Übungen zur Vorlesung "Wissenschaftliches Rechnen I"

Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übungen zur Vorlesung
”Wissenschaftliches Rechnen I”
Nicolas Gauger, René Lamour
Wintersemester 2008/2009
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
I
Berechnung einer Formel
y = x + 5, 6
kann als Vorschrift interpretiert werden, y zu berechnen, wenn
x gegeben ist.
I
Im allgemeinen benötigt ein Computerprogramm
Eingabedaten (x) und erzeugt daraus Ausgabedaten (y).
I
Unser erstes Programm hat nur Ausgabedaten. Es soll die
Namen ihrer Programmiergruppe ausgeben.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
I
Berechnung einer Formel
y = x + 5, 6
kann als Vorschrift interpretiert werden, y zu berechnen, wenn
x gegeben ist.
I
Im allgemeinen benötigt ein Computerprogramm
Eingabedaten (x) und erzeugt daraus Ausgabedaten (y).
I
Unser erstes Programm hat nur Ausgabedaten. Es soll die
Namen ihrer Programmiergruppe ausgeben.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
I
Berechnung einer Formel
y = x + 5, 6
kann als Vorschrift interpretiert werden, y zu berechnen, wenn
x gegeben ist.
I
Im allgemeinen benötigt ein Computerprogramm
Eingabedaten (x) und erzeugt daraus Ausgabedaten (y).
I
Unser erstes Programm hat nur Ausgabedaten. Es soll die
Namen ihrer Programmiergruppe ausgeben.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
Programmieren bedeutet:
1. Algorithmische Aufbereitung des zu programmierenden
Prozesses (z.B: in welcher Reihenfolge berechne ich was?)
2. Schreiben des Quelltextes <name>.java nach den Regeln der
Programmiersprache mit einem Texteditor (empfohlen kate)
3. Compilieren (übersetzen) und evtl. linken (verbinden) des
Programmes:
java5c <name>.java
4. Starten des Programmes mittels
java5 <name>
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
Programmieren bedeutet:
1. Algorithmische Aufbereitung des zu programmierenden
Prozesses (z.B: in welcher Reihenfolge berechne ich was?)
2. Schreiben des Quelltextes <name>.java nach den Regeln der
Programmiersprache mit einem Texteditor (empfohlen kate)
3. Compilieren (übersetzen) und evtl. linken (verbinden) des
Programmes:
java5c <name>.java
4. Starten des Programmes mittels
java5 <name>
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
Programmieren bedeutet:
1. Algorithmische Aufbereitung des zu programmierenden
Prozesses (z.B: in welcher Reihenfolge berechne ich was?)
2. Schreiben des Quelltextes <name>.java nach den Regeln der
Programmiersprache mit einem Texteditor (empfohlen kate)
3. Compilieren (übersetzen) und evtl. linken (verbinden) des
Programmes:
java5c <name>.java
4. Starten des Programmes mittels
java5 <name>
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
Programmieren bedeutet:
1. Algorithmische Aufbereitung des zu programmierenden
Prozesses (z.B: in welcher Reihenfolge berechne ich was?)
2. Schreiben des Quelltextes <name>.java nach den Regeln der
Programmiersprache mit einem Texteditor (empfohlen kate)
3. Compilieren (übersetzen) und evtl. linken (verbinden) des
Programmes:
java5c <name>.java
4. Starten des Programmes mittels
java5 <name>
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Programmierung - Einführung
Programmierung - Einführung
Programmieren bedeutet:
1. Algorithmische Aufbereitung des zu programmierenden
Prozesses (z.B: in welcher Reihenfolge berechne ich was?)
2. Schreiben des Quelltextes <name>.java nach den Regeln der
Programmiersprache mit einem Texteditor (empfohlen kate)
3. Compilieren (übersetzen) und evtl. linken (verbinden) des
Programmes:
java5c <name>.java
4. Starten des Programmes mittels
java5 <name>
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Übung 1
Texteditor kate
kate
I
Befehl kate & - Bitte starten Sie diesen Befehl!
I
Vorteile: Worthervorhebung:
→ Einstellungen
→ Kate einrichten
→ Editor
→ Hervorhebungen
→ Quellen/Java
integriertes Terminal:
automatisches Wechseln zum geöffneten Dokument
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Übung 1
Texteditor kate
kate
I
Befehl kate & - Bitte starten Sie diesen Befehl!
