Bármilyen bonyolult programot veszünk szemügyre és bontunk részekre, a végén ugyanaz a 4 építőelem marad:
szekvencia (utasítások egymás utáni sorozatának végrehajtása)
változóhasználat
elágazások
ciklusok
Ezek az alap algoritmusok tömbökhöz kapcsolódnak, vagyis sok egyforma adattal végeznek valamit. Megkeresik egy tömbből a legnagyobb értéket, sorba rendezik a számokat, eldöntik, hogy benne van-e egy adott érték a tömbben, megadják két halmaz metszetét, stb. Lássunk akkor néhány alap algoritmust:
Megszámlálás
Összegzés
Eldöntés
Kiválasztás
Keresés
Minimum/maximum keresés
Rendezés
Kiválogatás
Szétválogatás
Metszet
Unió
Ezen algoritmusok mindegyikére igaz, hogy ciklusokhoz kapcsolódnak, hiszen ha tömbökkel dolgozunk, akkor mindenképpen ciklusra van szükség, hogy az elemeket egyenként megvizsgálhassuk, összehasonlíthassuk, stb. Ezek az algoritmusok kicsit leegyszerűsítik a programozást, hiszen ezekkel a megtanulható kész receptekkel sokféle feladatot megoldhatunk. A probléma az, hogy a feladatban fel kell ismerni, hogy valójában mit is akarunk eredményként megkapni, és az melyik algoritmusnak felel meg. Ha ez megvan, onnantól szinte csak gépelési feladattá sikerült egyszerűsíteni a programozási feladatot.
Az alap algoritmusok valamennyi fajtájához létezik pszeudokód, olyan általános leírás, amely programozási nyelvtől független. Ráadásul, mivel 3 fajta ciklus létezik, ezért alapból szerteágazó megoldásokat adhatunk ugyanarra a feladatra. Az alap algoritmusokat nagyon sok helyen ugyanazzal a megoldási formával adják meg, és biztos vagyok benne, hogy több tanár csak így fogadja el megoldásként. Én azt vallom, hogy bármilyen jó megoldás elfogadható, a lényeg, hogy a diák alkalmazni tudja azt, amit tanult. Léteznek lecsupaszított, hatékony és egyszerű megoldások, de sokszor én sem azt alkalmazom, mert nem írunk olyan szintű programokat, hogy ennyire optimalizált és gyors algoritmusra lenne szükség. Aki esetleg az alap algoritmusaimban hibát talál, mondván, hogy ő ezt nem így tanulta, az nem feltétlenül hiba, egyszerűen más a megoldás. Az példáknál sok helyen kész ténynek veszem azt, hogy rendelkezésre áll az a tömb a megfelelő adatokkal, amelyekkel dolgozni kell. Ezeknek a tömböknek a feltöltésével, ellenőrzésével nem foglalkozok. Vegyük akkor sorra ezeket az algoritmusokat:
Megszámlálás
Kezdjük valami egyszerűvel. Az alapfeladat az, hogy számoljuk meg, hogy egy adott tömbben hány darab adott tulajdonságú elem van. Ez jelentheti azt is, hogy nincs ilyen tulajdonságú elem a tömbben, akkor a darabszám nyilván 0. Ennél a feladatnál minden esetben végig kell menni a tömbön, hiszen minden elemről meg kell állapítanom, hogy rendelkezik-e a tulajdonsággal, vagy sem. Mivel megszámolunk, ezért valahol tárolnom kell, hogy éppen hol járok a számolásban, hány olyat találtam, ami megfelelt a feltételemnek. Ehhez szükség van egy úgynevezett gyűjtőváltozóra. Az adott algoritmus egy darabszámot ad eredményül minden esetben, ami a [0;méret] intervallumban lesz, vagyis lehet, hogy egy elem sem felel meg a feltételnek, de az is előfordulhat, hogy mindegyik. Nézzünk pár példát, hogy mikor alkalmazható ez az algoritmus:
Hány 180 cm-nél magasabb diák jár az osztályba?
Hány napon esett az eső tavaly?
Hány férfi tanár tanít az iskolában?
Láthatjuk, hogy minden esetben egy darabszámra kíváncsi minden kérdés. Lássuk akkor azt az algoritmust, ami ezekre a kérdésekre választ ad. A példában az első kérdésre keressük a választ.
int szamlalo = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] > 180 )
{
szamlalo = szamlalo + 1;
}
}
System.out.println("Az osztalyba "+szamlalo+" db 180 cm-nel "
"magasabb diak jar.");
Nézzük akkor részletesebben, mi történik.
Deklarálunk egy gyűjtőváltozót, ahol a feltételnek megfelelő elemek darabszámát tároljuk.
A gyűjtőváltozót 0 kezdőértékre állítjuk be. Ez egyébként általános szabály, hogy minden gyűjtőváltozót legkésőbb a használata előtt (a ciklus előtt) nullázni kell!
Indítunk egy ciklust, ami a tömb összes elemén végigmegy.
Megvizsgáljuk, hogy az adott elem megfelel-e a feltételnek
Ha megfelel, a számlálót eggyel megnöveljük.
A ciklus után kiírjuk az eredményt.
A kiemelt sorban a változó növelését kicserélhetjük a már tanult inkrementáló operátorra. Azért, mert lusták vagyunk, és nem akarunk sokat gépelni 🙂
szamlalo = szamlalo + 1;
helyett
szamlalo++;
A többi feladatnál gyakorlatilag ugyanezt kell begépelni, igazából az egyetlen dolog ami változik az maga a feltétel, ami alapján megszámolunk.
Összegzés
Az összegzés tétele kísértetiesen hasonlít a megszámlálásra. Egyetlen különbség van csak, a gyűjtőváltozó növelése. A feladatok is hasonlóak, de az összegzés csak számszerű adatokra vonatkozik. Néhány példa ilyen kérdésekre:
Mennyi a tömbben található páros számok összege?
Mennyi a negatív számok összege?
Mennyi a páratlan számok átlaga?
Lássuk akkor mondjuk az első megoldását:
int osszeg = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
osszeg = osszeg + tomb[i];
}
}
System.out.println("A tombben levo paros szamok osszege: "+osszeg);
Láthatjuk, hogy az összegzés algoritmusa szinte ugyanaz, mint a megszámlálásé.
Deklarálunk egy gyűjtőváltozót, ahol a feltételnek megfelelő elemek összegét tároljuk.
A gyűjtőváltozót 0 kezdőértékre állítjuk be.
Indítunk egy ciklust, ami a tömb összes elemén végigmegy.
Megvizsgáljuk, hogy az adott elem megfelel-e a feltételnek
Ha megfelel, az összeghez hozzáadjuk az aktuális elemet.
A ciklus után kiírjuk az eredményt.
A lényegi különbséget kiemeltem. Látható, hogy szinte ugyanaz. Ettől függetlenül ne keverjük a két algoritmust, mert teljesen más a feladatuk!
A kiemelt sorban a változó növelését kicserélhetjük már tanult összeadással kombinált értékadó operátorra. Ismét csak azért, mert lusták vagyunk, és nem akarunk sokat gépelni.
osszeg = osszeg + tomb[i];
helyett
osszeg += tomb[i];
A harmadik feladat kilóg a többi közül, ez nem csak tiszta összegzés. Itt egyszerre kell az előzőleg ismertetett megszámlálást és összegzést elvégezni. Szükségünk van a páratlan számok összegére, valamint a darabszámára is az átlagoláshoz:
int osszeg = 0;
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
osszeg = osszeg + tomb[i];
db++;
}
}
double atlag = (double)osszeg/db;
System.out.println("A tomb paratlan szamainak atlaga: "+atlag );
Láthatjuk, hogy a ciklussal ugyanúgy végigmegyünk az egész tömbön. Ha találunk egy megfelelő számot, akkor hozzáadjuk az összeghez és növeljük a darabszámot is. Az átlag már csak egy osztás. De nem egyszerű osztás. Az osszeg és db változók egész típusok. Mi lenne az eredménye annak, ha mondjuk az összeg 11 a darabszám pedig 5? 11/5 = ?
Ne felejtsd el! Ha két egész számot osztunk egymással, az egész osztás! Az eredmény nem a sokszor várt 2,2 lenne, hanem 2,0. Az osztás akkor nem egész osztás, ha legalább az egyik műveletben részt vevő szám nem egész. Előzőleg már mutattam egy trükköt, írhatnánk így is:
osszeg/(db+0.0)
Helyette azonban legyünk elegánsabbak, használjunk típuskényszerítést, amit a véletlen számok témakörben már bemutattam:
(double)osszeg/db
A típuskényszerítés során az összeg változóból kiolvasott értéket lebegőpontos számmá alakítjuk, majd osztjuk egy egésszel. Ennek eredménye már megfelelő: 2,2.
Fontos, hogy ez a típuskényszerítés nem az eredeti összegváltozóban tárolt értéket változtatja meg, nincs értékadás! Nem is változtathatja meg az összegváltozó tartalmát, mivel annak típusa egész. Csak a változóból felhasznált értéket alakítja át a megadott típusra.
Eldöntés
Ennél a feladattípusnál azt vizsgáljuk, hogy egy tömbben található-e egy bizonyos tulajdonságú elem. Nem érdekel, hogy hány ilyen elem van, csak az a fontos, hogy van-e benne ilyen. Itt logikai eredményt kapunk, vagyis a válasz igaz vagy hamis lehet. Lássunk pár példát olyan kérdésekre, amelyekre ezzel az algoritmussal kaphatunk választ:
Van-e az osztályban lány?
Van-e az osztályban 190 cm-nél magasabb diák?
Volt-e melegebb 38 foknál tavaly nyáron?
Van-e 30 évnél fiatalabb tanár az iskolában?
Ezekhez a feladatokhoz természetesen szükség van tömbökre, melyek azokat az adatokat tárolják, amelyek között keressük azt a bizonyos tulajdonságú elemet, azok közül is a legelsőt. Emlékezz, nem érdekel hány ilyen elem van, csak az számít, hogy van-e ilyen, és ez nyilván a legelső megtalált elem lesz. Az első példához szükség van egy tömbre, amely a tanulók nemét tárolja, akár logikai típusként (lány – true, fiú – false). A második esetben kell egy tömb, ami az osztályba járó diákok magasságait tartalmazza, a harmadikban egy tömb, ami a nyári napok maximum hőmérsékletét tartalmazza, a negyediknél egy tömb, amiben benne van az iskolában tanító tanárok életkora. Maradjunk a második példánál, és vegyük úgy, hogy rendelkezésre áll egy „tomb” nevű tömb, ami az osztályba járó diákok magasságait rögzíti.
int i = 0;
while( i < tomb.length && tomb[i] <= 190 )
{
i++;
}
if( i < tomb.length )
{
System.out.println("Van az osztalyban 190 cm-nel magasabb diak.");
}
Na de mit is csinál ez pontosan?
Először deklarálunk egy ciklusváltozót, amit arra fogunk használni, hogy indexelhessük (hivatkozhassunk) az egyes tömbelemekre, jelen esetben a diákok magassági adataira. Ez a sorszám természetesen 0-tól indul, mert a Java nyelvben a tömbök indexei 0 számmal kezdődnek.
Aztán indítunk egy ciklust, melynek az a feladata, hogy végigmehessünk egyenként a tömb elemein. A ciklus feje viszont egy összetett feltételt tartalmaz. Ennek első fele azt vizsgálja, hogy végigértünk-e már a tömbön – vagyis, hogy az index kisebb-e, mint a tömb mérete. Ha az i egyenlő lenne a tömbmérettel, az már azt jelentené, hogy túljutottunk az utolsó elemen, tehát a ciklus megáll. Mivel a tömbök indexe 0-val kezdődik, ebből következik, hogy az utolsó elem indexe tömbméret-1. A feltétel másik része a tulajdonság vizsgálat, amelyre csak akkor kerül sor, ha még nem értünk a tömb végére. Itt azt vizsgáljuk, hogy a tomb[i] – vagyis az aktuális diák magassága – NEM RENDELKEZIK a keresett tulajdonsággal. Ez fura, mert nem pont ennek a fordítottját keressük? De igen, ez az algoritmus lényege. Addig kell keresni, amíg NEM találtuk meg, amit kerestünk, hiszen ha megvan, akkor megállhatunk. Ha ez a két feltétel egyszerre igaz (nem értünk még a tömb végére ÉS nem rendelkezik az aktuális diák a keresett tulajdonsággal), akkor lépünk be a ciklusba, ami semmi mást nem csinál, csak lépteti a számlálót, vagyis jöhet a következő vizsgálandó diák. Az algoritmus nagyon fontos része az, hogy a ciklus két feltételének sorrendje kötött! Először kell azt vizsgálni, hogy nem értünk-e a végére, és ha nem, csak akkor szabad megvizsgálni, hogy az aktuális elem nem rendelkezik-e a keresett tulajdonsággal. Hiszen ha már végignéztük a tömböt, akkor már nincs mit vizsgálni.
A ciklus befejeződése után már csak értelmeznünk kell a kapott eredményt. Az i változó értéke az, ami a megoldást tartalmazza. Ha találtunk olyan diákot, aki rendelkezett a keresett tulajdonsággal, akkor a ciklus idő előtt megállt, vagyis az i értéke kisebb, mint a tömb mérete. Ha egyetlen diák sem volt 190 cm-nél magasabb, akkor a ciklus azért állt meg, mert az i változó már nem kisebb a tömb méreténél (vagyis egyenlő), tehát nem találtunk olyat, aki a feltételnek megfelelt volna
Természetesen a többi feladatra is hasonló a megoldás, lássuk mondjuk a negyedik feladatot:
int i = 0;
while( i < tomb.length && tomb[i] >= 30 )
{
i++;
}
if( i < tomb.length )
{
System.out.println("Van az iskolaban 30 evnel fiatalabb tanar.");
}
Nagyon fontos eleme tehát az eldöntésnek, hogy második részfeltételnek azt adjuk meg, hogy az aktuális elem a keresett tulajdonsággal nem rendelkezik! Mivel a feltételek többsége relációt tartalmaz, itt a relációk ellentettjét kell használni!
