פרק - מדעי המחשב
Transcription
פרק - מדעי המחשב
יסודות מדעי המחשב 1 כל הזכויות שמורות למשרד החינוך מטרת היחידה יסודות מדעי המחשב 1היא להכיר ולהקנות לתלמידים מושגי יסוד ועקרונות שעליהם מושתתת הדיסציפלינה מדעי המחשב .היא מהווה יחידת מבוא הן ליחידה יסודות מדעי המחשב ,2והן לכל היחידות האחרות בתוכנית הלימודים ,ובפרט ליחידה הרביעית ,עיצוב תוכנה .היחידה משלבת שני ערוצים – ערוץ תיאורטי וערוץ יישומי .הערוץ התיאורטי מתמקד בחשיבה אלגוריתמית .היישום נעשה בשפת התכנות ,Javaשהיא שפה עילית מונחית עצמים. הערוץ התיאורטי היחידה יסודות מדעי המחשב 1מתמקדת בפתרון בעיות .מנקודת מבט זו ,אלגוריתם הוא פתרון לבעיה, ותוכנית מחשב היא יישום ומימוש של הפתרון .הערוץ התיאורטי שם דגש על ניתוח בעיה אלגוריתמית, ועל פיתוח וניתוח אלגוריתמים .בפרט ,היחידה מתייחסת גם לנכונות של אלגוריתמים ויעילות של אלגוריתמים ושמה דגש מיוחד על תבניות אלגוריתמיות .התבניות האלגוריתמיות עוברות כחוט השני ביחידה כולה ,והבעיות המוצגות בה מיועדות בין השאר להדגמת השימוש בתבניות אלגוריתמיות שונות ,פיתוח מיומנויות הזיהוי של תבניות והשימוש בהן. משום שהיחידה משתמשת בשפה מונחית עצמים ,לא ניתן להתעלם ,וגם אין סיבה להתעלם, ממאפיינים מונחי עצמים של השפה ומהשפעותיהם על פיתוח האלגוריתמים .כבר ביחידה יסודות מדעי המחשב 1יכירו התלמידים מונחים בסיסיים בתכנון מונחה עצמים כגון מחלקה ,עצם ,ממשק ,פעולות ותכונות של עצם ,אך לא יתבקשו להתמודד עם מידול והגדרת מחלקות ,אלא ישתמשו במחלקות מוגדרות ,כקופסה שחורה ,תוך הכרת הממשק שלהן .היכרות זו תיעשה דרך המחלקות המוגדרות ב- Javaלמחרוזת ומערך .פרק המבוא לעצמים יתמקד במחלקת המחרוזת ,וידגים בעזרתה שימוש במחלקות ובעצמים .הפרק הבא יעסוק במערכים ,תוך שימוש במחלקה המתאימה המוגדרת בשפה. הערוץ היישומי הכרת השפה המשמשת ליישום האלגוריתמים ,תכלול גם התייחסות מפורשת )אך מוגבלת( למרכיבי השפה המושרים על ידי מאפיינים של פרדיגמה מונחית עצמים .בפרט ,מחרוזות ומערכים יילמדו כעצמים. ספרי הלימוד אינם מחייבים סביבת עבודה מסוימת ,והם בלתי תלויים בסביבת עבודה .עם זאת, מדריכי המעבדה יתייחסו כמובן לסביבת עבודה מסוימת ,ובכך יהוו המלצה לא מחייבת למורים. לעבודה עם שפת Javaבחרנו בסביבת העבודה ,Dr. Javaשפותחה באוניברסיטת Riceבמיוחד לצורכי הוראת קורס מבוא למדעי המחשב .יתרונה של הסביבה הוא בפשטותה ,ובכך שהיא מאפשרת עבודה נוחה מאוד ,ללא צורך לחשוף את התלמיד למידע שאינו רלבנטי עבורו .בפרט ,שלא כמו סביבות אחרות, הסביבה מאפשרת עבודה ללא צורך בהגדרת פרויקט ,דבר שאינו נדרש עבור שתי היחידות של יסודות מדעי המחשב. פרק – 1מבוא מושגי תוכן • מחשב • קלט ופלט • תוכנית מחשב • תוכנה וחומרה • מערכת הפעלה • מבנה בסיסי של מחשב – אמצעי קלט ופלט ,זיכרון ,יחידת עיבוד מרכזית • שפות תכנות – שפת מכונה ושפה עילית • מהדר ותהליך הידור • הרצת תוכנית • ניפוי שגיאות פרק – 2אלגוריתם מושגי תוכן • אלגוריתם • בעיה אלגוריתמית • ניתוח בעיה אלגוריתמית • פעולות יסוד • כתיבה בפסאודו-קוד • ביצוע בתנאי • ביצוע חוזר מרכיבי שפה אין בפרק זה תבניות אין בפרק זה שאלות מייצגות בעיה 1 שני מיכלים ,מיכל א ומיכל ב ,מכילים מספרים שונים של תפוזים .סכום מספרי התפוזים בשני המיכלים הוא זוגי. פתחו אלגוריתם להעברת תפוזים בין המיכלים ,כך שתפוזים יועברו פעם אחת בלבד ,ולאחר ההעברה יכילו המיכלים מספר שווה של תפוזים. האלמנטים המודגמים בשאלה זו: אלגוריתם ,בעיה אלגוריתמית ,פעולות יסוד ,ניתוח בעיה אלגוריתמית ,ביצוע בתנאי ,כתיבה בפסאודו-קוד פתרון: האלגוריתם: חשב את מספר התפוזים להעברה ,כחצי מההפרש בין מספרי התפוזים במיכלים אם במיכל א יש יותר תפוזים העבר ממיכל א למיכל ב תפוזים במספר המחושב אחרת העבר ממיכל ב למיכל א תפוזים במספר המחושב בעיה 2 על השולחן שורת קלפים .בשורה מספר אי-זוגי של קלפים ,והקלף האמצעי הוא לבן .כל הקלפים שמשמאל לקלף הלבן שחורים וכל הקלפים שמימינו אדומים .נתונות גם שתי סימניות :סימניה1- המוצבת על הקלף שבקצה השמאלי וסימניה 2-המוצבת על הקלף שבקצה הימני. פתחו אלגוריתם אשר מסדר את שורת הקלפים מחדש כך שכל הקלפים האדומים יהיו משמאל לקלף הלבן וכל השחורים מימינו. הפעולות המותרות לביצוע הן: ♦ הצבת סימניה מימין או משמאל לקלף שעליו היא מוצבת .