I
Vorteile: Worthervorhebung:
→ Einstellungen
→ Kate einrichten
→ Editor
→ Hervorhebungen
→ Quellen/Java
integriertes Terminal:
automatisches Wechseln zum geöffneten Dokument
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Übung 1
Texteditor kate
kate
I
Befehl kate & - Bitte starten Sie diesen Befehl!
I
Vorteile: Worthervorhebung:
→ Einstellungen
→ Kate einrichten
→ Editor
→ Hervorhebungen
→ Quellen/Java
integriertes Terminal:
automatisches Wechseln zum geöffneten Dokument
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
Beim Programmieren ist eine gewisse Struktur des
Programmtextes einzuhalten.
Der minimal nötige Rahmen ist durch folgende Zeilen gegeben:
public class <name> {
public static void main(String[] args){
<programmtext>
}
}
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
public class <name> {
public static void main(String[] args){
<programmtext>
}
}
Übertragen Sie obige Zeilen mit einem Editor (z.B. kate) in die
Datei <name>.java.
Wählen Sie einen <name> und lassen Sie den <programmtext>
noch leer.
Speichern Sie die Datei in Ihrem neuen Ordner in P-WRI ab.
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
Zeichenketten (Text) werden als String bezeichnet.
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
Zeichenketten (Text) werden als String bezeichnet.
Dazu werden die Zeichen in Anführungszeichen eingeschlossenen.
Bsp: ”das ist ein String”.
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
Zeichenketten (Text) werden als String bezeichnet.
Ein Ausgabebefehl (output) von Strings in die Standardausgabe
ist: System.out.println(String);
Strings können durch + zusammengefügt werden:
Bsp. ”Vorname ”+”Nachname” ∼
= ”Vorname Nachname”.
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
Ein Ausgabebefehl (output) von Strings in die Standardausgabe
ist: System.out.println(String);
Strings können durch + zusammengefügt werden:
Bsp. ”Vorname ”+”Nachname” ∼
= ”Vorname Nachname”.
Ergänzen Sie in Ihrem File <name>.java den <programmtext>
durch einen Ausgabebefehl mit den Namen Ihrer
Programmiergruppe.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
My first JAVA code
Ein Ausgabebefehl (output) von Strings in die Standardausgabe
ist: System.out.println(String);
Strings können durch + zusammengefügt werden:
Bsp. ”Vorname ”+”Nachname” ∼
= ”Vorname Nachname”.
Ergänzen Sie in Ihrem File <name>.java den <programmtext>
durch einen Ausgabebefehl mit den Namen Ihrer
Programmiergruppe.
Compilieren Sie <name>.java und starten Sie das Programm.
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
Grundelemente von
Java ist eine objektorientierte, Hardware-unabhängige
Programmiersprache, die für numerische Rechnungen gut geeignet
ist. Sehr gut, wenn sie schneller wäre.
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Übung 1
JAVA ist auch eine Insel
Grundelemente von
Java ist eine objektorientierte, Hardware-unabhängige
Programmiersprache, die für numerische Rechnungen gut geeignet
ist. Sehr gut, wenn sie schneller wäre.
Es gibt zwei Arten von Java-Programmen:
Applets - laufen innerhalb von Internetseiten und
Applikationen - sind normal ausführbare Programme.
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Übung 1
Grundelemente von Java
Zeichensatz - Unicode (2 Byte)
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Übung 1
Grundelemente von Java
Zeichensatz - Unicode (2 Byte)
Zeichen in Java \u3055
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Übung 1
Grundelemente von Java
Zeichensatz - Unicode (2 Byte)
Wir beschränken uns auf die Zeichen der Tabelle
C0 Controls and Basics Latin.
Warum? Da manche Rechner nur ”englisch” installiert haben, sind
dort z.B. die Umlaute nicht darstellbar.
Umlaute (beispielweise ä) in Zeichenketten werden mit ae oder
\u00e4 dargestellt.
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Übung 1
Grundelemente von Java
Zeichensatz - Unicode (2 Byte)
Wir beschränken uns auf die Zeichen der Tabelle
C0 Controls and Basics Latin.
Warum? Da manche Rechner nur ”englisch” installiert haben, sind
dort z.B. die Umlaute nicht darstellbar.
Umlaute (beispielweise ä) in Zeichenketten werden mit ae oder
\u00e4 dargestellt.
Umlaute bzw. entsprechende Sonderzeichen im Java-Quelltext
werden als Fehler geahndet.