// 30 évnél fiatalabbat keresünk
while( ... && tomb[i] < 30 )
helyett
// 30 évnél nem fiatalabb kell a feltételbe
while( ... && tomb[i] >= 30 )
Írhatnám úgy is, hogy valóban tagadom az eredeti állítást:
// 30 évnél nem fiatalabb
while( ... && !(tomb[i] < 30)
Az eredeti állítás valódi tagadását tomb[i] < 30 -> !( tomb[i] < 30) én inkább a reláció ellentettjével helyettesíteném, mivel ott egy reláció marad csak, így csak egy műveletet kell végrehajtani. Valódi tagadás esetén ott marad az eredeti reláció, majd a reláció logikai értékének tagadása is kell, ami két művelet, de ezekből az egyik megspórolható. Itt visszautalnék a relációs operátoroknál arra a táblázatra, ahol ismertettem a relációk tagadásait. Ne feledd: a kisebb tagadása nem a nagyobb!
Mi az, amit még észrevehettél ebben az algoritmusban? Ezzel vissza is kanyarodtunk egy nagyon fontos részhez, a logikai kifejezéseknél. Láthatod, hogy a while ciklus fejében egy összetett kifejezés szerepel. Ennek az első fele az, hogy elértünk-e már a tömb végéig, a második pedig az, hogy az aktuális elem nem rendelkezik a keresett tulajdonsággal. Látható, hogy a második feltétel kész tényként veszi azt, hogy ott csak valódi elemet vizsgálhatok. Egy tömbnek, ha emlékszel, fix tulajdonsága a mérete. Vagyis csak akkora indexet lehet használni, amilyen elem még szerepel a tömbben. Egy 10 elemű tömbben nem lehet pl a tomb[12] elemre hivatkozni, mert ilyen elem nem létezik.
Ez futási hibát eredményez. Na de itt hol ellenőrzöm azt, hogy nehogy túl nagy indexet használjak? Az első feltételben. Ez egy logikai rövidzár. Ha az első részfeltétel, hogy az i számláló kisebb, mint a tömbméret (vagyis az i lehet a tömb egy indexe) teljesül, csak akkor vizsgálja meg a második részfeltételt, az adott elem keresett tulajdonságának hiányát. Ha az i elérte a tömbméretet (vagyis nem kisebb), akkor a logikai rövidzár miatt a második feltételt logikai és esetén már meg sem vizsgálja. Nem fog olyan elemet vizsgálni, ami nem létezik! Nagyon fontos eleme az algoritmusnak az, hogy a két részfeltételnek pontosan ilyen sorrendben kell szerepelnie, mert így oldja meg a rövidzár azt az ellenőrzést is, hogy csak valódi emelet vizsgáljunk meg, és ne kapjunk futási hibát.
Kiválasztás
Ezzel az algoritmussal azt adhatjuk meg, hogy egy adott elem pontosan hol szerepel a tömbben. Ez természetesen az adott elem indexét jelenti, amellyel a tömbben hivatkozunk rá. Ez az algoritmus feltételezi azt, hogy az elem tényleg benne van a tömbben, ez ugyanis nem keverendő össze a keresés algoritmusával, amit következőként fogok ismertetni. Lássunk erre egy pár kérdést.
Válasszuk ki a tömbből az 50-es számot (nem index, hanem érték!).
Hányadik a sorban az a diák, akinek a magassága 190 cm-nél nagyobb.
Lássuk az első példa megoldását:
int i = 0;
while( tomb[i] != 50 )
{
i++;
}
System.out.println("Az 50-es szám indexe: "+i);
Ha megnézzük, ez egy lecsupaszított eldöntés algoritmusnak tűnik, amikor ciklusban működési feltételként furcsa módon azt adjuk meg, hogy a ciklus addig menjen, amíg az aktuális elem NEM rendelkezik a tulajdonsággal. Vagyis addig megyünk, amíg meg nem találjuk. Hiányzik viszont a eldöntéses algoritmus összetett feltételének első része, ami azt vizsgálja, hogy túlszaladtunk-e a tömb végén. Itt erre nincs is szükség, mivel abból indultunk ki, hogy a kiválasztandó elem biztosan benne van a tömbben.
Kiválasztásnál lehetséges, hogy több elem is megfelel a feltételnek, ez az algoritmus a legelső olyan elemet választja ki, akire a feltételünk igaz lesz. Viszonylag könnyen megoldható az is, hogy a legutolsó olyat válasszuk ki, ez csak a ciklus haladási irányától és az i kezdőértékétől függ.
Keresés
A keresés algoritmusa gyakorlatilag szinte ugyanaz, mint az eldöntés algoritmusa, mindössze az i változó ciklus utáni értelmezésénél van különbség. Azért szerepeljen itt újra az algoritmus egy konkrét példával. A feladatban azt keressük, hogy van-e 190 cm-nél magasabb diák és hogy ő hányadik a tömbben:
int i = 0;
while( i < tomb.length && tomb[i] <= 190 )
{
i++;
}
if( i < tomb.length )
{
System.out.println("A 190 cm-nél magasabb diák helye: "+i);
}
else
{
System.out.println("Nincs ilyen diák.");
}
Látható az, hogy ez biztonságosabb algoritmus az előzőnél. Ez akkor is használható, ha nem tudjuk, hogy egyáltalán létezik-e ilyen diák, ezért eggyel több a feltétel is, mert azt is figyelni kell, hogy a tömb végén ne szaladjunk túl. A ciklus után pedig az i értékéből határozhatjuk meg a keresett elem helyét, ha ugyanis az i kisebb a tömb méreténél (vagyis nem szaladtunk túl rajta, tehát benne van), akkor az i már a keresett elem helyét jelenti. Ha nem így van, akkor nincs benne. Itt is logikai rövidzárat használunk, tehát a két feltétel sorrendje nagyon fontos. Az első feltétel biztosítja azt, hogy a második nem lehet hibás. Keresési algoritmusból többféle létezik, ez csak a legegyszerűbb lineáris keresés algoritmusa.
Minimum/maximum keresés
Nagyon gyakori feladat az, amikor egy tömbből meg kell határozni a legkisebb/legnagyobb elemet. Ez nem csak egyszerű típusoknál használható, akár objektumok (több tulajdonsággal rendelkező adattárolók) közül is kiválaszthatjuk a legkisebb/legnagyobb tulajdonságút. Technikailag az, hogy a minimum vagy maximum értéket keressük csak egy reláció megfordítását jelenti. Nézzük akkor hogy néz ki ez az algoritmus. Keressük meg a tomb nevű tömbben a legnagyobb értéket!
int max = 0;
for( int i = 1; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] > tomb[max] ) max = i;
}
System.out.println("A tombben levo legnagyobb szam: "+tomb[max]);
Nézzük akkor részenként a programot. Először is deklarálunk egy max nevű változót, amelynek azonnal adunk is egy 0 kezdőértéket. Fontos, hogy ez nem egy változó nullázás, mint a megszámlálás vagy összegzés algoritmusánál tettük. Ennek a 0 értéknek jelentése van. Azt jelenti, hogy a legnagyobb elem a legelső, vagyis a 0 indexű! A max változóban tehát nem a legnagyobb elem értékét, hanem a helyét (indexét) tároljuk. Mindjárt világos lesz, miért. Azt mondjuk tehát, hogy a legnagyobb elem a 0. helyen van, vagyis ez az első elem. Ez teljesen egyértelmű, hiszen amíg meg nem vizsgálom a tömböt, az első elem tekinthető a legnagyobbnak, mivel a többit még nem ismerem. A ciklust, amivel végigmegyek az egész tömbön természetesen a 2. elemtől indul (indexe 1) és a tömbméret-1 indexű az utolsó, amit vizsgálnom kell. Ha az éppen vizsgált elem (tomb[i]) nagyobb, mint az eddigi legnagyobb tomb[max], akkor az új maximum helye megváltozik az aktuálisra -> max = i.
Fura lehet, hogy miért a legnagyobb elem helyét tároljuk és nem az értékét. Mi van akkor, ha ez a kérdés: Hányadik elem a legnagyobb a tömbben? Ha a maximumban a legnagyobb elem értékét tárolnánk, azzal a helyét nem tudjuk megmondani, csak az értékét. A helyéből viszont meghatározhatjuk mindkettőt.
Ha a legkisebb elemet keressük, akkor a kiemelt sorban fordul meg a relációs jel, és máris a legkisebb elemet kapjuk meg a végén. Természetesen minimum keresésnél célszerű a max változó nevét min-re változtatni, hogy utaljon arra, mit is keresek.
Ne felejtsd el tehát, minimum és maximum keresésnél a helyet tároló változó kezdőértéke 0, mivel az első elem lesz először a legkisebb vagy legnagyobb, ha elkezdem a keresést.
Más oka is van annak, hogy a helyet és nem az értéket tároljuk. Tételezzük fel, hogy csak negatív számokat tartalmaz a tömbünk és a legnagyobbat keressük közülük. Létrehozunk egy max változót, azt nullázzuk, de ez most a legnagyobb elem értékét jelentené. Találhatunk negatív számok között olyat, ami nagyobb, mint 0? Könnyen belátható, hogy csak pozitív számokat tartalmaz a tömb és a legkisebbet keressük, akkor sem állja meg a helyét a nullázás. A nulla nem pozitív, tehát nem találsz ettől kisebb pozitív számot, vagyis a tömb egyik eleme sem kerülhet a helyére.
Rendezés
Nagyon gyakori a programjainkban az a típusfeladat, hogy sorba kell rendezni egy tömb elemeit. A Java nyelvben az egyszerű típusokra, és a Stringekre is létezik beépített rendezés, mégis ritkán használjuk őket, mert javarészt objektumokkal fogunk dolgozni, azokra pedig ezek nem működnek. Rendezési algoritmusból nagyon sokféle létezik, vannak egyszerűbb, de lassabb típusok, és vannak nagyon hatékonyak. A valódi helyzet az, hogy a rendezendő adatoktól mennyiségétől is függ az, hogy melyik rendezési algoritmus a hatékony, de középiskolai szinten mindegy hogyan rendezünk, csak oldjuk meg a feladatot. Két rendezési algoritmust fogok megmutatni, amelyeket használni/tanítani szoktam, ha ezeket tudod, akkor bármilyen típusú tömböt rendezni tudsz.
A rendezések legtöbbje összehasonlításokon és cseréken alapul. Összehasonlítunk két elemet, és ha azok sorrendje nem megfelelő, akkor megcseréljük őket. Az algoritmusok sokszor abban különböznek, hogy melyik kettőt hasonlítjuk össze és utána melyik kettőt, stb. Létezik olyan speciális rendezés is, amelyik nem használ összehasonlításokat és cseréket, de ezek csak bizonyos esetekben használhatóak, akkor viszont hihetetlen gyorsak.
A rendezés esetén már összetettebb módon kell bejárni a tömböt, amelynek elemeit rendezni szeretnénk. Itt is igaz az, hogy nem csak egyszerű típusú értékeket tartalmazó tömböket lehet rendezni, az elemek lehetnek összetett objektumok is, melyek többféle típusú értéket tartalmazhatnak.
A tömbök kezelésekor, és az alap algoritmusok használatakor minden esetben ciklusokat használunk arra, hogy bejárjuk az adott tömböt, és annak értékeihez egymás után hozzáférjünk. Abban vannak csak különbségek, hogy ténylegesen bejárjuk-e az egészet, vagy sem, esetleg a bejárás iránya változik. Itt azonban másról lesz szó. Itt találkozunk először az egymásba ágyazott ciklusokkal.
A rendezések, melyeket jellemzően használunk minden esetben azt az elvet követik, hogy a tömb bizonyos elemeit hasonlítják össze, hogy azok egymáshoz képest a kívánt sorrendben helyezkednek-e el. Ha ez nem így van, akkor ezt a két elemet meg kell cserélni. Itt azonban nem csak az egymás melletti szomszédokat vizsgáljuk,
Egyszerű cserés rendezés
Ezt a rendezést több néven is megtalálhatjuk az alap algoritmusok között, én ezt a nevet használom. Az elv, ami alapján dolgozik az az, hogy minden elemet összehasonlít az összes mögötte lévővel, és ha azok sorrendje nem megfelelő, akkor megcseréli őket. Két egymásba ágyazott ciklust igényel, ezeket tradicionálisan i és j ciklusváltozókkal használjuk. Lássuk akkor magát az algoritmust, ahol feltételezzük, hogy van egy tomb nevű tömbünk, amely véletlen számokkal van feltöltve és a meret nevű változóban a tömb méretét találjuk meg:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
int csere;
for( int i = 0; i < tomb.length-1; i++ )
{
for( int j = i+1; j < tomb.length; j++ )
{
if( tomb[i] > tomb[j] )
{
csere = tomb[i];
tomb[i] = tomb[j];
tomb[j] = csere;
}
}
}
A ciklus úgy dolgozik, hogy a j változó mindig az i utáni helyet jelöl, mivel a j kezdőértéke minden esetben i+1-ről indul. Éppen ezért az i soha nem mehet el a tömb végéig, mert akkor az utolsó elem utáni összehasonlítást is elvégezne, ami mindenképp hibás.
Tehát még egyszer a lényeg: az i van elöl, a j van hátul!
Lássuk a kiemelt részek magyarázatát:
1 – Kell egy csere változó az esetleges cserékhez segédváltozónak. A változó típusának meg kell egyezni a tömb elemeinek típusával, hiszen azon közül fogjuk az egyiket eltárolni benne.
2 – Az i változó soha nem mehet el a tömb végéig, vagyis i < tomb.length-1;
4 – A j mindig az i után áll, ezért int j = i+1;
6 – Mindig összehasonlítjuk az elöl és hátul lévő elemeket, és ha ezek sorrendje nem megfelelő…
8-10 – Akkor jön az elemek cseréje.
A rendezés iránya csak és kizárólag a 6. sorban megadott relációs jeltől függ. Ha az elöl lévő nagyobb és akkor cserélünk, akkor a nagyok kerülnek hátra, vagyis növekvő rendezést alkalmazunk. Ha az elől lévő kisebb és akkor cserélünk, akkor a kicsik kerülnek hátra, és csökkenő rendezést írunk. A fenti példa tehát növekvő rendezést valósít meg, mivel az első esetnek megfelelő a relációs jel.