הצבת סימניה כוללת קריאת צבע הקלף עליו היא מוצבת. ♦ החלפה זה בזה של מקומות הקלפים עליהם מוצבות הסימניות. האלמנטים המודגמים בשאלה זו: אלגוריתם ,בעיה אלגוריתמית ,פעולות יסוד ,ניתוח בעיה אלגוריתמית ,ביצוע חוזר ,כתיבה בפסאודו-קוד פתרון: האלגוריתם: כל עוד הקלף עליו מוצבות הסימניות אינו לבן החלף מקומות הקלפים עליהם מוצבות הסימניות הצב סימניה 1-על הקלף הבא מימין הצב סימניה 2-על הקלף הבא משמאל פרק – 3אבני הבניין של אלגוריתמים מושגי תוכן • הוראות קלט • הוראות פלט • משתנים • תיעוד • פיתוח אלגוריתם בשלבים :חלוקה לתתי-משימות ,בחירת משתנים ,כתיבת האלגוריתם ויישומו • טיפוסי ערכים )שלם וממשי( • אתחול משתנים • הוראת השמה • טבלת מעקב • ניתוח אלגוריתם נתון מרכיבי שפה • מבנה תוכנית בשפת Java • הערות • הצהרה על משתנים • אתחול משתנים • הוראות קלט ופלט • הוראת השמה • קבועים תבניות • החלפה בין שני ערכים • הזזות )ליניארית ומעגלית( בסדרה בת שלושה/ארבעה איברים פרק – 4מבוא לפיתוח אלגוריתמים מושגי תוכן • פיתוח אלגוריתם בשלבים )העמקה(: .1ניתוח ראשוני של הבעיה בעזרת דוגמאות .2פירוק הבעיה לתת-משימות .3בחירת משתנים ,הגדרת תפקידיהם וטיפוסי הערכים שיישמרו בהם. .4כתיבת האלגוריתם .5יישום האלגוריתם בתכנית מחשב .6בדיקת נכונות עבור דוגמאות קלט מגוונות ומייצגות על ידי טבלת מעקב .7כתיבת התוכנית המלאה ,ובדיקתה על ידי הרצה על דוגמאות קלט נוספות • פעולות חלוקה בשלמים )מנה ושארית( • טיפוס תווי מרכיבי שפה • הטיפוס char • המחלקה המתמטית Math • פעולות מהמחלקה המתמטיתabs, min, max, sqrt, pow : • אופן ביצוע פעולות חלוקה בשלמים ) ( % , / • המרה ) (castingמשלם לממשי ,משלם לתווי ,מתווי לשלם. תבניות • חלוקת כמות פריטים לקבוצות בגודל נתון )התחלקות מספר במספר( • בדיקת זוגיות של מספר )רעיון בסיסי( • פירוק מספר דו-ספרתי לספרותיו • בניית מספר דו-ספרתי מספרות בודדות פרק – 5ביצוע מותנה מושגי תוכן • הוראה לביצוע בתנאי הכוללת תנאי פשוט במבנה אם ...אחרת... • הצגת הוראה לביצוע בתנאי במבנה אם)...ללא החלק אחרת.(... • תיאור משמעות קיום תנאי )ההערה שמלווה תנאי( • טבלת מעקב עבור הוראה לביצוע בתנאי • בחירת דוגמאות קלט מייצגות עבור הוראה לביצוע בתנאי • הוראה לביצוע בתנאי שחלקיה כוללים מספר הוראות • הוראה לביצוע בתנאי הכוללת תנאי מורכב • ביטוי בוליאני • הקשר וגם • טבלת אמת של הקשר וגם • הקשר או • טבלת אמת של הקשר או • קינון הוראות לביצוע בתנאי • הוראה רב-ברירתית לביצוע בתנאי מרכיבי שפה • משפט …if…else • פעולות השוואה על מספרים • משפט ifחלקי )ללא החלק של ה(else - • פעולות השוואה על תווים • סימן הפעולה של הקשר וגם && • סימן הפעולה של הקשר או | | • ביטוי לחישוב במשפט פלט • משפט …if… else… if • משפט switch תבניות • השוואה בין ערכים • מציאת מקסימום בין שניים/שלושה ערכים • סידור שניים/שלושה ערכים בסדר עולה • בדיקת זוגיות של מספר )תבנית מלאה( • בדיקת התחלקות של מספר במספר • חלוקת כמות פריטים לקבוצות -הרחבה פרק – 6נכונות אלגוריתמים מושגי תוכן • הגדרת נכונות • דוגמאות קלט מייצגות • זיהוי מטרת תוכנית מרכיבי שפה אין מרכיבי שפה בפרק זה תבניות אין תבניות חדשות בפרק זה פרק – 7ביצוע חוזר מושגי תוכן • הוראה לביצוע חוזר • הוראה לביצוע חוזר בין גבולות קבועים מראש • גבול עליון וגבול תחתון • הוראה לביצוע חוזר התלויה בביטוי בוליאני • תנאי כניסה ללולאה • זקיף • לולאה אינסופית • הוראה מקוננת לביצוע חוזר • טיפוס בוליאני • משתנה בוליאני • קשר not • טבלת מעקב עבור הוראה לביצוע חוזר מרכיבי שפה • משפט for • משפט while • האופרטור =! תבניות: • תבנית מניה • תבנית צבירה )חיבורית וכפלית( • איסוף בקיזוז • ממוצע • מציאת מינימום/מקסימום בסדרה • מציאת ערך נלווה למינימום/מקסימום בסדרה • האם קיים איבר בסדרה המקיים תנאי? • מציאת כל האיברים בסדרה המקיימים תנאי • מעבר על זוגות סמוכים בסדרה • האם כל הפריטים בסדרה מקיימים תנאי? • פירוק מספר שלם לספרותיו • בנייה מימין של מספר שלם מספרות בודדות • בנייה משמאל של מספר שלם מספרות בודדות פרק – 8יעילות של אלגוריתמים מושגי תוכן • יעילות של אלגוריתמים • פעולות יסוד • זמן ביצוע של אלגוריתם • חיפוש סדרתי • חיפוש בינארי מרכיבי שפה אין מרכיבים חדשים תבניות • חיפוש סדרתי • חיפוש בינארי פרק – 9מבוא לעצמים מושגי תוכן • מחלקה • עצם • מופע עצם • שימוש בתכונות של עצמים • שימוש בפעולות של עצמים • ממשק • הדגמה של עבודה עם מחלקות ועצמים על ידי המחלקה מחרוזת • פונקציות • פרמטרים מרכיבי שפה • סימון הנקודה • תכונות של עצם מהמחלקה מחרוזתlength : • פעולות של עצם מהמחלקה מחרוזת,toLowerCase ,substring ,indexOf ,charAt : .compareTo ,equals ,toUpperCase • פעולות נוספות על מחרוזות :שרשור )(+ תבניות אין תבניות חדשות בפרק זה פרק – 10מערכים מושגי תוכן • מערך • איבר במערך • מציין של איבר • מערך כעצם • יעילות מקום מרכיבי שפה • הקצאת מערך • תכונת מערךlength : • מחלקת מספרים אקראיים תבניות • מערך מונים • מערך צוברים • מציאת שכיח • הזזה מעגלית בסדרה • הזזה של תת-סדרה • הפיכת סדר האיברים בסדרה • הגרלת מספר יסודות מדעי המחשב 2 יסודות מדעי המחשב 2היא יחידת המשך ליסודות מדעי המחשב .1היא מתבססת על מה שנלמד ביסודות מדעי המחשב ,מחד ,ומהווה שער ליחידה הרביעית ,עיצוב תוכנה ,מאידך .כמו יסודות מדעי המחשב 1אף היא משלבת שני ערוצים – ערוץ תיאורטי וערוץ יישומי .מטרתה של היחידה היא להעמיק בשני הערוצים ,ובפרט להעמיק עוד בחשיבה אלגוריתמית ,הכרת תבניות אלגוריתמיות, והיכרות עם הפרדיגמה מונחית העצמים. ביחידה זו כבר יידרשו התלמידים למידול של עולם ולהגדרת מחלקה ,אך כיחידת מבוא ,רמת המידול הנדרשת תהיה מוגבלת .לא תהיה כלל התייחסות ליחסים בין מחלקות שונות ,והבעיות ידרשו מידול מחלקה בודדת .המטרה היא מצד אחד להרגיל את התלמידים לחשוב בצורה מונחית עצמים על מנת להכינם ליחידה עיצוב תוכנה ,ומצד שני לפתח את ההיבט האלגוריתמי שמהווה את הבסיס בכל סוג של תכנות )פרוצדורלי ,פונקציונלי ,מונחה עצמים וכו'( .ההיבט האלגוריתמי בא לידי ביטוי הן בתוכנית המשתמשת במחלקה המוגדרת והן בפעולות של המחלקה .המגבלה על מידול מחלקה בודדת ,מתאימה לתחום הדיון של היחידות יסודות מדעי המחשב 1ו ,2-המתמקדות בפתרון בעיות אלגוריתמיות ולא בהתמודדות עם מורכבות מערכתית ,התמודדות העומדת במרכזה של היחידה הרביעית ,עיצוב תוכנה. מבחינה יישומית ,המגבלה של עבודה עם מחלקה בודדת מאפשרת עבודה עם קובץ בודד ,ללא צורך בהגדרת פרוייקט. ביחידה זו שלושה פרקים .הפרק הראשון מרחיב בכיוון של חשיבה מונחית עצמים .בפרק זה כבר ילמדו התלמידים להגדיר מחלקה )שלא כמו ביסודות ,1שם למדו להשתמש במחלקה מוגדרת( ולהשתמש בה. התלמידים יכירו מושגים בסיסיים בתכנות מונחה עצמים כגון תכונות )בסיסיות ומורכבות( ופעולות של עצם ,מאפייני נגישות ,פעולה בונה וכו' .הפרק יישען על הידע הנלמד ביחידה הקודמת ,וכך ,למשל, תהיה התייחסות למערך כתכונה ואל מערך של עצמים .הפרק השני מרחיב בכיוון של חשיבה אלגוריתמית ומציג תבניות מורכבות כגון מיון ומיזוג ,שילוב תבניות )שרשור ,הכלה ושזירה( ,ומבנה נתונים מעט מתקדם יותר של מערך דו-מימדי .הפרק השלישי מוקדש לפתרון בעיות ומשלב אלמנטים משני הפרקים הקודמים לו ,משום שבפתרון הבעיות יש גם מרכיב של מידול וגם מרכיב של חשיבה אלגוריתמית משמעותית .אין בפרק זה מרכיבי ידע חדשים ,והוא מתמקד ביישום כל החומר הנלמד בשתי היחידות באופן משולב לפתרון בעיות אלגוריתמיות. פרק – 1מחלקות ועצמים :הרחבה והעמקה מושגי תוכן • הגדרת מחלקה • מאפייני נגישות )(public, private • הגדרת תכונות של עצמים )(data member • הגדרת פעולות של עצמים )(methods • פעולות גישה )(get, set • פעולות בונות )ללא העמסה( • תיעוד מחלקה • תכונות מורכבות של עצמים )מערך כתכונה( • מבני נתונים בסיסיים של עצמים )מערך( • פונקציות ופרמטרים – העמקה • עצם כפרמטר מרכיבי שפה • הגדרת מחלקה ) (classעל כל מרכיביה – תכונות ופעולות בסיסיות ,שימוש ב.this- • שימוש במחלקה שהוגדרה. תבניות: אין תבניות חדשות בפרק זה פרק – 2תבניות אלגוריתמיות פרק זה מודגש להעמקה אלגוריתמית ,דרך תבניות .בפרק זה יש שימוש במחלקות )שהרי בפרק הקודם, הפרק הראשון של יסודות ,2כבר עסקו התלמידים בהגדרת מחלקה( ,אבל הדגש הוא על הצד האלגוריתמי .הצד האלגוריתמי יכול להתבטא הן בתוכנית הראשית ,והן בפעולות של המחלקה המוגדרת )אם יש כזאת(. מושגי תוכן • מיון בחירה • מיזוג • חיפוש סדרתי במערך • חיפוש בינארי במערך • מערך דו-מימדי • מערך של מערכים • הרכבת תבניות )שרשור ,הכלה ,שזירה( • שגיאות נפוצות בהרכבת תבניות ותיקונן מרכיבי שפה • הגדרת מערך דו-מימדי ושימוש בו תבניות • חיפוש סדרתי • חיפוש בינארי • מיון בחירה • מיזוג • קודם-עוקב פרק – 3פתרון בעיות הפרק עוסק בפתרון בעיות ,שלהן גם צד אלגוריתמי וגם צד של מידול והגדרת מחלקה .לא יהיו בו למעשה מושגים חדשים ותבניות חדשות ,אלא התמקדות בפתרון בעיות בלבד .להלן חמש בעיות המייצגות את הנקודה אליה יש לשאוף בסוף "יסודות ."2 שאלות מייצגות בעיה 1 בסוכנות הנסיעות "שלם וסע" מארגנים טיולים לחו"ל .