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
Der Quelltext ist an kein Format gebunden, schreiben Sie aber
Ihre Programme zur besseren Lesbarkeit strukturiert
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
Der Quelltext ist an kein Format gebunden, schreiben Sie aber
Ihre Programme zur besseren Lesbarkeit strukturiert
Nicht:
public class <name> { public static void main(String[] args){
<programmtext> } }
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare : Java kennt drei Schreibweisen
// Kommentar in einer Zeile
/* Kommentar , der sich über viele Zeilen hinzieht */
/** Kommentar zur Auswertung mittels javadoc */
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
I
I
Format des Java-Quelltextes
Kommentare
Primitive Datentypen
Datentyp
boolean
char
byte
short
int
long
float
Standardwert
false
\u0000
0
0
0
0
0
Beschreibung
wahr oder falsch
Unicode-Zeichen
±8-bit Integer
±16-bit Integer
±32-bit Integer
±64-bit Integer
32-bit Gleitkommazahl
double
0
64-bit Gleitkommazahl
I
I
Bezeichnernamen
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Bemerkungen
true
42L (auch 42l)
0.0001F (auch f), 1e-4f
1. .1e+1 1.1e-1
0.0001, 1e-4
(auch d bzw. D möglich)
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
I
I
Format des Java-Quelltextes
Kommentare
Primitive Datentypen
Datentyp
boolean
char
byte
short
int
long
float
Standardwert
false
\u0000
0
0
0
0
0
Beschreibung
wahr oder falsch
Unicode-Zeichen
±8-bit Integer
±16-bit Integer
±32-bit Integer
±64-bit Integer
32-bit Gleitkommazahl
double
0
64-bit Gleitkommazahl
I
I
Bezeichnernamen
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Bemerkungen
true
42L (auch 42l)
0.0001F (auch f), 1e-4f
1. .1e+1 1.1e-1
0.0001, 1e-4
(auch d bzw. D möglich)
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen : Objekte müssen deklariert werden - sie
bekommen einen Namen und evtl. gleich einen Anfangswert.
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen : Objekte müssen deklariert werden - sie
bekommen einen Namen und evtl. gleich einen Anfangswert.
Wir schreiben im Quelltext: datentyp Objektname ;
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
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Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen : Objekte müssen deklariert werden - sie
bekommen einen Namen und evtl. gleich einen Anfangswert.
Für die Namenswahl bestehen folgende Regeln:
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
I
I
I
Format des Java-Quelltextes
Kommentare
Primitive Datentypen
Bezeichnernamen : Objekte müssen deklariert werden - sie
bekommen einen Namen und evtl. gleich einen Anfangswert.
Für die Namenswahl bestehen folgende Regeln:
1. Das erste Zeichen muss ein Buchstabe, underscore ( ) oder
$-Zeichen sein.
2. Danach dürfen weitere Buchstaben (auch und $) und Zahlen
folgen.
3. Groß- und Kleinschreibung werden unterschieden.
4. Der Name darf kein reserviertes Wort von JAVA sein.
5. Der Name endet mit einem Trennzeichen: Leer-,
Zeilenendezeichen, Zeilenvorschub, Tabulator, Kommentar
oder =.
6. Wählen Sie sinnvolle Namen!
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen : Objekte müssen deklariert werden - sie
bekommen einen Namen und evtl. gleich einen Anfangswert.
Für primitive Datentypen erfolgt die Zuweisung eines
Anfangswertes durch
datentyp Objektname = wert;
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen : Objekte müssen deklariert werden - sie
bekommen einen Namen und evtl. gleich einen Anfangswert.
Für primitive Datentypen erfolgt die Zuweisung eines
Anfangswertes durch
datentyp Objektname = wert;
Beispiel: double radius = 2.6e+2;
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Der Ausgabestring kann direkt durch Nutzung des
Bezeichners erzeugt werden.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
I
Format des Java-Quelltextes
I
Kommentare
I
Primitive Datentypen
I
Bezeichnernamen
I
Ausgabe der Werte primitiver Datentypen
Der Ausgabestring kann direkt durch Nutzung des
Bezeichners erzeugt werden.
Beispiel: System.out.println(”Radius = ”+radius);
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Übung 1
Grundelemente von Java
Eine Anweisung
wird mit dem Wertzuweisungsoperator = geschrieben und mit
einem ; abgeschlossen.
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Übung 1
Grundelemente von Java
Eine Anweisung
wird mit dem Wertzuweisungsoperator = geschrieben und mit
einem ; abgeschlossen.