A csökkenő rendezés ehhez képest tehát minimális változtatással jár:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
int csere;
for( int i = 0; i < tomb.length-1; i++ )
{
for( int j = i+1; j < tomb.length; j++ )
{
if( tomb[i] < tomb[j] )
{
csere = tomb[i];
tomb[i] = tomb[j];
tomb[j] = csere;
}
}
}
Minimum/maximum kiválasztásos rendezés
Ez a rendezés az előző továbbfejlesztett változata. Az előző algoritmus úgy dolgozik, hogy minden esetben megcseréli a két elemet, ha az aktuális két elem helyzete nem megfelelő. Ez azt eredményezi, hogy több csere is lesz, mire a legkisebb a tömb elejére kerül növekvő rendezés esetén. De ha már egyszer növekvő rendezést akarunk megvalósítani, akkor nem lenne jobb, hogy ha először megkeresnénk a legkisebb elemet, majd azt helyeznénk a lista elejére, majd utána megkeresnék a második legkisebbet, azt beraknánk az első után, és így tovább? Jóval kevesebb cserével járna, mint az előző. Természetesen megoldható, az előző rendezési algoritmusa tökéletesen kombinálható a már tanult minimum/maximumkeresési algoritmusokkal. Lássuk akkor hogyan:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
int csere;
int min;
for( int i = 0; i < tomb.length-1; i++ )
{
min = i;
for( int j = i+1; j < tomb.length; j++ )
{
if( tomb[j] < tomb[min] )
{
min = j;
}
}
if( min != i )
{
csere = tomb[i];
tomb[i] = tomb[min];
tomb[min] = csere;
}
}
Lássuk akkor a magyarázatot:
1 – Kell egy csere változó az esetleges cserékhez segédváltozónak. A változó típusának meg kell egyezni a tömb elemeinek típusával, hiszen azon közül fogjuk az egyiket eltárolni benne.
2 – Kell egy változó, ahol a legkisebb elem helyét tároljuk (mint a minimumkiválasztásnál), de ennek itt még nem adunk kezdőértéket.
5 – Mielőtt elkezdjük a belső ciklust, ami az elöl lévő elem mögöttiek indexén megy végig, az elöl lévő elemet feltételezzük a legkisebbnek. Itt a belső ciklus futását gyakorlatilag egy minimum kiválasztásnak írtuk meg. A tomb[i] az első elem, ezért ennek a helyét feltételezzük a legkisebb elem helyének,
8 – majd, ha az eddigi minimumtól valamelyik mögötte lévő (tomb[j]) tőle kisebb,
10 – akkor a hátul lévő elem helyét (j) jegyezzük meg, mint aktuális legkisebbet.
13 – Ha a belső ciklussal végeztünk, akkor a min változóban benne van a hátul lévő elemek közül a legkisebbnek a helye. Ha ez a hely nem egyenlő az elöl lévővel (vagyis nem önmaga a legkisebb), akkor találtunk az elöl lévő (i) elem mögött tőle kisebbet, melynek helyet a min változóban tároljuk.
15-17 – Ebben az esetben a két elemet (i és min helyen lévőket) megcseréljük.
Ezt az algoritmust inkább csak érdekességképp mutattam meg, érettségire tökéletesen elég, ha az egyszerű cserés rendezést megtanulod, mert csak az a követelmény, hogy rendezni tudj, teljesen mindegy, melyik algoritmussal. Nyilván a legegyszerűbbet célszerű megtanulni, a hatékonyság nem követelmény.
Kiválogatás
Szintén az alap algoritmusok közé tartozik az a feladattípus, amikor bizonyos tulajdonságnak, vagy tulajdonságoknak megfelelő elemeket kell egy tömbből egy másik tömbbe kiválogatni. Tegyük fel, van egy egészeket tartalmazó tömbünk, melyet a [-9;9] intervallumból töltöttünk fel. Hogyan oldhatjuk meg, hogy ebből a tömbből egy másik tömbbe kigyűjtjük a negatív számokat? Minden esetben létre kell hozni egy másik tömböt, amibe a megfelelő elemeket másoljuk. De mekkora legyen ez a tömb? Ez az ami alapvetően meghatározza, hogy milyen megoldási módot alkalmazunk. Kétféle esetet különböztetünk meg:
Létrehozunk egy eredeti tömbnek megfelelő méretű tömböt, azt feltételezve, hogy akár az összes elem lehet negatív, így mindet át kell másolni. Ha azonban nem minden elem negatív, akkor az új tömbben maradnak üres helyek, ahova nem rakunk át semmit. Így nyilván kell tartanunk, hogy hány elemet másoltunk át az új tömbbe, és mennyi maradt “üresen” a végén.
Megoldhatjuk úgy is, hogy először megszámoljuk, hogy hány elem felel meg a feltételnek, ami alapján a kiválogatást el akarjuk végezni, és az új tömböt pontosan akkorának állítjuk be. Így a megoldás végén az új tömbben csak azok az elemek lesznek benne, amelyeket mi helyeztünk el benne.
A két megoldásból a második nyilván picivel több munkával jár, mert kapcsolódik hozzá egy megszámlálás is, viszont utána már nem kell attól tartanunk, hogy az eredmény tömbben olyan elem is előfordul, ami nem felel meg a kiválogatás feltételének.
Lássuk akkor a két különböző megoldást. Mindkét esetben feltételezzük, hogy van egy tomb nevű tömbünk, amely véletlen számokkal van feltöltve. Az új tömbbe a páratlan számokat szeretnénk kiválogatni:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
int[] paratlan = new int[tomb.length];
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
paratlan[db] = tomb[i];
db++;
}
}
Lássuk akkor a kiemelt sorok magyarázatát:
1 – Létrehozok egy ugyanakkora tömböt, mint az eredeti, lehetőséget adva arra, hogy akár minden elemet kiválogathassak.
3 – Létrehozok egy db nevű változót, ami jelen esetben az első üres helyet fogja tárolni, ahova a következő kiválogatott elemet elhelyezhetem, a kiválogatás végeztével pedig tárolni fogja, hogy az új tömbbe hány elem került bele.
4 – Végigmegyek az eredeti tömbön,
6 – és ha az eredeti tömbben páratlan számot találunk,
8 – akkor az új tömbben a első üres helyre (db) elhelyezem az elemet,
9 – majd megnövelem a db-ot, hogy az esetleges következő átmásolt elem ne írja felül az előzőt.
Látható, hogy nem olyan bonyolult algoritmusról van szó, a kulcs az, hogy mindig tárolom egy változóban, hogy hol van az új tömbben az első üres hely, mert csak oda rakhatok bele a kiválogatás során elemeket. A gond csak annyi, hogy ha van egy 1000 méretű tömböm, amibe 3 elemet kellene csak kiválogatni, akkor is a memóriában foglalja az 1000 elemnyi helyet a 3 kedvéért.
Lássuk akkor a másik megoldást:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
db++;
}
}
int[] paratlan = new int[db];
db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
paratlan[db] = tomb[i];
db++;
}
}
Ha jól megnézed nem sokkal bonyolultabb, picit többet kell gépelni, és ki kellett egészíteni a megszámlálás alap algoritmusával:
1-8 – Megszámoljuk, hány elemet kell majd kiválogatni az új tömbbe.
10 – Létrehozunk egy ugyanakkora tömböt.
12-20 – Ez pedig pontosan az első megoldás.
Az egész algoritmus kulcs momentuma a db változó használata! Ennek több szerepe is van. Először a kiválogatandó elemek darabszámát gyűjtjük bele, utána a következő üres helyet jelöli az új tömbben, végül a kiválogatás végeztével az új tömb méretét jelenti, bár ezt a tömbből úgyis ki lehet nyerni a .length változóból.
Szétválogatás
A szétválogatás algoritmusa a kiválogatás kibővítése. Az alapfeladat az, hogy az eredeti tömb minden elemét két külön tömbbe kell elhelyezni. Feltételezzük, hogy minden elem bekerül valamelyik új tömbbe, vagyis nem hagyunk ki semmit sem. A kiválogatásnál ennek a feladatnak a felét gyakorlatilag megoldottuk. Amit egy kiválogatásnál kiválogatunk, az itt az egyik tömb elemeinek felelne meg. Az összes többi elemet a másik tömbbe pakoljuk. Így már nem is tűnik olyan nehéznek, igaz?
A szétválogatás feltétele minden esetben gyakorlatilag egyetlen feltétel.
Válogassuk szét a tömb elemeit 5-től nagyobb és nem nagyobb elemekre. (emlékezz a relációs jelekre!)
Válogassuk szét a tömb elemeit 5-tel osztható és nem osztható elemekre.
Válogassuk szét az elemeket egyjegyű és nem egyjegyű számokra
Válogassuk szét a tömb elemeit páros és páratlan elemekre.
Ha megfigyelted, a feladatok jó része úgy fogalmazza meg a feltételt, hogy szétválogatjuk valamilyen és NEM valamilyen elemekre. Egy feltétel és annak az ellentettje minden elemet le kell hogy fedjen. Ezért szétválogatás, nem maradhat ki egyetlen elem sem. És az utolsó esetben? Amelyik szám nem páros, az páratlan, tehát ez is lefed minden számot.
A szétválogatásnál is ugyanaz a dilemma lesz először, mint amit a kiválogatásnál írtam:
Nem foglalkozok az új tömbök méreteivel, a legrosszabb esetből indulok ki, hogy minden elemet be kell tennem az egyik tömbbe, a másik pedig üres marad. Ebben az esetben mindkét új tömb méretének az eredeti tömb méretét állítom be, így a két új tömb kétszer annyi helyet foglal majd, amennyire valóban szükség lenne.
Előre megszámolom, hány elem felel meg a szétválogatás feltételének, ezután beállítom a kívánt tömbméreteket, majd utána válogatom szét az elemeket. Ez a legtakarékosabb megoldás, mert mindkét tömb mérete pontosan akkora lesz, amekkorára szükségem lesz. Ha emlékszel, a kiválogatásnál itt egy megszámlálással bővítettem ki az alap megoldást.
Lássuk akkor az első esetet. Tételezzük fel, hogy van egy adott méretű tömböm, feltöltve elemekkel. Válogassuk szét az elemeket páros és páratlan elemeket tartalmazó tömbökbe. Vedd észre, hogy ez valójában egyetlen feltétel. Ami nem páros, az páratlan
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
int[] paros = new int[tomb.length];
int[] paratlan = new int[tomb.length];
int dbparos = 0;
int dbparatlan = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
paros[dbparos] = tomb[i];
dbparos++;
}
else
{
paratlan[dbparatlan] = tomb[i];
dbparatlan++;
}
}
Ha a kiválogatás algoritmusát megértetted, akkor ezzel se lesz probléma. Nem véletlenül csak két részt emeltem ki. A kiválogatásnál kellett egy számláló, amelyben nyilvántartottam, hogy hány elemet válogattam ki, ami egyúttal azt is jelezte, hogy hol van az új tömbben a következő üres hely. Itt is hasonló a helyzet, csak itt két tömb esetén két külön változóban kell tárolni, hogy hány elem van az egyikben-másikban, és ezáltal melyik tömbben hol van a következő üres hely, ahova az elemeket pakolhatom. A belső feltétel sem sokat változott, ha a feltételnek megfelel az elem, akkor berakom az egyik tömbbe, ha nem, akkor mindenképpen (else) a másik tömbbe kell tennem. Emlékszel: minden elem bekerül valamelyik tömbbe, ha nem az elsőbe, akkor a másodikba, nem hagyhatok ki semmit sem.
Ne felejtsd el, a két új tömb mérete nagyobb, mint amennyi tényleges elemet tartalmaznak. Az algoritmus után a két darabszámot tároló változó az, amiből megtudhatod, hogy mekkora valójában a tömb, amit kezelned kell. Nem a paros.length lesz az a határ, ameddig be kell járnod egy ciklussal, hanem a dbparos változó.
Lássuk akkor a második megoldást. Emlékeztetőül: megszámolom hány elemet kell majd beraknom az egyik tömbbe, akkor meglesznek a megfelelő tömbméretek.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
int parosdb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
parosdb++;
}
}
int[] paros = new int[parosdb];
int[] paratlan = new int[tomb.length-parosdb];
parosdb = 0;
paratlandb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
paros[parosdb] = tomb[i];
parosdb++;
}
else
{
paratlan[paratlandb] = tomb[i];
paratlandb++;
}
}
Lássuk akkor a kiemelt részeket:
1-9 – Megszámolom, hány elem felel meg a szétválogatás feltételének.
11-12 – Létrehozom a két megfelelő méretű tömböt. A páratlan tömb méretét úgy kapom meg, hogy a tömb elemeinek darabszámából kivonom a párosok darabszámát, így megvan a páratlanok száma.
14-31 – Lenullázom a két számlálót, és elvégzem a szétválogatást az első megoldásnak megfelelően, csak itt már biztos lehetek benne, hogy mindkét új tömböt teljesen feltöltöm.
Az előzőhöz képest ez nyilván bonyolultabb megoldás. Cserébe takarékosabb, másrészt nem kell külön tárolni, hogy a tömbök valójában meddig vannak feltöltve, mivel a méretük pontosan megfelel a szétválogatott elemek darabszámának.
És ha nem mindent válogatok szét?
Ez az algoritmus csak abban az esetben használható, ha minden elemet szét kell válogatni. Ez mondjuk a szétválogatás elvéből is következik, mivel nem hagyhatunk ki elemeket, különben nem szétválogatásnak neveznénk. Mégis a példa kedvéért tételezzük fel, hogy egy tömbből szeretnénk a pozitív és negatív számokat két másik tömbbe átpakolni. Ebben az esetben már figyelnünk kell arra, hogy mi a helyzet a nullákkal. Természetesen ezt is meg kell oldani, csak itt az elemek megszámolásánál figyelembe kell venni, hogy kihagyunk elemeket, valamint a tényleges válogatásnál is ügyelni kell rájuk. Szándékosan kerültem a szétválogatás szót, mert ez valójában a kihagyott elemek miatt nem az lesz. Lássunk akkor erre egy példát.
Válogassuk ki egy tömb elemei közül a pozitív és negatív számokat. (Észrevetted? Kiválogatás)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
int pozitivdb = 0;
int negativdb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] > 0 )
{
pozitivdb++;
}
else if( tomb[i] < 0 )
{
negativdb++;
}
}
int[] pozitiv = new int[pozitivdb];
int[] negativ = new int[negativdb];
pozitivdb = 0;
negativdb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ ) { if( tomb[i] > 0 )
{
pozitiv[pozitivdb] = tomb[i];
pozitivdb++;
}
else if( tomb[i] < 0 )
{
negativ[negativdb] = tomb[i];
negativdb++;
}
}
1-13 – Egy ciklusban megszámolom a pozitív és negatív számokat.