הסוכנות מציעה 100טיולים ,שלכל אחד מהם מספר בין 1ל .100-לכל טיול יכולים להרשם עד 50נוסעים .נוסע יכול להירשם לטיול רק אם יש מקום בטיול. פתחו ויישמו אלגוריתם לניהול סוכנות הנסיעות .האלגוריתם ירשום אנשים על פי שמם לטיולים אליהם הם מבקשים להירשם ויציג לבסוף את רשימת הטיולים ממויינת לפי מספר האנשים בכל טיול. אם ישנם שני טיולים עם אותו מספר נרשמים הם יוצגו לפי מספרם הסידורי .עבור כל טיול יוצגו גם האנשים המשתתפים בטיול. מאפייני הבעיה :מערך של עצמים ,מערך כתכונה של עצם ,מיון פתרון: */ מחלקת טיול */ class Trip { משתני המחלקה // קבוע :מספר נוסעים private final int MAX_PASSENGER_PER_TRIP =50; // מספר טיול // ;private int tripNum מספר נרשמים // ;private int passengersNum = 0 שמות הנרשמים לטיול // ;private String[] passengers פעולה בונה // )public void Trip(int tripNum { ;]this.passengers = new String[MAX_PASSENGER_PER_TRIP ;this.tripNum = tripNum } // פעולות גישה public int getTripNum() { return this.tripNum; } public int getNumberOfPassengers() { return this.passengersNum; } // הפעולה מדפיסה את שמות המשתתפים בטיול public void printPassengers() { int i; for (i= 0; i < this.passengersNum; i++) { System.out.println(passengers[i]); } } // הפעולה מוסיפה נוסע לטיול // ומחזירה ערך אמת אם יש מקום בטיול ושקר אחרת public boolean addPassenger(String passenger) { if (this.passengersNum < this.MAX_PASSENGER_PER_TRIP-1) { this.passengers[this.passengersNum] = passenger; this.passengersNum++; return true; } // if return false; } // addPassenger }// class Trip /* מחלקה ראשית */ public class Main { public static void main(String[] args) { // הגדרת והקצאת משתנים final int TRIPS_NUM = 100; // מספר טיולים:קבוע Trip[] tripsList = new Trip[TRIPS_NUM]; // מערך הטיולים int passenger, trip; // נוסע/ מספר טיול מבוקש String passengerName; // שם נוסע int passengerNum; // מספר הנוסעים int passengerNumberOfTrips; // מספר הטיולים להם מבקש הנוסע להירשם int tripNum; int passTrips; int num; int i,r; // הקצאת מערך הטיולים for (i = 0; i < TRIPS_NUM; i++) { tripsList[i] = new Trip(i + 1); // 1 כיוון שמספור הטיולים החל מ+1 } // קלט מספר הנוסעים passengerNum = InputRequestor.requestInt("Insert the number of people"); for (passenger = 0; passenger < passengerNum; passenger++) { passengerName = InputRequestor.requestString("Insert the passenger mame"); passengerNumberOfTrips = InputRequestor.requestInt("Insert the number of trips the passenger wants to subscribe to"); for (trip = 0; trip < passengerNumberOfTrips; trip++) { tripNum = InputRequestor.requestInt("Insert the trip number); tripsList[tripNum-1].addPassenger(passengerName); } // for trip } // for passenger סדר את הטיולים לפי כמות הנרשמים // ;Trip temp )for (i = 0; i < tripsList.length - 1; i++ { )for (r = i + 1; r < tripsList.length; r++ { =< )(if (tripsList[i].getNumberOfPassengers ))(tripsList[r].getNumberOfPassengers { החלף // ;]temp = tripsList[i ;]tripsList[i] = tripsList[r ;tripsList[r] = temp } // if } // for r } // for i הדפס את הטיולים לפי מספר המשתתפים ואת המשתתפים בכל טיול // )for (i = 0; i < tripsList.length ; i++ { System.out.println("Trip " + tripsList[i].getTripNum() + " has "+ ;)"tripsList[i].getNumberOfPassengers() + " passengers ;)(tripsList[i].printPassengers } // for } // main } // class Main בעיה 2 באולימפיאדת הארנבים מתקיימת תחרות ריצה בארבעה מצבים שונים :ריצה לגזר ,ריצה לחסה ,ריצה לברוקולי ,ריצה לתירס .באולימפיאדה מחולקות שתי מדליות זהב .את הראשונה מקבל הארנב שהזמן הממוצע שלו בכל התחרויות הוא המהיר ביותר .את השנייה מקבל הארנב שזמן הריצה שלו באחת התחרויות הוא המהיר ביותר. פתחו ויישמו אלגוריתם העוזר למארגני התחרות לבחור את המנצחים .האלגוריתם יקלוט רשימה של שמות הארנבים יחד עם זמני הריצה שלהם לכל מקצה וידפיס את רשימת הארנבים והתוצאה הטובה ביותר לכל ארנב ,מסודרת מהתוצאה הטובה הנמוכה ביותר אל התוצאה הטובה הגבוהה ביותר ,את רשימת הארנבים והתוצאה הממוצעת של כל ארנב ,מסודרת מהתוצאה הממוצעת הנמוכה ביותר אל התוצאה הממוצעת הגבוהה ביותר ,ואת מקבלי מדליות הזהב .