Daher ist
y = x + 5.6;
keine Gleichung, sondern die Anweisung den Wert aus der
Speicherzelle von x zu holen, zu 5.6 zu addieren und in der
Speicherzelle von y abzuspeichern.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Die Arithmetischen Operatoren
+
−
∗
/ % wirken, wie aus der Mathematik bekannt.
Der Divisionsoperator / liefert im Falle zweier ganzzahliger
Operanden den ganzzahligen Anteil.
Den Divisionsrest liefert der Modulo-Operator %.
+ und − werden auch wie üblich als Vorzeichen benutzt.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Die Arithmetischen Operatoren
+
−
∗
/ % wirken, wie aus der Mathematik bekannt.
Der Divisionsoperator / liefert im Falle zweier ganzzahliger
Operanden den ganzzahligen Anteil.
Den Divisionsrest liefert der Modulo-Operator %.
+ und − werden auch wie üblich als Vorzeichen benutzt.
Ergänzen Sie Ihr Programm so, dass für zwei ganzzahlige Variable
vom Typ (int) mit den Anfangswerten 5 und 7 deren Summe,
Differenz, Produkt und Quotient berechnet und ausgegeben
werden.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Vergleichs-Operatoren
Um zu entscheiden, ob Vergleiche den boolschen Wert false oder
true liefern, werden Vergleichsoperatoren benötigt.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Vergleichs-Operatoren
Um zu entscheiden, ob Vergleiche den boolschen Wert false oder
true liefern, werden Vergleichsoperatoren benötigt.
Seien x und y Objekte des gleichen Grunddatentypes:
Operator
Bedeutung
x==y
x! =y
x<y
x<=y
x>y
x>=y
true,
true,
true,
true,
true,
true,
falls
falls
falls
falls
falls
falls
x
x
x
x
x
x
und y gleich sind.
und y ungleich sind.
kleiner y ist.
kleiner oder gleich y ist.
größer y ist.
größer oder gleich y ist.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Vergleichs-Operatoren
Mit den Vergleichsoperatoren können wir einfache Vergleiche
abtesten. Wie aber testen wir z.B., ob
0≤x ≤7
gilt?
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Vergleichs-Operatoren
Mit den Vergleichsoperatoren können wir einfache Vergleiche
abtesten. Wie aber testen wir z.B., ob
0≤x ≤7
gilt?
Hier müssen wir testen, ob
0 ≤ x und gleichzeitig x ≤ 7
ist. Dazu brauchen wir die Verknüpfung logischer Ausdrücke.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Logische Operatoren ! | & ˆ && || erlauben es, Verknüpfungen
zwischen logischen Werten herzustellen und somit komplexe
logische Ausdrücke zu erstellen.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Logische Operatoren ! | & ˆ && || erlauben es, Verknüpfungen
zwischen logischen Werten herzustellen und somit komplexe
logische Ausdrücke zu erstellen.
Dabei gilt, falls bool1 und bool2 logische Ausdrücke sind
Operator
Bedeutung
! bool1
bool1 | bool2
bool1 & bool2
Negation von bool1
Logisches Oder, true wenn bool1 oder bool2 true sind.
Logisches Und, true wenn bool1 und bool2 true sind.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Logische Operatoren ! | & ˆ && || erlauben es, Verknüpfungen
zwischen logischen Werten herzustellen und somit komplexe
logische Ausdrücke zu erstellen.
Die anderen drei Operatoren werden seltener benötigt - bitte im
Selbststudium erarbeiten!
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Logische Operatoren ! | & ˆ && || erlauben es, Verknüpfungen
zwischen logischen Werten herzustellen und somit komplexe
logische Ausdrücke zu erstellen.
Der logische Ausdruck unseres Beispiels 0 ≤ x ≤ 7 würde nun
lauten:
0 <= x & x <= 7.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Der logische Ausdruck unseres Beispiels 0 ≤ x ≤ 7 würde nun
lauten:
0 <= x & x <= 7.
Es ist nicht verkehrt Klammern zu setzen:
(0 <= x) & (x <= 7)
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Formulieren Sie einen logischen Ausdruck für die Tatsache, dass
höchstens doppelt so viele Studenten im Raum sind wie Computer,
aber mindestens ein Student da ist.
Übungen zur Vorlesung ”Wissenschaftliches Rechnen I”
Übung 1
Grundelemente von Java
Logische Operatoren
Formulieren Sie einen logischen Ausdruck für die Tatsache, dass
höchstens doppelt so viele Studenten im Raum sind wie Computer,
aber mindestens ein Student da ist.
student <= 2∗computer & student > 0