15-16 – Létrehozom nekik a megfelelő méretű tömböket.
És kiválogatom őket egyetlen ciklusban.
Ez gyakorlatilag két kiválogatás egy ciklusba pakolva, a két feltételnek (pozitív vagy negatív) lényegében semmi köze egymáshoz, a számlálóik is teljesen függetlenek, mert nem tudom, hogy a két feltétel lefedi-e az összes eredeti elemet vagy sem. Ha a két feltétel minden elemet besorol valahova, akkor szétválogatás, egyébként két egymástól független kiválogatásról beszélünk.
Metszet
A metszet algoritmus egy kis magyarázatot igényel. Az alap algoritmusok metszetképzése nem egyezik meg a halmazelméletben tanult metszettel. A halmazt elemek sokaságának tekintjük, ahol az elemeknek nincs sorrendje, és minden elem csak egyszer szerepelhet a halmazban. Ez a tömböknél nyilvánvalóan nem áll fenn. A halmazoknál metszetként azon elemek halmazát vesszük, amelyek mindkét halmazban megtalálhatóak.
Tömbök esetén ez azt jelenti, hogy az egyik tömbből vesszük azokat az elemeket, amelyek benne vannak a másikban. Ezzel az algoritmussal csak az a bajom, hogy nem mindegy, hogy melyik tömb oldaláról kezdjük ez a dolgot. Lássuk a következő példát, hogy miről is van szó.
{2,2,3,4}
{3,5,2,6,6}
Ha az első tömb elemeiből hagyjuk meg azokat, amelyek benne vannak a másodikban, akkor ezt az eredményt kapjuk:
{2,2,3}
Ha a második tömb elemeiből hagyjuk meg azokat, amelyek benne vannak az elsőben, akkor ezt az eredményt kapjuk:
{3,2}
Nyilván látszik mi a gond. Ez pedig abból fakad, hogy egy elem többször is lehet egy tömb eleme. A sorszámozás miatt ezek egyértelműen megkülönböztethetőek. A halmazban viszont az elemek nem sorszámozottak, ezért két azonos értékű elemet nem különböztethetnénk meg. Az algoritmus nem foglalkozik ezzel a problémával, és nekünk sem kell. Más kérdés, hogy meg tudnánk oldani azt is, hogy minden elem egyszer szerepeljen csak a metszetben, később ezt is megmutatom.
Mint már fent említettem, az algoritmus annyiból áll, hogy az vesszük az egyik tömb elemei közül azokat, amelyek benne vannak a másikban. Nézzük meg jobban, mi is ez? Kiválogatjuk az egyik tömb elemei közül azokat, amelyek megfelelnek annak a feltételnek, hogy benne vannak a másik tömbben. Kiválogatás, amiben van egy eldöntés. A metszetképzés tehát két tanult algoritmus kombinációja.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
int[] t1 = new int[] {2,2,3,4};
int[] t2 = new int[] {3,5,2,6,6};
int[] metszet = new int[t1.length];
int j;
int db = 0;
for( int i = 0; i < t1.length; i++ )
{
j = 0;
while( j < t2.length && t2[j] != t1[i] )
{
j++;
}
if( j < t2.length )
{
metszet[db] = t2[j];
db++;
}
}
Lássuk a kiemelt részek magyarázatát:
3 – A metszet tömb mérete akkora, mint az első tömb mérete, hiszen lehet, hogy annak minden eleme megtalálható a másikban. Természetesen a kiválogatáshoz hasonlóan itt is ügyelni kell arra, hogy nem feltétlen kerül minden elem a metszet tömbbe, ezért majd a db változó fogja tárolni a metszet tömb valódi elemeinek számát.
7 – Ebben a sorban elkezdünk egy kiválogatást, vagyis elindulunk az első tömbön azt keresve, hogy ezek közül melyiket kell majd átrakni a metszetbe.
9-14 – Ez gyakorlatilag az eldöntés algoritmusa, addig haladunk a második tömb elemein, és addig megyünk, amíg nem találunk egyezést a második tömb eleme és az első tömb éppen aktuális eleme között. Ezt az algoritmust most nem magyaráznám el újra, de ami a lényeg: ha az elemet megtaláltuk, akkor visszatérünk a kiválogatáshoz
16-17 – Ha találtunk olyan első tömbbeli elemet, ami megfelelt a feltételünknek (benne van a másodikban is), akkor berakjuk a metszet tömbbe, és növeljük a számlálóját. Ez a kiválogatás algoritmus vége.
Metszet egyedi elemekkel
Mi van akkor, ha valóban csak annyit szeretnénk megtudni, hogy mik azok a számok, melyek mindkét tömbben megtalálhatóak? Ha valami többször szerepel a tömbben, attól mint szám csak egyszer szerepel. Ez nem alap algoritmus, hanem az eddig tanultakat kell alkalmazni. Akár teljesen eltérő megoldásokat is adhatunk:
A két tömb közül az elsőből létrehozok egy olyan tömböt, ami az eredetiben szerepelő számokat csak egyszer tartalmazza. Majd ha erről az oldalról metszetet képzek, akkor a metszetben is minden elem csak egyszer fog szerepelni.
Az első tömbből csak akkor teszek be egy számot a metszetbe, ha benne van a másodikban, és még nincs benne a metszetben. Vagyis a kiválogatáson belül két eldöntésre van szükségem, melyeknek egyszerre kell teljesülnie. Azzal még finomíthatom, hogy ha a második tömbben nincs benne, akkor felesleges a metszetben ellenőrizni, mert akkor oda semmiképpen nem kerülhetett be.
Lássuk az első megoldást:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
int[] t1 = new int[] { 2, 2, 3, 4 };
int[] t2 = new int[] { 3, 5, 2, 6, 6 };
int[] metszet = new int[t1.length];
int[] egyedi = new int[t1.length];
int dbe = 0;
int j;
for( int i = 0; i < t1.length; i++ )
{
j = 0;
while( j < dbe && t1[i] != egyedi[j] )
{
j++;
}
if( j == dbe )
{
egyedi[dbe] = t1[i];
dbe++;
}
}
int db = 0;
for( int i = 0; i < dbe; i++ )
{
j = 0;
while(j < t2.length && t2[j] != egyedi[i])
{
j++;
}
if( j < t2.length )
{
metszet[db] = t2[j];
db++;
}
}
Mit is csinálunk pontosan?
5 – Létrehozom azt a tömböt, ahova kiválogatom az első tömb számait. Ennek mérete az eredetivel megegyező, mert lehet, hogy egyik szám sem szerepel többször, akkor mindet át kell pakolni.
6 – Létrehozok egy számlálót, hogy nyilvántartsam, valójában hány elem lesz az egyedi tömbben.
8-21 – Kiválogatom az egyedi számokat. (kiválogatásban egy eldöntés) Fontos, hogy akkor rakom bele az egyedi tömbbe a számot, ha az eldöntés hamis eredményt ad, vagyis nincs benne: if( j == dbe )
23-36 – Ez pedig a metszetképzés algoritmusa, de az egyedi tömb és a második között. A 24-es sorban fontos a feltétel, hogy az egyedi tömbnek nem az összes elemét kell vizsgálni, hanem csak addig, ameddig valóban vannak benne elemek. Ezt a saját dbe számlálója tárolja.
A két részfeladat (egyedi tömb előállítása, majd metszetképzés) ugyanarról a tőről fakad, hiszen mindkét esetben egy elemről akarom eldönteni, hogy benne van-e egy tömbben. A különbség csak az, hogy egyedi elemek válogatásakor akkor rakom bele, ha nincs még benne, metszetképzésnél pedig akkor rakom bele, ha benne van.
Nézzük a másik megoldást, amikor a két eldöntést teszek a kiválogatásba:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
int[] t1 = new int[] { 2, 2, 3, 4 };
int[] t2 = new int[] { 3, 5, 2, 6, 6 };
int[] metszet = new int[t1.length];
int j;
int jm;
int db = 0;
for( int i = 0; i < t1.length; i++ )
{
j = 0;
while( j < t2.length && t2[j] != t1[i] )
{
j++;
}
if( j < t2.length )
{
jm = 0;
while( jm < db && metszet[jm] != t1[i] )
{
jm++;
}
if( jm == db )
{
metszet[db] = t1[i];
db++;
}
}
}
Lássuk a lényegi részeket:
10-14 – Eldöntjük, hogy az első tömb eleme benne van-e a másodikban.
15 – Ha igen, akkor
15-27 – Eldöntjük, hogy benne van-e a metszetben.
22 – Csak akkor tesszük be a metszetbe, ha még nincs benne. Ha már egyszer betettünk ilyen számot, akkor nem tesszük bele még egyszer.
Ez a megoldás talán rövidebb és egyszerűbb is, mint a másik, és minden esetben egyedi elemeket tartalmazó metszet tömböt kapunk.
Természetesen ez a metszetképzés algoritmus több hasonló feladatnál is használható, hiszen ha metszetet tudunk képezni, akkor olyan kérdésekre is választ kaphatunk ennek segítségével, hogy van-e két tömbnek azonos eleme, hány közös eleme van két tömbnek, stb.
Komplex feladat
Lássunk egy komplexebb feladatot. Adott egy 10 elemű tömb melyet véletlen számokkal töltöttünk fel a [-9;9] intervallumból. Írjuk ki növekvő sorrendben a tömbben szereplő páros számokat.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
/**
*
* @author http://webotlet.hu
*/
package webotlet_alapalg_komplex;
public class Webotlet_alapalg_komplex
{
public static void main(String[] args)
{
int[] tomb = new int[10];
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
tomb[i] = (int) (Math.random() * 19) - 9;
}
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
System.out.print(tomb[i] + " ");
}
System.out.println();
int db = 0;
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
if (tomb[i] % 2 == 0)
{
db++;
}
}
int[] paros = new int[db];
db = 0;
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
if (tomb[i] % 2 == 0)
{
paros[db] = tomb[i];
db++;
}
}
int csere;
for (int i = 0; i < db - 1; i++)
{
for (int j = i + 1; j < db; j++)
{
if (paros[i] > paros[j])
{
csere = paros[i];
paros[i] = paros[j];
paros[j] = csere;
}
}
}
for (int i = 0; i < db; i++)
{
System.out.print(paros[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}
Ez egy tökéletes feladat arra, hogy az eddig tanultakat összefoglalja. Sok ismerős részletet láthatunk benne, de lássuk akkor részenként:
12-17 – Adott méretű tömb létrehozása, majd feltöltése véletlen számokkal.
19-22 – A kisorsolt tömb kiíratása.
24 – Sordobás a sorsolt tömb kiíratása után, hogy ne folyjon egybe majd a rendezett tömb kiíratásával.
26-33 – A kiválogatáshoz megszámoljuk, hány elemet kell majd átrakni az új tömbbe.
35 – Létrehozzuk az új tömböt.
37-45 – Kiválogatjuki (átmásoljuk) a páros számokat az új tömbbe.
47-59 – Rendezzük az új tömböt.
61-64 – Kiírjuk a kiválogatott és rendezett új tömböt.
66 – Egy bónusz sordobás a végére, hogy ha bővíteném a programot, akkor az új kiíratás új sorban kezdődjön.
Adott tehát egy elsőre bonyolultnak tűnő feladat, amit szétbontottuk olyan részekre, melyeket már külön-külön meg tudunk oldani. Ezeket a kész megoldásokat (tömb feltöltés, kiíratás, megszámlálás, kiválogatás, rendezés, stb) megfelelő sorrendben hibátlanul összerakjuk, és kész a feladat teljes megoldása. Ugye így jobban belegondolva nem is olyan nehéz? Feltéve hogy az eddigi tananyagokat már készségszinten alkalmazni tudod. Sokszor az a legnehezebb feladat, hogy felismerjük azt, hogy az aktuális feladat milyen kisebb alkotóelemekre bontható, melyekre már kész megoldásaink vannak. Ha ez a részekre bontás megy, akkor gyakorlatilag sokszor gépelési feladattá tudjuk egyszerűsíteni a feladatok nagy részének megoldását.
Többdimenziós tömbök, avagy tömbök egy csokorban
A tömb, mint összetett adattípus az előző anyagokból már ismerős lehet. Míg a tömbök egy adatsort tartalmaznak, a többdimenziós tömbök pedig többet. A többdimenziós tömbök valójában tömbök tömbjei. A dimenziók száma elméletileg nincs korlátozva, gyakorlatilag 3 dimenziónál többel dolgozni nem feltétlenül praktikus.
Egy általános tömb deklarációja a következőképp néz ki:
// deklarálás és inicializálás, ami csak 0 értékekkel tölti fel a tömböt
int[] tomb = new int[10];
// deklarálás és azonnali kezdőérték adás
int[] tomb = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
// adott indexű elem kiválasztása
tomb[5]
Ez a többdimenziós tömbök esetén is hasonló, de mivel ezek tömbök tömbjei, ezért ezt formailag is jelezni kell.
Kétdimenziós tömbök
// kétdimenziós tömb deklarálása és inicializálása
int[][] tomb = new int[2][3];
// kétdimenziós tömb adott elemének kiválasztása
tomb[1][2]
Az előző deklarálás azt jelenti, hogy létrehozunk egy 2 sorból és 3 oszlopból álló kétdimenziós tömböt. A sorok és oszlopok sorszámozása (indexelése) itt is 0-val indul, mint általában a tömbök esetén. Mint már említettem, a többdimenziós tömb valójában tömbök tömbje, de formailag ez hogy néz ki? Nézzük meg egy konkrét példán keresztül:
int[][] tomb = { { 2,4,6 }, { 3,7,8 } };
Mit is jelent ez? Adott két sor (a két kicsi tömb darabszáma, ami a számokat tartalmazza) és adott 3 oszlop (ami a kis tömbökben lévő számok darabszámát jelenti). Láthatod, hogy a kis tömbökben lévő számok darabszáma megegyezik, ez nem véletlen. Valójában ez a szám az oszlopok száma. Hogy jobban látható legyen, átrendezem az előző példában szereplő tömb szerkezetét:
int[][] tomb = {
{ 2,4,6 },
{ 3,7,8 }
};
Így már egyértelműbb, hogy mit jelent a sorok és oszlopok száma. A két kis belső tömb jelenti a sorokat, egymás alá írva őket, valóban sorokat alkotnak. A bennük lévő elemek száma pedig kötött, mert ez jelenti az oszlopok számát. A két sort összefogó külső tömb határolóit direkt külön sorba írtam, hogy az ne zavarjon, de az is a struktúra része. Amikor hivatkozunk egy elemre (tomb[1][2]), akkor azt mondjuk meg, hogy az 1-es indexű kis tömbnek (a másodiknak) a 2-es oszlopában (a harmadikban) lévő 8-as elemre gondolunk. Ne feledd, a sor és oszlop indexelése is 0-val kezdődik.