שימו לב שאם לשני ארנבים יש את אותו זמן ריצה הם יודפסו לפי הסדר האלפביתי של שמותיהם. מאפייני הבעיה :מערך של עצמים ,מערך כתכונה ,תבנית מיון ,תבנית מינימום ,תבנית ממוצע פתרון: התוכנית בשפת :Java */ מחלקת ארנב אולימפי */ class RabbitOlympics { משתני המחלקה // שם הארנב // ;private String name תוצאות זמני הארנב במרוצים שונים // ;private float[] times פעולה בונה // )public RabbitOlympics(String name, float[] times, int numOfRaces { ;this.name = name ;]this.times = new float[numOfRaces )for (int i=0; i<times.length; i++ { ;]this.times[i] = times[i } } )(public string getName { ;return this.name } הפעולה מוצאת את הזמן המינימלי שהושג // )(public float getBestResult { float min=this.times[0]; for (int i=1; i<times.length; i++) { if (this.times[i] < min) { min = this.times[i]; } } // for i return min; } // getBestResult // הפעולה מחשבת את הזמן הממוצע של הארנב בכל המרוצים public float getAverageResult() { float sum = 0; int i; for (i = 0; i < this.times.length; i++) { sum += this.times[i]; } return (sum/i); } } // class RabbitOlympics /* מחלקה ראשית */ public class Main { public static void main(String[] args) { // הגדרת והקצאת משתנים int numOfRabbits; // מספר הארנבים RabbitOlympics[] rabbits; // מערך הארנבים String rabbitStr; // קלט שם הארנב final int NUM_RACES=4; // קבוע – מספר המרוצים float[] rabbitScoresArray; // מערך זמני המרוצים לארנב numOfRabbits = InputRequestor.requestInt(“Insert number of rabbits”); rabbits = new RabbitOlympics[numOfRabbits]; rabbitScoresArray = new float[NUM_RACES]; // קלט for (int i = 0; i < numOfRabbits; i++) { // שם ורשימת זמני המרוצים:עבור כל ארנב rabbitStr = InputRequestor.requestString(“Insert a rabbit name”); for (int scoreIndex = 0; scoreIndex < NUM_RACES; scoreIndex++) { rabbitScoresArray[scoreIndex] = InputRequestor.requestInt(“Insert the rabbit score”); } // הקצאת הארנב במערך rabbits[i] = new RabbitOlympics(rabbitStr, rabbitScoresArray); }; RabbitOlympics bestGold; // מחזיק מדלית הזמן הטוב ביותר RabbitOlympics averageGold; // מחזיק מדלית הזמן הממוצע הטוב ביותר RabbitOlympics temp; // משתנה עזר למיון. // מיון המערך על פי תוצאות טובות ביותר for (int i=0; i<rabbits.length-1; i++) { for (int j=i+1; j<rabbits.length; j++) { if (rabbits[i].getBestResult() > rabbits[j].getBestResult()) { // החלפה temp = rabbits[i]; rabbits[i] = rabbits[j]; rabbits[j] = temp; } else if (rabbits[i].getBestResult() == rabbits[j].getBestResult() &&(rabbits[i].getName().compareTo(rabbits[j].getName()) > 0)) { temp = rabbits[i]; rabbits[i] = rabbits[j]; rabbits[j] = temp; } } // for j } // for i // הצבת הארנב הזוכה לפי זמן ריצה bestGold = rabbits[0]; // פלט התוצאות ממוינות לפי זמן ריצה System.out.println("Best results are:"); for (int i=0; i<rabbits.length; i++) { System.out.println("name: "+rabbits[i].getName() + " Time: " + rabbits[i].getBestResult()); } // מיון המערך לפי ממוצע זמנים for (int i=0; i<rabbits.length-1; i++) { for (int j=i+1; j<rabbits.length; j++) { if (rabbits[i].getAverageResult() > rabbits[j].getAverageResult()) { //החלפה temp = rabbits[i]; rabbits[i] = rabbits[j]; rabbits[j] = temp; } else if (rabbits[i].getAverageResult() == rabbits[j].getAverageResult() && (rabbits[i].getName().compareTo(rabbits[j].getName()) > 0)) { ;]temp = rabbits[i ;]rabbits[i] = rabbits[j ;rabbits[j] = temp } } // for j } // for i הצבת הארנב הזוכה לפי זמן ממוצע // ;]averageGold = rabbits[0 פלט התוצאות ממוינות לפי זמן ממוצע // ;)"System.out.println("Average results are: )for (int i=0; i<rabbits.length; i++ { System.out.println("name: "+rabbits[i].getName() + " Time: " + ;))(rabbits[i].getAverageResult } System.out.println("The best gold medalist is:" + ;))(bestGold.getName System.out.println("The average gold medalist is:" + ;))(averageGold.getName }//main }// class Main בעיה 3 חנות הדיסקים דיסקו שכרה יועץ על מנת לארגן מחדש את החנות .