******
5 *********
6 ***********
7 * *************
8 *** ***************
9 * ***** *****************
10 *** ******* *******************
11 ***** ********* *****
12 * ******* *********** *****
13 *** *** *** *****
14 ***** *** *** *****
15 * *** *** *****
a) Erzeugen Sie zwei Klassen mit den Namen Weihnachstwald und
Weihnachtsbaum. Weihnachtswald enthält die main-Methode. Der Konstruktor
von Weihnachtsbaum ist
public Weihnachtsbaum(int hoehe)
Die Klasse Weihnachtsbaum enthält zudem eine private Objekt-Variable hoehe
vom Typ int und eine öffentliche Methode zeichne() ohne Übergabe- und
Rückgabewert.
b) Implementieren Sie den Konstruktor so, dass er der Objekt-Variablen hoehe
den Übergabewert zuweist.
c) In der Methode zeichne() ist nun folgende Funktionalität umzusetzen: Sie
zeichnet den Weihnachtsbaum in zwei Teilen. Zuerst wird die Krone, dann der
Baumstumpf gezeichnet.
Die Baumkrone soll jeweils so hoch sein, wie die Objekt-Variable hoehe vorgibt.
Die Größe des Stumpfes wird davon abhängig folgendermaßen berechnet:
Der Stumpf entspricht ⌋ einem Quadrat. Die Größe des Quadrates berechnet sich
mittels 2·⌊ hoehe +1. Der Stumpf befindet sich zentriert unterhalb der Krone.
4
Implementieren Sie mit dieser Formel die Methode zeichne() so, dass mit
Hilfe der Methoden System.out.print() bzw. System.out.println()
der Weihnachtsbaum auf der Konsole ausgegeben wird.
d) Erzeugen Sie in der main-Methode der Klasse Weihnachtswald ein Objekt der
Klasse Weihnachtsbaum, übergeben Sie eine Höhe über die Kommandozeile
und lassen Sie den Baum ausgeben.
Für den Fall, dass die eine Höhe kleiner 3 oder größer 30 übergeben wird, soll
Ihr Programm eine Fehlermeldung ausgeben, dass der Baum zu klein bzw. zu
groß ist.
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Hinweise
• Als Lösung ist der gesamte kommentierte Code abzugeben, es ist nicht nötig,
einzelne Abgaben zu den jeweiligen Aufgabenteilen anzufertigen.
• Es muss pro Start des Programms nur ein Weihnachtsbaum ausgegeben werden
- insbesondere müssen nicht zwei oder drei Weihnachtsbäume nebeneinander
ausgegeben werden. Wer dies jedoch implementieren möchte, bekommt einen
extra Goldstern für dieses Übungsblatt.
• Zum Zeichnen der Krone benötigen Sie mehrere ineinander verschachtelte for-
Schleifen. Es kann hilfreich sein, wenn Sie das Zeichnen der Krone zunächst auf
dem Papier ausprobieren, um die benötigte Anzahl an Leerzeichen und Sternen
pro Zeile und somit den passenden Algorithmus zu bestimmen.
• Da Zeilen- und Zeichenabstand in der Konsole evtl. unterschiedlich sind, wird
der quadratische Stumpf meist eher als Rechteck denn als Quadrat dargestellt.
Wichtig ist die gleiche Anzahl an Sternchen in den Zeilen und Spalten des
Stumpfes.
• Experimentieren Sie mit verschiedenen Höhenangaben, um sich zu vergewissern,
dass Ihr Programm funktioniert.
• Testen Sie Ihr Programm unbedingt auch in der Konsole. Editoren wie Sci-
TE verwenden evtl. eine nichtproportionale Schiftart 1 bei der Darstellung Ihrer
Konsolenausgaben. Das führt dazu, dass Ihre Bäume schief aussehen, obwohl
Ihr Programm korrekt funktioniert.
1 http://de.wikipedia.org/wiki/Nichtproportionale_Schriftart
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