A kétdimenziós tömbök kezeléséhez szinte minden esetben két egymásba ágyazott ciklusra van szükség, olyanokra, mint amilyeneket a rendezéseknél is láthattál. A külső ciklus a sorszámot, a belső az oszlopszámot lépteti. Nézzük meg, hogy néz ez ki:
1
2
3
4
5
6
7
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
tomb[i][j] = (int)(Math.random()*10);
}
}
Ez a példa végigmegy a tömb összes elemén, és mindegyiket egy [0;9] intervallumból sorsolt számmal tölt fel. Láthatod, hogy van egy tömbelem kiválasztás (tomb[i][j]), ami az előzőleg ismertetett módon [sor][oszlop] választja ki az adott elemet. Mivel a későbbiekben nagy valószínűséggel mindig ugyanolyan nevű változókat használsz, ezért jó ha megjegyzed, hogy az i változóval jelölöd a sorokat, és j-vel az oszlopokat. Ez a későbbiekben fontos lesz, hogy tudd, melyik melyik.
A kiemelt sorban van igazából az érdekesség, ami elsőre furcsa lehet. A tömb i indexű elemének tömbmérete? Kétdimenziós tömbben a tömb deklarálása után az inicializáláskor meg kell határozni a tömb méretét. Így van ez az alap tömbök esetén is, és így van ez itt is. A különbség az, hogy itt külön kell beállítani a sorok és oszlopok számát. Először a sorok, utána az oszlopok számát. De akkor a tomb.length melyiket adja meg a kettő közül, és hogy kapjuk meg a másikat? Tisztázzunk akkor pár sarokpontot az ilyen tömbök kezelésével kapcsolatban
tomb.length; // sorok száma (a kis tömbök darabszáma)
tomb[1]; // az 1-es indexű sor elemei (2. sor tömbje)
tomb[i].length; // oszlopok száma (az i indexű tömbben lévő elemek száma)
tomb[3][2]; // tömbben tárolt elem, ami a 4. sor 3. oszlopában van
Az oszlopok számát miért egy i indexű sor méretéből kapjuk meg, miért nem fixen a 0 indexű sor méretéből? Azért, mert létezik egy speciális többdimenziós tömbtípus, melyet nagyon ritkán használunk, és ott eltérhet az egyes sorok (kis tömbök) mérete, így mindig az aktuális sor méretével dolgozzunk.
Kétdimenziós tömbök bejárása
az összes elem bejárása:
Ebben az esetben két ciklusra van szükség, amire már láttál példát a tömb feltöltésénél.
egy sor bejárása:
Ekkor elég csak egy konkrét soron végigmenni egyetlen ciklussal. Ebben a példában a 3. sor összes elemét írjuk ki egymás mellé. Ez a következőképp néz ki:
for( int j = 0; j < tomb[2].length; j++ )
{
System.out.print(tomb[2][j]+" ");
}
Ebben az esetben láthatjuk, hogy a tomb[2]-re hivatkozok fixen, több helyen is. Először a ciklus fejében, ahol a 2-es indexű (3.) sor elemeit akarom kiírni. Valamint a konkrét elem kiválasztásánál is látszik, hogy csak a 2-es indexű sor szerepel, de azon belül a j-vel végiglépkedek a sor összes elemén (oszlopán). Technikailag a j helyett itt i is lehetne ciklusváltozó, a program akkor is tökéletesen működne. Logikailag azért szoktam javasolni, hogy j legyen, mert akkor jobban rögzül, hogy a j az oszlopokat jelenti, és most csak az oszlop változik, a sor kötött.
egy oszlop bejárása:
Az előzőhöz hasonlóan itt is elég egyetlen ciklus, hiszen egyetlen oszlopon kell csak végigmenni. Ekkor az oszlop száma kötött és csak a sorszám változik. Ez így néz ki:
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
System.out.println(tomb[i][4]);
}
Láthatod, hogy a ciklus fejében máshogy szerepel a futási feltétel, csak tomb.length szerepel, ami a sorok számát jelenti. A ciklusmagban pedig az adott elem kiválasztásakor a oszlopszám fix (jelen esetben a 4-es indexű 5. sor) és az sorszám az, ami változik, ezért használtam i ciklusváltozót.
Most már tetszőleges kétdimenziós tömböt be tudunk járni, jöhetnek az ezzel kapcsolatos feladatok. Az első feladat a tömb feltöltése, a többi feladatban pedig ezzel a tömbbel dolgoznánk.
Gyakorló feladatok
Tölts fel egy 3×5-ös kétdimenziós tömböt a [-10;30] intervallumból:
int[][] tomb = new int[3][5];
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
tomb[i][j] = (int)(Math.random()*41)-10;
}
}
Írd ki a tömböt sorokba és oszlopokba rendezve:
int[][] tomb = new int[3][5];
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
// egymás mellé írom ki egy sor elemeit
System.out.print(tomb[i][j]+" ");
}
// ha végeztem egy sor kiírásával, akkor új sort kezdek
System.out.println();
}
Írd ki a tömbben szereplő számok összegét:
int osszeg = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
osszeg = osszeg + tomb[i][j];
// vagy osszeg += tomb[i][j];
}
}
System.out.println("A tomb elemeinek osszege"+osszeg);
Írd ki a 2. sor összegét:
int osszeg = 0;
for( int j = 0; j < tomb[1].length; j++ )
{
osszeg = osszeg + tomb[1][j];
// vagy osszeg += tomb[1][j];
}
System.out.println("A 2. sor osszege"+osszeg);
Számold meg, hány negatív szám szerepel a tömbben:
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
if( tomb[i][j] < 0 )
{
db++;
}
}
}
System.out.println("A tombben "+db+" negativ szam van.");
Számold meg, hány páros szám található a 3. oszlopban:
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i][2] % 2 == 0 )
{
db++;
}
}
System.out.println("A tomb 3. oszlopaban "+db+" paros szam van.");
Írd ki, melyik a legkisebb elem a tömbben:Ez a feladat nem teljesen ugyanaz, mint amit a minimumkeresésnél láthattál. Arra remélem emlékszel, hogy a minimumnak a helyét, és nem az értékét tároljuk, mert a helyéből két dologra is válaszolhatunk, ezt most nem írnám le újra. De itt a hely nem egy index, hanem kettő: [oszlop][sor]
Két dolgot tehetsz. Vagy két változót használsz a hely tárolására (egyet a sornak, egyet az oszlopnak), vagy egy két elemű tömbben tárolod, valahogy így:
int[] min = new int[2];
min[0] = sor;
min[1] = oszlop;
Vagy tárolhatod két változóban is:
int minI = sor;
int minJ = oszlop;
Rád bízom melyiket használod, a lényeg, hogy helyesen tedd. Lássunk akkor példát a bonyolultabbra:
int[] min = new int[2];
// ebben a két sorban állítom be, hogy az első elem az első minimum
min[0] = 0;
min[1] = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
// ha a tömb aktuális eleme kisebb, mint az eddigi minimum
// ahol a minimum elem sora min[0], oszlopa min[1]
if( tomb[i][j] < tomb[ min[0] ][ min[1] ] )
{
min[0] = i;
min[1] = j;
}
}
}
// na itt ne keverd össze a [ ] jeleket...
System.out.println("A tomb legkisebb eleme: "+tomb[min[0]][min[1]]);
Azért hasonlítsuk ezt össze azzal, ha két külön változóban tárolod a minimum elem sorát és oszlopát:
// ebben a két sorban állítom be, hogy az első elem az első minimum
int minI = 0;
int minJ = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
// ha a tömb aktuális eleme kisebb, mint az eddigi minimum
// ahol a minimum elem sora min[0], oszlopa min[1]
if( tomb[i][j] < tomb[minI][minJ] )
{
minI = i;
minJ = j;
}
}
}
// na itt ne keverd össze a [ ] jeleket...
System.out.println("A tomb legkisebb eleme: "+tomb[minI][minJ]);
Talán a két külön változó kicsit barátságosabb.
Ha igazán figyeltél az eddigiekben, kiszúrhattad, hogy más különbség is van a minimumkereséshez képest, azon kívül, hogy itt a minimum helyét értelemszerűen két számként tároljuk. Figyeld meg, honnan indulnak itt a ciklusok. Nem 1-től! A minimumkeresésnél emlékezhetsz, hogy az első (0 indexű) elem a legkisebb, ezért a ciklus 1-es indextől kezdődik, hogy önmagával már ne hasonlítsuk össze. Itt ezt nem tehetjük meg. Miért?
Ha a külső ciklusban az i változó 1-től indulna, akkor az első (0 indexű) sor teljesen kimaradna a vizsgálatból. Ha a belső ciklusban a j változó indulna 1-től, akkor pedig minden sor első eleme, vagyis a teljes első (0. indexű) oszlop maradna ki. Itt kénytelenek vagyunk az első minimumot önmagával is összehasonlítani, ami azért valljuk be, nem túl nagy veszteség. De ha nem így oldod meg, akkor súlyos hiba.
Háromdimenziós tömbök
Többdimenziós tömböket 3 dimenzió felett nem igazán használunk. A 3. dimenzióval még van értelme dolgozni, mondjuk térbeli koordináták, vagy képfeldolgozás esetén mondjuk egy RGB kód tárolása esetén. Ebben az esetben formailag így néz ki a tömbünk:
// háromdimenziós tömb deklarálása és inicializálása
int[][][] tomb = new int[4][5][2];
// háromdimenziós tömb adott elemének kiválasztása
tomb[1][2][1]
Itt a 3. dimenzió mondjuk mint egyfajta magasság értelmezhető térbeli pontok tárolása esetén. Színkódoknál pedig a 3 színkomponens értékét tárolhatjuk a tömbben. Ezekben az esetekben a tömb teljes bejárása értelemszerűen 3 ciklust jelent, de csak az első sorbeli magasságadatok bejárása is két ciklust igényel. Akkor van szükség egy ciklusra, ha a 3 dimenzióból 2 rögzített. Például az első sor második eleméhez tartozó pontok (a tomb[0][1] magasságoszlopa) bejárása esetén.
Fűrészfogas tömbök
Láthattad, hogy a kétdimenziós tömbök esetén az oszlopok száma minden esetben megegyezik. Ez azonban nem mindig van így. Megadható az is, hogy az egyes sorok változó (de megadásuk után fix) hosszúak legyenek. Ezt a szerkezetet fűrészfogas tömbnek is szokás nevezni. Ilyen szerkezetet nagyon speciális esetekben használunk, de a kezelése a fentiek alapján meglehetősen egyszerű. Lássuk hogyan deklaráljuk ezt:
// először csak a sorok számát adjuk meg
int[][] tomb = new int[3][];
// ezután használat előtt egyenként adjuk meg a sorok méreteit
tomb[0] = new int[5];
tomb[1] = new int[7];
tomb[2] = new int[3];
// töltsük fel a tömböt a [0;9] intervallumból
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
tomb[i][j] = (int)(Math.random()*10);
}
}
// írjuk ki a tömböt
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
System.out.print(tomb[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
Láthatod, hogy a tömb sorai nem egyforma hosszúak. Itt csak arra kell vigyázni, hogy direkt hozzáféréssel soha ne hivatkozz olyan indexű elemre, ami nem létezik. Nem értelmezhető például a 4. oszlop, mivel a 3. sorban csak 3 oszlop található. De a tömb bejárása, minimum/maximum keresés, sorösszeg, tömb összeg, megszámlálások, gond nélkül kivitelezhetők a fent kidolgozott példák alapján, de csak akkor, ha ezek nem egy oszlopra korlátozódnak. Csak akkor kell nagyon figyelni, ha csak oszlopban akarunk mozogni, mert tisztázni kell előre, létezik-e teljesen az adott oszlop, vagy valamelyik sorban lyukas. Ez a fűrészfogas szerkezet 3 és több dimenzióra is létrehozható, de azzal már szinte csak elméleti síkon kell számolni.
Adatbekérés, avagy készítsünk interaktív programokat
Ahogy előre haladunk a programozás tanulásában egyre inkább felmerül az az igény, hogy ne csak előre megadott adatokkal dolgozzon a program, hanem menet közben mi is adhassunk neki munkát. Vagy egyszerűen csak befolyásoljuk a program működését. Az is szempont lehet, hogy adatbekéréssel tesztelésre szolgáló bemeneti értékekkel kideríthessük az esetleges szemantikai hibákat.
Az adatbekérést többféle módon is megoldhatjuk, én maradok az egyik egyszerű, direkt erre a feladattípusra készített osztály, a Scanner használatával. Látni fogjuk, hogy ez rugalmasan használható többféle típusú adat bevitelére is, és a használata meglehetősen egyszerű.
Mivel ez a Scanner egy előre megírt osztály, a program elkészítésének első lépése importálni azt a készítendő kódunkba, még a program osztályainak megadása előtt: import java.util.Scanner;
Ha ez megvan, ettől a ponttól kezdve deklarálhatunk Scanner típusú változót, és létrehozhatunk belőle egy Scanner objektumot, ami az adatbekérésben segítségünkre lesz. Nézzünk akkor egy példakódot, amiben lépésenként elmagyarázom, hogy melyik kiemelt sornak mi a szerepe.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
import java.util.Scanner;
public class Adatbekeres
{
public static void main( String[] args )
{
Scanner sc;
sc = new Scanner(System.in);
int szam;
szam = sc.nextInt();
sc.close();
System.out.println("A bekert szam ketszerese: "+szam*2);
}
}
A lényegi részeket kiemelve nézzük meg a program részeit:
A kód elején a Scanner osztály importálásával kezdünk, mert enélkül nem tudjuk használni.
Ha már használhatjuk, akkor létre kell hoznunk egy Scanner objektumot, ami majd az adatbekérést fogja végrehajtani. Ez történik meg a 7. sorban.