היועץ המליץ לארגן את קטלוג הדיסקים בחנות באופן הבא :היוצרים יהיו מסודרים בסדר אלפביתי ולכל יוצר קיימת רשימת הדיסקים שלו ,מסודרת אף היא בסדר אלפביתי. הגדירו מחלקה המייצגת את הקטלוג המוצע .כללו בה פעולה המקבלת שם של יוצר ושם של דיסק ובודקת האם הוא נמצא בחנות. מאפייני הבעיה :חיפוש )סידרתי או בינארי( כפול במערך דו-מימדי. :פתרון מבוססת על חיפוש סדרתי:גירסה ראשונה /* מחלקת קטלוג דיסקים */ class DiskStore { // משתני המחלקה private String[][] artistsDisks; // מאגר הדיסקים // שומרת עבור כל אמן את רשימת הדיסקים שלו:פעולה בונה public DiskStore(String[] artists) { int artistIndex; int diskIndex; this.artistsDisks = new String[artists.length][]; for (artistIndex = 0; artistIndex < artists.length; artistIndex++) { String[] disks = artists[artistIndex].split(" "); this.artistsDisks[artistIndex] = new String[disks.length]; this.artistsDisks[artistIndex][0] = disks[0]; // שם האמן בתא הראשון // שאר התאים – רשימת הדיסקים של האמן for (diskIndex=1; diskIndex < disks.length; diskIndex++) { this.artistsDisks[artistIndex][diskIndex] = disks[diskIndex]; } // for diskIndex } // for artistIndex } // DiskStore // הפעולה בודקת האם דיסק של אמן קיים בחנות – חיפוש סדרתי public boolean checkDisk (String artistName, String diskName) { int artistIndex; int diskIndex; for (artistIndex = 0; artistIndex < this.artistsDisks.length; artistIndex++) { if (artistName.equals(this.artistsDisks[artistIndex][0])) { for (diskIndex = 1; diskIndex < this.artistsDisks[artistIndex].length; diskIndex++) { if (diskName.equals(this.artistsDisks[artistIndex][diskIndex])) { return true; } } // for diskIndex } // if artist } // for artistIndex return false; } // checkDisk } // class DiskStore /* מחלקה ראשית */ public class Main { public static void main(String[] args) { // הגדרת והקצאת משתנים DiskStore ourStore; // קטלוג הדיסקים String artistName; // שם הזמר String[] artists; // מחרוזת דיסקים לזמר String diskName; // שם דיסק int num; // מספר הזמרים // מספר הזמרים:קלט num=InputRequestor.requestInt("Insert number of artists"); artists = new String[num]; // קלט – שם ודיסקים לכל זמר for (int i = 0; i < num; i++) { artists[i] = InputRequestor.requestString("Insert the artist name and his/her disks"); } // הקצאת מערך הקטלוג ourStore = new DiskStore(artists); // קלט – שם זמר ודיסק artistName = InputRequestor.requestString("Insert the name of the artist you are looking for"); diskName = InputRequestor.requestString("Insert the name of the disk you are looking for"); // פלט – האם הדיסק של האמן קיים במאגר if (ourStore.checkDisk(artistName,diskName)) { System.out.println("The disk "+diskName+" of artist "+artistName+" is in the store"); } else { System.out.println("The disk "+diskName+" of artist "+artistName+" is not in the store"); } }// main } // Class Main מוחלפתDiskStore של המחלקהCheckDisk הפעולה. מבוססת על חיפוש בינארי:גירסה שנייה .checkArtist הנקראת, ונעזרת בפעולה חדשה של המחלקה,בגירסה אחרת // הפעולה מחפשת האם הזמר נמצא במערך על ידי חיפוש בינרי private int checkArtist (String artist) { int high = this.artistsDisks.length; int low = -1; int mid; while (high -low >1) { mid = (high + low) / 2; if (this.artistsDisks[mid][0].compareTo(artist) > 0) { high = mid; } else { low = mid; } } // while if (low == -1 || this.artistsDisks[low][0].equals(artist) == false) { return -1; } return low; } // checkArtist // הפעולה מחפשת האם הדיסק נמצא במערך על ידי חיפוש בינרי public boolean checkDisk (String artist, String disk) { int artistPlace; int high, low, mid; artistPlace=this.checkArtist(artist); if (artistPlace == -1) { return false; } high = this.artistsDisks[artistPlace].length; low = -1; while (high -low >1) { mid = (high+low)/2; if (this.artistsDisks[artistPlace][mid].compareTo(disk) > 0) { ;high = mid } else { ;low = mid } } // while == )if (low == -1 || (this.artistsDisks[artistPlace][low].equals(disk ))false { ;return false } ;return true } // checkDisk בעיה 4 נתון מערך דו מימדי בגודל 12X12המכיל מספרים שלמים מ 1 -עד ) 30כולל( במערך יש "רביעייה "k אם המספר kמופיע במערך ב 4 -תאים של תת-מערך בגודל .2X2 לדוגמה ,לפניכם מערך בגודל .5X5במערך יש "רביעייה :"9 3 2 2 8 1 9 9 6 1 2 12 9 9 1 4 17 6 8 5 2 3 5 7 1 1 הגדירו מחלקה לייצוג מערך דו-מימדי כפי שתואר לעיל ,וכללו בה את הפעולות הבאות: (1פעולה למציאת "רביעייה ."kהפעולה תקבל את המספר kותחזיר TRUEאם ישנה "רביעייה "kבמערך ו FALSE-אחרת. (2פעולה למציאת והדפסת המספר kהגדול ביותר עבורו יש "רביעייה "kבמערך .אם לא נמצאה רביעייה kבמערך תדפיס הפעולה הודעה מתאימה .יש להשתמש בפעולה שנכתבה בסעיף א. . קינון של פעולה בתוך פעולה, תבנית מקסימום,מימדי- חיפוש במערך דו:מאפייני הבעיה :פתרון /* מחלקת מערך דו מימדי למספרים שלמים */ class int2DimArray { // משתני המחלקה private int[][] array; // המערך private int numRow; private int numCol; // פעולה בונה public int2DimArray(int[][] array, int numRow, int numCol) { this.array = new int [numRow] [numCol]; for (int i=0; i< numRow; i++) { for (int j=0; j< numCol; j++) { this.array[i][j] = array[i][j]; } // for i } // for j this.numRow = numRow; this.numCol = numCol; } // int2DimArray // במערך ושקר אחרתk הפעולה מחזירה אמת אם נמצאת רביעייה public boolean find4K(int k) { int i,r; for (i = 0; i < this.numRow - 1; i++) { for (r = 0; r < this.numCol - 1 ; r++) { if ( (this.array[i][r] == k) && (this.array[i+1][r] == k) && (this.array[i][r+1] == k) && (this.array[i+1][r+1] == k) ) { return true; } // if } // for r } // for i return false; } // find4k public int findBiggestK () { int i,r; int max = 0; int maxK = -1; boolean found = false; // מציאת המספר הגדול ביותר במטריצה (i = 0; i < for this.numRow ; i++) { for (r = 0; r < this.numCol; r++) { if (this.array[i][r] > max) { max = this.array[i][r]; } } // for r } // for i // חיפוש האם קיימת רביעייה עם אחד מהמספרים החל מהמספר הגדול במטריצה i = max; while (found == false) { if (this.find4K(i) == true) { maxK = i; found = true; } else { i--; } } // while return maxK; } // findBiggestK }// class int2dimArray /* מחלקה ראשית */ public class Main { public static void main(String[] args) { // הגדרת משתנים final int SIZE = 12; int[][] intArray; // מערך הקלט int2DimArray twoDimArrayObject; // אובייקט המערך int k; int col,row; int size; int i,r; int counter; // קלט למערך והקצאת האובייקט intArray = new int[SIZE][SIZE]; for (i = 0; i < intArray.length; i++) { System.out.println (“insert the numbers of the next row”); for (r = 0; r < intArray[i].length; r++) { intArray[i][r] = InputRequestor.requestInt("Insert a number: "); } // for r } // for i ;)twoDimArrayObject = new int2DimArray (intArray, SIZE, SIZE קלט מספר וחיפוש רביעיה שלו // ;)" k = InputRequestor.requestInt("Insert k ))if (twoDimArrayObject.find4K(k { ;)System.out.println("Found quartet of " + k } else { ;)System.out.println("Couldn't find quartet of " + k } חיפוש והדפסת הרביעיה הגדולה במערך // System.out.println("The biggest quartet is of "+ ;))(twoDimArrayObject.findBiggestK } // main }// class Main בעיה – 5קווי אוטובוס פתחו ויישמו אלגוריתם המקבל כקלט מספר שלם חיובי ,Nשמבטא מספר קווי אוטובוס ,ואחריו N קווים )קו ,1-קו ... ,2-קו ,(N-כאשר עבור כל קו יש בקלט את שם הקו )… (line1,line2ואת התחנות בהן עובר הקו – מתוארות על ידי 10מספרים שונים ,בסדר עולה ,שמבטאים מספרי תחנות .בסה"כ במערכת ישנן 100תחנות )הממוספרות .