A létrehozott Scanner objektumunkat egy sc nevű változóban fogjuk tárolni, így bármikor egyszerűen elérhetjük. Természetesen más nevet is megadhatunk neki, de lustaságból én nem adok meg hosszabb nevet, minek annyit gépelni 🙂
A Scanner osztálynak meghívjuk a konstruktorát, és odaadjuk neki a System.in bemenetet, ami alapértelmezetten a billentyűzet. Ettől kezdve az objektumunk a billentyűzetről fogja beolvasni az általunk megadott adatokat.
A Scanner objektumnak meghívjuk a nextInt() metódusát, amely a begépelt és Enter billentyűvel lezárt adatbevitel esetén a begépelt számot azonnal eltárolja egy int típusú változóba.
Lezárjuk a Scanner-t, miután már nincs rá szükségünk.
Scanner-rel többféle típusú adatot is bekérhetünk. Ez csak a használt metódustól függ. Példaként álljon itt néhány úgy, hogy előtte szerepeljen a változó is, amiben eltároljuk a beírt adatot:
String s = sc.nextLine();
float f = sc.nextFloat();
double d = sc.nextDouble();
byte b = sc.nextByte();
long l = sc.nextLong();
A Scanner használható arra is, hogy egy adatbekérésnél egy adott határoló mintát megadva darabolva kérjünk be valamit, mondjuk neveket szóközzel elválasztva. Erre azonban majd a Stringek split() metódusát fogjuk használni, így erre külön most nem térnék ki.
ArrayList, avagy a felmentő sereg a rugalmatlan tömbök helyett
A tömbök korlátjai
Szerintem mindenki emlékszik arra a pillanatra, amikor megismerte a tömböket. Vagy szerelem volt első látásra, vagy ekkor esett először komolyan kétségbe. De ha túltette magát az első sokkon, akkor rájött, hogy nem is olyan bonyolultak. A tömböket nagyon szeretjük. Nagyon sok és sokfajta adatot képesek tárolni. Ezek lehetnek primitív, vagy referencia típusok is. Mi több, az elemeknek sorrendje van. A nagyon sok adatból bármikor kivehetünk egyet. Akár megvizsgálhatjuk az összeset, szigorúan sorban haladva. Akkor mi a gond vele?
A mérete
A bővítése
Keresés az elemei között
Sorolhatnám még, de bevezetésnek ennyi pont elég.
Az első problémával már biztosan találkoztál. A tömbnek elsőre jó méretet kell választani. Miért? Mert a mérete fix. Ez egy nagyon komoly döntés. Ez nem egy hajvágás. Az kinő újra. De egy tömb méretét megváltoztatni… Aztán rájössz, hogy nagyobb kell, akkor készíthetsz másikat, és abba átpakolhatod az eredeti értékeket, meg azokat, amik nem fértek el. És ha az is kicsi lesz? Vagy elsőre kiszámolhatod, hogy mekkorára van szükség, és létrehozod amekkora kell. És ha valami nem várt esemény miatt mégiscsak kicsi? Vagy épp túl nagy?
A második gond elsőre hasonlíthat az elsőhöz, valójában teljesen más. Itt bővítés alatt nem feltétlenül arra gondolok, hogy a tömb kicsi. Tételezzük fel, hogy van egy 100 elemű tömböd. Okosan ekkorát hoztál létre, mert tudtad, hogy ennél több elemet soha nem kell tárolnod. De csak 65-öt tettél bele. Akkor is felkészültél mindenre, mert az új elemeket bármikor odarakhatod a tömb végére. Az már csak apróság, hogy ha nincs tele a tömb, akkor a méretét megadó tömb.length értelmét vesztette. Neked kell külön nyilvántartanod és folyamatosan frissítened, hogy mennyi valódi elem van benne. Ráadásul olyan ügyes vagy, hogy így még ki is vehetsz elemet a tömb végéről (pontosítok, nullázod az ottani elemet), és ekkor csökkentheted a valódi elemszámot tároló változót. Profi. Hozzáadhatsz és el is vehetsz belőle. Az is apró szépséghiba, hogy a tömb végén a nem valódi elemek ugyanakkora memóriát foglalnak, mint az elején lévő valódiak. Képzeljük el, hogy gyerekek neveit tárolod annak megfelelően, hogy a tornasorban hol állnak. Érkezett egy új gyerek. Hova állítod? A sor végére? Elég ritka eset. De a tömbbe nem lehet csak úgy akárhova beszúrni egy elemet. A többit odébb kell pakolni. Neked. És ha távozik egy gyerek? Az sem feltétlenül a sor végéről fog eltűnni. És a többi üresen hagyja a helyét? Vagy pakoljunk mindenkit eggyel előrébb, aki utána állt?
A harmadik probléma akkor jött elő, amikor meg akartuk tudni, hogy egy tömbben benne van-e egy elem, akkor meg kellett keresni. Ha ügyesek voltunk, és lehetőségünk volt rá, akkor valamilyen rendezett tömbbel dolgoztunk. Abban lehet, hogy nem lineárisan, minden elemet megvizsgálva kell keresni. De milyen jó lenne, ha a kereséssel nem nekünk kell foglalkozni, hanem azonnal választ kaphatnánk arra, hogy benne van-e a keresett elem, vagy nem.
A tömbök buták. Szeretjük őket, de buták. A tanulmányaink elején muszáj megismernünk őket. Rajtuk keresztül tanulunk meg programozni. És minél jobban megtanulunk, annál jobban megismerjük a korlátait. Felismerjük azt, hogy amit mi eddig félistenként tiszteltünk, mert mindent meg tudtunk oldani vele (igaz, néha körülményesen), valójában inkább spanyolcsizma. Szűk, rugalmatlan, és ha sokat akarunk ugrálni, akkor nagyon szúr.
Ismerjük meg azt, ami minden gondunkat megoldja.
ArrayList
Ha nagyon sarkosan szeretnénk fogalmazni, mondhatnánk, hogy az ArrayList egy változtatható méretű tömb. Sőt, a méretével egyáltalán nem kell foglalkoznunk, ha nem akarunk. Megkérdezni azért szabad.
Az ArrayList valójában egy osztály, ami a motorháztető alatt szintén egy tömbbel dolgozik. De nem most mondtam, hogy a tömb mérete fix? És ha változtatni kell a tömb méretén? Akkor létrehoz egy újat és azzal dolgozik. Az ArrayList osztály tele van pakolva olyan hasznos metódusokkal, amelyek az összes előzőleg felsorolt problémát nemcsak hogy megoldják, hanem még többre is képesek. Oké, így picit becsapva érezheted magad, hiszen mégis csak tömböt használsz. Csak nem Te. És ez sok gondtól megkímél.
Lássuk akkor, hogyan használhatjuk az ArrayList-et, és mi mindenre jó. Tételezzük fel, szükségünk van egy olyan listára, mely egész számokat tárol.
Ahhoz, hogy létrehozhassunk egyet, importálni kell azt a kódot, ahol ő található, az ArrayList osztályt:
import java.util.ArrayList;
public class Lista
{
public static void main(String[] args )
{
ArrayList<Integer> szamok = new ArrayList<Integer>();
}
}
Az első kiemelt sor mutatja az osztály importálását, ilyet már láthattál a Scanner esetén. A második egy változó deklarálás és egy példányosítás. Akkor most dekódoljuk, hogy mit is látunk:
Megadunk egy ArrayList osztályú változót.
Rögzítjük, hogy ebben Integer osztályú objektumokat szeretnénk tárolni.
A változó neve: szamok
Egy új listát hozunk létre Integer típusoknak
És nem adunk meg semmit sem a konstruktorának.
Miért nem <int> szerepel a típusmegadásnál, ahogy a tömböknél láttuk? Mi ez az Integer? Nagy betűvel kezdődik, akkor ez egy osztály?
Igen. Ez egy burkoló osztály. Arra való, hogy becsomagolja magába a primitív értéket, így olyan helyen is használhatjuk azokat, ahol csak Objektummal állnak szóba.
Azért van erre szükség, mert a lista csak és kizárólag referencia típusú adatokat képes tárolni, primitív típusokat nem rakhatunk bele. Ha mégis azokat szeretnénk tárolni, akkor a primitív típusok megfelelő burkoló osztályát kell használnunk típusként:
int helyett Integer
double helyett Double
char helyett Character
boolean helyett Boolean
(valamint a többi egész és valós típus, azonos névvel)
Vegyünk egy tömb témakörrel kapcsolatos komplex feladatot, de most új barátunkat használjuk. Sorsoljunk ki 20 egész számot a [-10;40] intervallumból és tároljuk el őket. A kiemelt sorokat a példa után megmagyarázom, ezek tartalmazzák a gyakran használt ArrayList metódusokat és a lényegi részeket, melyek a lista általános használatához szükségesek.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
import java.util.ArrayList;
public class Lista
{
public static void main(String[] args )
{
ArrayList<Integer> szamok = new ArrayList<Integer>();
// töltsük fel a listát
for( int i = 0; i < 20; i++ )
{
szamok.add( (int)(Math.random()*51)-10 );
}
System.out.println("A lista mérete: "+szamok.size());
// írjuk ki az elemeit
for( int i = 0; i < szamok.size(); i++ )
{
System.out.print( szamok.get(i)+" " );
}
System.out.println();
// töröljünk ki a lista legkisebb elemét
// ha több legkisebb van, akkor az elsőt
int min = 0;
for( int i = 0; i < szamok.size(); i++ )
{
if( szamok.get(i) < szamok.get(min) )
{
min = i;
}
}
System.out.println("A legkisebb eleme: "+szamok.get(min));
szamok.remove(min);
System.out.println("A lista merete: "+szamok.size());
// a lista elemei
for (Integer i : szamok)
{
System.out.print(i+" ");
}
System.out.println();
// szúrjunk be egy véletlen elemet a lista elejére
szamok.add( 0, (int)(Math.random()*51)-10 );
for (Integer i : szamok)
{
System.out.print(i+" ");
}
System.out.println();
// nézzük meg, benne van-e az intervallum legnagyobb
// eleme a listában, és ha igen, hol?
int hely = szamok.indexOf(40);
if( hely > -1 )
{
System.out.println("A 40-es elem helye: "+hely);
}
else
{
System.out.println("Nincs 40-es elem a listában.");
}
// vizsgáljuk meg, van-e 0 érték a listában
if( szamok.contains(0) )
{
System.out.println("A lista tartalmaz 0-at.");
}
else
{
System.out.println("A lista NEM tartalmaz 0-at.");
}
// rendezzük a listában szereplő számokat növekvő sorrendbe
int csere;
for (int i = 0; i < szamok.size()-1; i++)
{
for (int j = i+1; j < szamok.size(); j++)
{
if( szamok.get(i) > szamok.get(j) )
{
csere = szamok.get(i);
szamok.set(i, szamok.get(j));
szamok.set(j, csere);
}
}
}
// írjuk ki a rendezett számokat
System.out.println("Rendezett sorrend:");
for (Integer i : szamok)
{
System.out.print(i+" ");
}
System.out.println();
// töröljük ki a negatív elemeket a rendezett listából
for( int i = 0; i < szamok.size(); i++ )
{
if( szamok.get(i) > -1 )
{
szamok.removeAll(szamok.subList(0, i));
break;
}
}
// írjuk ki a listában maradt elemeket
for (Integer i : szamok)
{
System.out.print(i+" ");
}
}
}
Akkor lássuk a feladat megoldását részenként, melyen keresztül az ArrayList működését is megértjük. A felsorolás elején lévő számok a kiemelt sorokat jelentik.
8 – Figyeld meg, hogy nem hivatkozok a lista méretére a feltöltésekor, mivel a mérete alaphelyzetben 0. A for ciklusban a futási feltételben számként adom meg, hogy 20x fusson le a ciklus, vagyis 20 elemet fogok eltárolni a listában. Minden elem hozzáadás után a lista mérete eggyel nő.
10 – Itt láthatod, hogyan adunk hozzá egy elemet a listához, ami mindig a lista végére kerül.
12 – A lista méretét a .size() metódussal kaphatod meg.
15 – A .size() már szerepelt, de most már a lista bejárásához használom egy for ciklus futási feltételében.
17 – A lista bármelyik eleme indexelhető, hasonlóan a tömbökhöz, csak itt a hivatkozáshoz a .get(index) metódust használjuk, és nem a tömböknél tanult tomb[index] szerkezetet.
32 – Bármilyen elemet eltávolíthatok az indexe alapján a .remove(index) metódussal. Az utána elhelyezkedő elemek eggyel balra tolódnak és a lista mérete eggyel csökken.
36-39 – Foreach ciklus használható az elemek eléréséhez, például kiíratás esetén. Ha csak az elemek számítanak és az indexük nem, akkor a foreach ciklus mindig használható a for helyett.
43 – Az add(index, elem) metódussal a lista tetszőleges helyére beszúrhatunk egy elemet. Ha nem a lista végére szúrunk be elemet, akkor a beszúrás helyén lévő és a mögötte állók eggyel jobbra tolódnak, vagyis valódi beszúrásról beszélünk, nem cseréről!
53 – Az String kezelésből már ismert .indexOf(elem) metódussal megkaphatjuk egy adott elem helyét a listában. Ha az eredmény -1, akkor nincs a listában. Az indexOf() mindig a lista elejéről indítja a keresést, és több előfordulás esetén az első találat helyét adja meg. A lastIndexOf(), hasonlóan a String témakörben tanulthoz hátulról adja meg az első előfordulás helyét, és -1-et ha nincs találat.
64 – A .contains(elem) logikai választ (boolean) ad arra a kérdésre, hogy az adott elem benne van-e a listában.
82-83 – A set(index, elem) metódus az index helyen lévő elemet cseréli fel az általunk megadottra. Ilyenkor a mögötte álló elemek a helyükön maradnak, vagyis nem beszúrás történik. Jellemzően az elemek felcserélésekor használjuk, hiszen az elemek eltávolítása és hozzáadása nem így történik.
102 – Ez egy komplexebb példa. Egy listából ki lehet törölni egy másik lista elemeit. Jelen esetben a .subList(int start, int end) metódust használom. A for ciklusban megnézem, hogy a rendezett tömbben hol található az első nem negatív elem. Ennek a helye i lesz. A szamok.subList(0, i) azt jelenti, hogy a 0 indextől az i előtti indexig tartó elemeket kiemelem a listából, majd ezt a kapott listát odaadom a removeAll metódusnak, hogy ezeket törölje a szamok listából.
Ezek a példák lefedik az ArrayList témakör nagy részét. Persze vannak még finomságok benne, de úgy gondolom indulásnak ennyi pont elég. Egy fontos dolgot viszont megemlítenék:
Az ArrayList is túlindexelhető! Nem hivatkozhatsz olyan indexű elemre, ami nem létezik!
ArrayList, de nem minden áron
A helyzet az, hogy nem minden esetben éri meg az ArrayList-et használni. Tény, hogy rengeteg mindent tud, de a tömböket nem válthatja ki teljes mértékben. Tisztázzunk akkor pár irányelvet, melyet figyelembe kell venni, hogy ha választanod kell a tömb és az ArrayList között.
Tömb:
Ha a tanulmányaid elején jársz.
Ha előre tudod, hány elemet szeretnél tárolni, és nem akarod bővíteni a számukat.
Ha csak primitív értékeket tárolsz.
Ha az alap algoritmusokat még nem alkalmazod hibátlanul.
ArrayList:
Ha már az alap algoritmusokat tetszőleges feladatokban hibátlanul alkalmazni tudod.
Ha objektumokkal dolgozol.
Ha a tárolt elemeid száma változhat.
Ha a tömbök már inkább korlátoznak, mint segítenek.
Diamond operátor
A 7-es verziójú Java-tól kezdődően bevezették az úgynevezett diamond operátort. Ez valójában nem operátor, de hivatalos Java oldalon is így nevezik, valamint rengeteg hivatkozás is ilyen névvel illeti. Arról van szó, hogy a lista deklarálása után az inicializáláskor nem kötelező a típust megadni, a szerkezetből elhagyható. A 6. sorban lévő eredetileg ismertetett deklarálást és inicializálást rövidítheted a 7. sorban látható módon. A diamond talán a típuselhagyás után ottmaradó <> jelek alakjára utal.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
import java.util.ArrayList;
public class Lista
{
public static void main(String[] args )
{
// ArrayList<Integer> szamok = new ArrayList<Integer>();
ArrayList<Integer> szamok = new ArrayList<>();
}
}
Osztályok és objektumok, avagy mi van a motorháztető alatt
Fura lesz, de nem a címmel megegyező sorrendben ismertetném ennek résznek az anyagát. Az ok egyszerű. Először értsük meg nagy vonalakban, hogy mi az objektum, az miből lesz, és mi az ami a működésében nagyon fontos szerepet játszik. Oké, mondhatod azt, hogy a Metódusok témakörben már elmagyaráztam, hogy mik ezek. Persze, tényleg ejtettem róluk pár szót, de csak a felszínt kapargattam. Most egy picit mélyebbre ásunk. A végéig persze most sem jutunk el, de már sokkal közelebb kerülünk ahhoz, hogy miért is jó nekünk a Java.
Objektum
A Java programozási nyelv alapvető eleme az objektum. Az ilyen nyelveket objektum orientált (OO) programozási nyelveknek nevezzük. Az objektum az adott feladat szempontjából fontos, a valódi világ valamilyen elemének a rá jellemző tulajdonságai és viselkedései által modellezett eleme. Az objektumokkal kapcsolatban valamilyen feladatokat szeretnénk megoldani. A nyelv tervezésekor fontos szempont volt az, hogy az objektumok többé-kevésbé állandóak, de a hozzájuk tartozó feladatok nem, ezért az objektumok kapnak nagyobb hangsúlyt. A mai programok nagyon sok, egymással kölcsönhatásban álló elemből állnak, így nem is igazán programokról, hanem programrendszerekről beszélhetünk.
Az objektumokkal kapcsolatban alapvetően négy fontos dologról beszélhetünk:
Adat és kód egysége
Zártság
Öröklődés
Polimorfizmus
Ezekből az utolsó kettőt nagyvonalúan későbbre teszem, ha folyamatosan haladsz a tanulással, akkor egyelőre inkább csak összezavarna.
Adat és kód egysége
Az elején már utaltam rá, hogy az objektum tulajdonságokból és viselkedésekből áll. Az előzőt nevezzük változóknak (adat), az utóbbit metódusoknak (kód). A kettő közötti kapcsolat az, hogy a változókat a metódusok kezelik, metódusok nélkül csak a bennük lévő egyetlen adat tárolására alkalmasak. Ezek szorosan együttműködve alkotják az objektum nagy részét. Az osztály ismertetésénél elmondom a többi alkotóelemet is.
Zártság
Az előzőekben tisztáztuk, hogy a változókat a metódusok kezelik. Ez alaphelyzetben nem így van, a változókhoz kívülről, direkt formában is hozzá lehet férni, ha nem vigyázunk. Vagyis metódusok nélkül is kezelhetőek. Sajnos. Ez viszont mindig roppant veszélyes. Egyrészt nem tudjuk biztosítani, hogy csak az kezelhesse, aki erre jogosult, másrészt lehet, hogy fogalmunk sincs az osztály felépítéséről, valamint hogy a változóit hogyan is kell kezelni.
Tegyük fel, írtál egy kutyát. Van egy éhséget, pontosabban annak mértékét tároló változója. Te úgy gondoltad, hogy ez a [0;10] intervallumból vehet majd fel értéket. A 0 jelenti azt, hogy a kutya nem éhes, tele van, a 10 pedig a majd éhen hal állapotot. És ha valaki ezt kívülről ellenőrzés nélkül -3-ra állítja? Fejre áll a programod. Azt, hogy egy változó milyen értékeket vehet fel, csak egyvalaki tudja jól, önmaga. (Meg remélhetőleg az, aki megírta) Ahhoz, hogy egy objektumot biztonsággal kezelhessünk, meg kell védenie a változóit, be kell zárni őket. Ha az objektum változóit priváttá tesszük, akkor csak és kizárólag ő férhet hozzájuk közvetlenül, mindenki más csak a metódusain keresztül ellenőrzött körülmények között használhatja. Ez szintaktikailag csak annyit jelent, hogy a változó deklarációját a típus megadása előtt a private kulcsszóval kell kiegészíteni:
private int ehseg;
Távirányítók
Az objektumok megszületésükkor az úgynevezett kupacra kerülnek. Mi az objektumhoz nem férhetünk hozzá közvetlenül, egyedül a címe az, amivel hivatkozhatunk rá. Egy változóban eltárolhatjuk, sőt el is kell tárolni az objektum címét. Így a változóval bármikor elérhetjük őt, beszélgethetünk vele, érdeklődhetünk a változói felől, stb. Erre egy példa:
Dog mydog;
mydog = new Dog("Buksi", "Tacsko", "Barna");
A mydog annak a változónak a neve, egyfajta “távirányító” lesz a létrehozott Dog objektumhoz. Ez is egy egyszerű változó deklaráció: típus változónév; Aztán teremtünk egy Kutyát! Előre megmondjuk, milyen tulajdonságai legyenek. Vedd észre, hogy az objektum címét tároló változó neve nem olyan típusú, amit eddig megszokhattunk. Azt is kiszúrhattad, hogy nagy betűvel írtam. Nem véletlenül. Ugye még mindig emlékszel, miket írunk nagy kezdőbetűvel?
Nagyon fontos dolog: Ne veszítsd el a távirányítódat, és ne is programozd át egy másik Dog-ra! Akkor az objektumodat is elvesztetted! A távirányítóval tudod kezelni a kutyádat. Megetetheted, megkérheted, hogy ugasson, stb.
A new egy speciális operátor, ami egy adott osztályból egy új példányt hoz létre. Ez a létrejött, betöltődött, beállított példány lesz a misztikus Objektum. A new utáni részt konstruktornak nevezzük, mindjárt előszedjük ezt is.
Szép dolog az objektum, szinte még el se kezdtem beszélni róla, de akkor miből is lesz? Osztályból.
Osztályok
Amikor egy Objektumot létrehozunk, azt valójában egy osztályból hozzuk létre. Az osztály egy megírt Java forráskód, aminek nagy vonalakban a következő részei vannak:
Változók
Metódusok
Konstrukciós műveletek
Az első kettőről már hallottál, az utolsó volt az, amit megígértem, hogy előszedjük. A konstrukciós műveletek olyan speciális részei az osztálynak, amelyben azt írjuk le, hogy az objektumot hogyan kell felépíteni, létrehozni a terv alapján.
Az osztály az objektumok terve!
public class Dog
{
// Változók
String nev;
String fajta;
String szin;
// Metódusok
public String getNev()
{
return nev;
}
public String getFajta()
{
return fajta;
}
public String getSzin()
{
return szin;
}
// Konstruktor
public Dog(String nev, String fajta, String szin)
{
this.nev = nev;
this.fajta = fajta;
this.szin = szin;
}
}
Amikor az osztályból egy új példányt szeretnénk létrehozni, a konstruktor az, amit megkérünk, hogy építse fel nekünk. Kell egy kutya! Lássuk akkor újra azt a pillanatot, amikor tényleg létrehozzuk egy kutyát. A terv már megvan, már csak le kell gyártani.
d = new Dog("Buksi", "Tacsko", "Barna");
Tehát a new utáni rész a konstruktor, ami a példában az osztály végén látható. Amikor egy kutyát létre akarunk hozni, meg kell mondanunk a nevét, fajtáját és színét. Pontosan ebben a sorrendben. Ha ezt nem tesszük meg, nem lesz kutyánk!
Miért kell megadni mindhármat? Nem lehet ezt megadni később? Lehetne, de ha megnézed, a Dog osztály konstruktora 3 paramétert vár, mert csak akkor tudja a kutyádat felépíteni, ha ezeket megkapja. Mindet. Pontosan ebben a sorrendben! Ha ezekből akár egy is hiányzik (vagy több van), akkor már a fordítótól hibaüzenetet fogsz kapni, mert ő nyilvántartja, hogy melyik tervnek hány és milyen típusú bemenő adat kell ahhoz, hogy objektumot hozhasson létre.
Egy osztálynak lehet több konstruktora is!
Ezt hívjuk a konstruktor túlterhelésének. Lehet olyan is, hogy a kutya összes adatát meg kell adni. Lehet olyan is, hogy csak a nevét. Lehet olyan is, hogy a nevét és a fajtáját. Ezzel kapcsolatban fontos tudnivaló:
Csak olyan konstruktorok lehetnek egy osztályban melyek a paraméterek számában és típusában is eltérnek!
Így hibás, mert a két konstruktor azonos típusú és számú paraméterrel rendelkezik:
public class Dog
{
String nev;
String fajta;
String szin;
// Metódusok... nem idézem újra, elképzeled
// Konstruktor 1
public Dog(String nev, String fajta)
{
this.nev = nev;
this.fajta = fajta;
}
// Konstruktor 2
public Dog(String nev, String szin)
{
this.nev = nev;
this.szin = szin;
}
}
Egy ilyen példa esetén a második konstruktorra hibát fog jelezni a fordító, mert az osztály már rendelkezik olyan konstruktorral, amely két Stringet vár paraméterként.
Nagyon fontos, hogy a létrehozott objektumnak azonnal legyen egy rá mutató változója is (távirányító), különben úgy kerül a kupacra, hogy senkihez nem tartozik, így hamarosan csúnya véget ér! Vagyis soha, de soha ne csinálj ilyet (ha szereted az állatokat).
Hibás:
new Dog("Bodri", "Kuvasz", "Feher");
Szegény Bodri…
Csakis úgy példányosítsd, hogy az objektumot egy osztállyal megegyező típusú változóban, tömbben, listában, stb tárolod el. Azért, hogy később használni tudd, és ne kóboroljon a kupacon, amíg nem jön a sintér.
Helyes:
Dog d = new Dog("Bodri", "Kuvasz", "Feher");
// vagy
Dog[] kutyak;
kutyak[0] =new Dog("Bodri", "Kuvasz", "Feher");
// a listáról később...
Természetesen több kutyát is létrehozhatunk ebből az osztályból, csak legyen elég helyünk tárolni őket. Az osztályok egyik fontos szerepe az újrahasznosíthatóság. Nem kell 3 külön kódot írni arra, hogy legyen 3 kutyád, elég ugyanabból az osztályból létrehozni őket, de a tulajdonságaik lehetőleg legyenek különbözőek. Látható az is, hogy ha tényleg ilyen egyformák a kutyák, akkor minek készítsek nekik külön tervet? Hiszen ugyanolyan tulajdonságaik vannak, pontosabban a tulajdonságok típusa egyezik meg. A konkrét értékeik mások. Ezt az azonos tulajdonságok és viselkedések szerinti összevonást nevezzük osztályozásnak. Akkor ezt ismételjük meg újra, mert ez egy fontos dolog:
Osztályozásnak nevezzük azt a folyamatot, amikor az általunk modellezni kívánt valódi világbeli objektumokat közös tulajdonságok és viselkedések alapján csoportokba soroljuk.
Azt is meg kell jegyeznem, hogy még ha két tulajdonságaikban teljesen ugyanolyan kutyát hozok létre, az objektumaik akkor sem lesznek ugyanazok:
d1 = new Dog("Buksi", "Tacsko", "Barna");
d2 = new Dog("Buksi", "Tacsko", "Barna");
System.out.println(d1 == d2); // false
A fenti példában a két kutya minden tulajdonsága megegyezik, de a két objektum mégsem egyforma. Két teljesen különálló valami van ott a kupacon, de attól még nincsenek összekötve. Amikor használod a new-t, akkor mindig egy új objektumot teremtesz. Akkor is, ha már van egy látszólag pont ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkező. Azt, hogy két objektum mikor egyenlő, azt csakis Te határozhatod meg, a Java nem találhatja ki helyetted. Ezt majd a saját objektum témakörben megtanuljuk.
Végezetül térjünk vissza picit az osztályozáshoz. Ha tehát háziállatokat szeretnénk modellezni, akkor a lábaik száma, viselkedésük, táplálékuk, stb szerint csoportokba lehet őket sorolni. Mondjuk ezt előttünk a biológusok megtették, hiszen a fajokba sorolás is osztályozás. De az azonos tulajdonságok és azonos viselkedések alapján elég egy tervet írni az egy osztályba tartozó állatoknak. Emlékszel, a tulajdonságokat változóknak, a viselkedéseket metódusoknak nevezzük. Ezek az osztályok tehát a megírt forráskódok, és ezeket használjuk akkor, amikor a programjainkat működtetjük.
Objektumból egyelőre példának legyen elég ez a kutya, később készítünk bonyolultabbakat is, amelyek már tényleg működnek is!
Tömbök, avagy de sokan vagytok!