(100-1על האלגוריתם לתת את הפלטים הבאים: .1התחנה )הספרה( המשותפת למספר מירבי של אוטובוסים. .2מספר התחנות המשותפות לקווים 1ו.2- .3הודעה האם קיים קו שתחנתו הראשונה גדולה מתחנתו האחרונה של קו אחר. מאפייני הבעיה :מערך מונים ,מקסימום ,מינימום ,מיזוג ,מניה ,שזירה של תבניות ,מערך של עצמים. פתרון: /* מחלקת קו אוטובוס */ class BusLine { // משתני המחלקה private String lineName; // מספר הקו private int[] lineStations; // תחנות הקו private int numOfStations; // פעולה בונה public BusLine(String lineName, int[]lineStations) { this.lineName = lineName; this.numOfStations = lineStations.length; this.lineStations = new int[numOfStations]; for (int i=0; i< this.numOfStations; i++) { this.lineStations[i] = lineStations[i]; } } // פעולות גישה // הפעולה מחזירה את מספר התחנות בקו public int getNumberOfStations() { return this.numOfStations; } // הפעולה מחזירה את התחנה המבוקשת בקו public int getStationByNumber(int num) { return this.lineStations[num]; } // הפעולה מחזירה את התחנה הראשונה בקו public int getFirstStation() { return this.lineStations[0]; } // הפעולה מחזירה את התחנה האחרונה בקו public int getLastStation() { return this.lineStations[this.lineStations.length – 1]; } // אחרת false- אם התחנה שניתנה קיימת בקו וtrue הפעולה מחזירה public boolean findStation(int stationNum) { int i; for (i = 0; i < this.lineStations.length; i++) { if (this.lineStations[i] == stationNum) { return true; } } // for i return false; } // findStation }// BusLine /* מחלקה ראשית */ public class Main { public static void main(String[] args) { // הגדרת והקצאת משתנים final int STATIONS_PER_LINE = 10; // מספר תחנות לקו:קבוע final int TOTAL_STATION_NUMBER = 100; // מספר תחנות כולל:קבוע int[] lineStations = new int[STATIONS_PER_LINE]; // מערך קווים BusLine[] busLine; // מערך קווי האוטוביס int NumberOfLines; // קלט מספר קווים int max = 0, maxStation = 0; // במקסימום קווים, int line; int station; String lineName; עבור מציאת מספר תחנה המופיע int counter; int maxFirst = 0; // למציאת תחנה ראשונה מקסימלית int minLast = TOTAL_STATION_NUMBER+1; // למציאת תחנה אחרונה מינימלית boolean foundMinMax = false; // האם נמצא קו שתחנתו הראשונה גדולה מתחנתו האחרונה של קו אחר // קלט מספר הקווים הקיים והקצאת המערך NumberOfLines = InputRequestor.requestInt("Insert the number of lines"); busLine = new BusLine[NumberOfLines]; // קלט התחנות לכל קו for (line = 0; line < NumberOfLines; line++) { lineName = InputRequestor.requestString("Insert the line name"); for (station=0; station < STATIONS_PER_LINE; station++) { lineStations[station] = InputRequestor.requestInt("Insert a station number for line " + (int)(line+1)); } // for station busLine[line] = new BusLine(lineName, lineStations); } // for line // מציאת התחנה )הספרה( המשותפת למספר מירבי של אוטובוסים for (station = 0; station <= TOTAL_STATION_NUMBER; station++) { counter = 0; for (line = 0; line < NumberOfLines; line++) { if (busLine[line].findStation(station) == true) { counter++; } } // for line if (counter > max) { max = counter; maxStation = station+1; // מכיוון1+ נשמור את מספר התחנה 1 שספירת התחנות מתחילה מ } } // for station System.out.println("The common station is station number "+ maxStation ); // .2- ו1 מציאת מספר התחנות המשותפות לקווים counter = 0; for (station = 0; station < busLine[0].getNumberOfStations(); station++) { if (busLine[1].findStation( busLine[0]. getStationByNumber(station) )== true) { counter++; } } // for System.out.println("The number of stations common to line 1 and line 2 is " + counter); //.בדיקה האם יש קו שתחנתו הראשונה גדולה מתחנתו האחרונה של קו אחר line = 0; while (line < NumberOfLines && foundMinMax == false) { if (maxFirst < busLine[line].getFirstStation()) { // עדכון תחנה ראשונה מקסימלית עד כה maxFirst = busLine[line].getFirstStation(); } if (minLast > busLine[line].getLastStation()) { // עדכון תחנה אחרונה מינימלית עד כה minLast = busLine[line].getLastStation(); } if (minLast < maxFirst) { foundMinMax = true; } else { line++; } } // while if (foundMinMax == true) { System.out.println("There is a line such that its first station is bigger than other line last station"); } else { System.out.println("There is NO line such that its first station is bigger than other line last station"); } }// main } // class Main