A tömb, mint adattípus az összetett adattípusok közé tartozik. A tömb valójában egy sorszámozott egyforma típusú elemeket tartalmazó halmaz. Halmaz alatt csak annyit értek, hogy több elemet tartalmaz. A tömbök mérete (hogy hány elemet tartalmaz) középiskolai szinten lényegtelen, akkora tömbökkel nem dolgozunk, ami a túl nagy méret miatt problémát okozna. Ami viszont fontos: a tömb mérete csak egyszer adható meg, amikor deklaráljuk a tömböt. Vagyis ha megadtam, hogy ez egy 10 elemet tartalmazó tömb, akkor ezen később nem változtathatok. Különösen figyelni kell erre akkor, amikor nem tudod, hogy hány elemet szeretnél tárolni, akkor kénytelen vagy az elméleti maximális méretet beállítani, amit a feladat ad meg. A tömböt logikailag ugyanúgy kell deklarálni, mint egy egyszerű változót. Megadjuk a típusát és nevét.
int[] tomb;
A tömb deklarálás formailag ettől el is térhet, a következő alakok is használhatóak:
int []tomb;
vagy
int tomb[];
Én az első deklaráció típust használom, számomra így logikus. Ha felolvasnám az általam használt alakot, akkor így hangzana: ez egy egészeket tartalmazó tömb, melynek neve: tomb. Félkövérrel kiemeltem a fontos részeket, amelyek pont ilyen sorrendben szerepelnek a deklarációban.
Észrevehetted, hogy itt csak a tömb típusát és nevét adtam meg, de a méretét nem. Pedig azt írtam, hogy a tömbnek mérete is van, ami a megadása után nem változhat. A tömb méretének megadása megtörténhet közvetlenül a deklarációkor. Ezt akkor célszerű így használni, ha már ekkor tudod, hogy hány elemet szeretnél tárolni benne. Adott a következő feladat: Sorsolj ki 10 egész számot és tárold el őket. Ilyenkor azonnal megadható a tömb mérete is:
int[] tomb = new int[10];
Az is előfordulhat, hogy szükségem lesz egy egészeket tartalmazó tömbre, de még nem ismert számomra, hány darab elemet szeretnék tárolni. Jellemzően ez fájlbeolvasáskor fordul elő, esetleg kiválogatás, szétválogatás témakörben, melyeket majd később ismertetek. Ilyenkor a tömb deklarálása után tetszőleges programkódok lehetnek, melyek nem használják még a tömböt, nem is használhatják, hiszen nincs mérete. Maga a tömb már név szerint létezik, de még nem foglalt le neki a rendszer memóriát az elemek tárolásához. Ellenben a méret megadása előtt megszámolhatom, hogy majd mekkora tömbre lesz szükségem, és akkor állítom be a méretet, ha már biztosan tudom mekkorára van szükségem.
int[] tomb;
// ...
// ...
tomb = new int[10]
A tömbméretet mindenképpen azelőtt kell megadni, mielőtt használni szeretnénk. Fontos azt is tudni, hogy habár a tömb méretének megadásakor a tömbbe mi még nem helyeztünk el elemeket, a tömb nem üres. A méret megadásának kulcsa a new operátor. Ez létrehozza magát a tömb objektumot, ami a méretnek megfelelő darabszámú elemet képes tárolni, és aminek a rendszer azonnal lefoglalja a tároláshoz szükséges memóriaterületet. Ennek során a tömbben lévő minden elem kap egy kezdőértéket, amely a tömb típusától függ. A kezdőérték minden elemnél számok esetén 0, logikai típus esetén pedig false lesz. Később, ha mi magunk helyezünk el bárhová a tömbben egy értéket , csak az adott helyen lévő elem kezdő értékét írjuk át. A tömb new operátorral történő létrehozását – ezáltal kezdőértékekkel való feltöltését – inicializálásnak nevezzük.
Lássuk hogyan lehet egy tömböt használni.
Egy tömb, mint már említettem egy sorszámozott egyforma típusú elemeket tartalmazó halmaz. A sorszámozásnak fontos szerepe van, mert az elemek sorrendje – amíg meg nem változtatjuk – kötött. Mindenkinek megvan a saját azonosítója, amit nevezzünk indexnek. A sorszám annyiban nem a legpontosabb elnevezés, hogy itt a sorszámozás – amit innentől nevezzünk indexelésnek – 0-val kezdődik. Ebből következik, hogy a legutolsó elem indexe mindig a tömbméret-1. Az indexek mindig pozitív egész számok!
Mivel minden tömbelem helye fix, és a helyét az elem indexe adja meg, ezért lehet egy tetszőleges elemre hivatkozni a következő módon:
tomb[index]
Ez az adott indexű helyen tárolt elem konkrét értékét adja vissza, és amíg direkt nem cserélgetjük össze az elemeket, vagy nem változtatjuk meg az értéküket, mindig ugyanazt az értéket adja. Így lehet például a tömb feltöltése közben az adott helyen lévő “tárolóban” értéket elhelyezni. Értelemszerűen az index legkisebb értéke 0 lehet (ez az első elem), a legnagyobb pedig tömbméret-1 (ez az utolsó). De hogyan tudjuk a tömbméretet megkapni? Az egy dolog, hogy mi adtuk meg a programban valahol, de már nem emlékszünk rá, vagy nem akarjuk mindenhova azt a konkrét számot beírni, mert lehet, hogy később átírjuk a tömb méretét. A tomb.length mindig megadja egy tetszőleges tömb méretét.
tomb[0] // mindig ez az első elem
tomb[tomb.length-1] // mindig ez az utolsó elem
Fontos, hogy nem a tömbben általunk eltárolt elemek számát adja meg, mert az lehet kevesebb is, mint a tömb mérete. Például tudom, hogy legfeljebb 20 értéket akarok tárolni, akkor egy 20 elemű tömbre van szükségem. És ha csak 15-öt tároltam el? Akkor az utolsó 5 üres lesz. Van ilyen. A tomb.length tehát azt a darabszámot adja meg, amennyi elem maximálisan elfér a tömbben és nem a már eltárolt elemek számát. Ha nem használtuk ki a tömb teljes méretét, akkor nekünk kell külön nyilvántartani, hogy melyik az utolsó elem, amit mi helyeztünk el a tömbben. Hiszen utána is vannak elemek a tömbben, a kezdőértékek. Az is lehet, hogy az általunk elhelyezett elem értéke 0, ami különbözik az utána következő 0 értéktől, ami már a kezdőérték miatt annyi! A lényeg: saját változóban tárold azt az indexet, ami annak az utolsó elemnek a helye a tömbben, amit te helyeztél el benne. Legyen ez a változó mondjuk db nevű.
tomb[db] // ez az utolsó általam elhelyezett elem
tomb[tomb.length-1] // ez pedig a tömb utolsó eleme, ami kezdőérték
Egyik kedvenc hibám, amit a diákoknál látok: tomb.lenght Ezt a hibát percekig lehet keresni. Hányszor futottam már bele ilyenbe. Tessék ügyelni a helyesírásra! Még ha nem is tanulsz angolt – ami az informatikában elég nagy hátrány – tanuld meg helyesen leírni az angol szavakat!
A feladat a következő: Töltsünk fel egy 10 elemű egészeket tartalmazó tömböt az [1;100] intervallumból és tároljuk el a kisorsolt értékeket. Amikor egy tömbbel dolgozunk, szinte mindig ciklusra van szükség. Hogy a ciklus milyen típusú (elöl tesztelő, hátul tesztelő vagy növekményes, esetleg speciális foreach), azt mindig az adott feladattípus dönti el. Amikor például egy tömböt feltöltünk értékekkel vagy ki akarjuk íratni a tartalmát, akkor úgyis végig kell nézni az egészet.
Mivel a ciklusokat már feltételezem, hogy ismeri az olvasó, így lássuk a megoldásokat alap feladatokra, egyelőre nem teljes programban. A lenti kódban a már ismertetett módon használom a számsorsolást:
1
2
3
4
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
tomb[i] = (int)(Math.random()*100)+1;
}
Ez a programrész egy tetszőleges méretű tömböt feltölt egy adott méretű intervallumból. A két kiemelt sor tartalmazza a lényege (a többi csak formaság). Az 1. sorban indítunk egy növekményes ciklust, ami egy ciklusváltozót (i) elindít 0-tól és addig megy amíg kisebb, mint a tomb nevű tömb mérete. Vagyis mi lesz az i utolsó értéke? Tömbméret-1. Ismerős? Ez az utolsó elem indexe. Vagyis ez a ciklus végiglépteti az i változót a tömb összes lehetséges indexén. Akármekkora is a tömb. Ezért kérdeztük meg a méretét tőle, mert lényegtelen, hogy a program elején mekkora tömbméretet adtunk meg. A 3. sorban pedig a léptetett indexeket felhasználva a tömb minden elemének egy véletlenszerű értéket adunk a megadott intervallumból. Apropó, ez melyik intervallum? … … … Számold ki!
Mi van akkor, ha ellenőrizni akarjuk, hogy a tömböt tényleg megfelelően töltöttük-e fel? Hátha elszúrtuk az intervallumot.
1
2
3
4
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
System.out.print(tomb[i]+" ");
}
Ezt a programrészt már nem is kell nagyon magyarázni. Az 1. sor ciklusa segítségével végigmegyünk a tömb összes indexén. A 3. sorban pedig mindig kiíratjuk a tömb aktuális indexű (vagyis mindegyik) elemét úgy, hogy egy szóközt is hagyunk utána, hogy az elemek elkülönüljenek egymástól.
Hogy néz ki ez az egész egyben?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
public class Tombfeltoltes
{
public static void main( String[] args )
{
// tömb deklarálása és méretének megadása
int[] tomb = new int[10];
// tömb feltöltése
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
tomb[i] = (int)(Math.random()*100)+1;
}
// tömb elemeinek kiíratása
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
System.out.print(tomb[i]+" ");
}
// extra sordobás
System.out.println();
}
}
Talán a 20. sor nem világos mit keres ott. Mivel a tömb elemeit egymás mellé írjuk le, ezért az utolsó elem után – vagyis a ciklus befejeztével – illik egy új sort kezdeni. Hátha jön még más feladat is, ami jó lenne ha elválna a kiíratástól.
Hamarosan bemutatom a tömbök komolyabb szintű kezelését is, de ehhez a fentieket készségszinten ismerni kell.
String, avagy minden, amit begépelhetsz (vagy nem)
A Java programozási nyelvben, mint megtudhattad, többféle változótípus létezik. Ezek egy része egyszerű (primitív) típus, de vannak összetett, komplexebb típusok, ezek minden esetben objektumok. Ezek egyike a karakterlánc, más nevén String.
Mint a neve is mutatja, ez egy osztály. Ez honnan látszik? Nagy kezdőbetűvel írtam a nevét. Nem csak én, már az alap program main programrészében is láthattad számtalanszor:
public static void main( String[] args )
A Stringek karakterekből állnak, melyek egymás után meghatározott sorrendben karakterláncot alkotnak. A Stringek nem csak kiíratható karaktereket tartalmazhatnak, olyanok is lehetnek benne, amelyek nem látszanak, ezekről majd később szót ejtek.
String deklaráció és értékadás
A String deklarációja a következőképpen néz ki:
String s;
A Stringnek meglehetősen sokféle módon adható kezdőérték, ebből lássunk egyet, igaz, ez a forma nem túl gyakori, létrehozok egy s nevű Stringet:
String s = new String();
Létrehoztam egy új, üres Stringet. Ezt mondjuk gyakran nem így használjuk. A new kulcsszóval egy új objektumot tudok létrehozni, ami az adott osztályból egy új példány. Az előző, tömbökről szóló anyag után ez már nagy meglepetést talán nem jelent, hiszen ott is ilyesmit írtunk, de a new-ról és szerepéről az Osztályok és objektumok témakörben olvashattál részletesebben. A String mérete is állandó, csakúgy, mint a tömböké.
A String a Java nyelvben megváltozhatatlan!
Ha egyszer beállítottad az értékét, akkor az attól kezdve mindig ugyanaz marad. Nézzünk akkor pár másik értékadási lehetőséget:
String s1 = "abcd";
char data[] = {'a', 'b', 'c'};
String str = new String(data);
String str2 = new String("xyz"); // ezt azért kerüljük..
String s2 = s1 + "efgh";
Az első esetben a String formai megjelenésének megfelelően adok meg egy értéket. A második esetben létrehozok egy karakterekből álló tömböt, amit odaadok a new-val létrehozandó String objektumnak, hogy abból állítsa elő magát. A harmadik esetben szinten new-val hozok létre egy új String objektumot, és odaadom neki egy literálként azt a karakterláncot, ami a tartalma legyen. Az utolsó példában egy Stringet egy másik bővítésével hozok létre, itt a + operátor mint az összefűzés műveleti jele szerepel.
A következő példa kicsit fura lehet:
String s = "abcd";
System.out.println( s ); // abcd
s += "efgh";
System.out.println( s ); // abcdefgh
Azt mondtam, hogy a String megváltoztathatatlan. Itt mégis hozzáfűztem valamit és az s-nek látszólag tényleg megváltozik a tartalma. És még működik is! Igen ám, de a háttérben nem ez történik:
Létrehozunk egy String objektumot, beállítjuk a kezdőértékét, és a címét hozzárendeljük az s változóhoz.
Amikor az s-hez hozzáfűzünk valamit, létrejön egy új String objektum a háttérben.
Ennek értéke az eredeti String objektum tartalma és az “efgh” literál összefűzéséből kialakított karakterlánc lesz.
Az s változóhoz az új objektum címe lesz hozzárendelve.
Az eredeti s-hez rendelt objektum meg változó nélkül marad, hiszen a változóhoz már egy új címet rendeltünk.
A változóhoz nem rendelt objektumot emiatt hamarosan kitakarítják a kupacból (de addig is foglalja a memóriát!)
Speciális String literálok
Amikor egy Stringnek értéket szeretnénk adni, léteznek bizonyos speciális karakterek. Ezek megadásához szükségünk lehet a backslash karakterre, ami a \ (visszaper jel). Ezen speciális karakterekre példa:
\n (sordobás)
\t (tabulátor)
\” (idézőjel karakter)
\\ (maga a backslash karakter)
Mi van akkor, ha a Stringben szeretnék idézőjeleket megjeleníteni?
Michael "Air" Jordan
Ebben az esetben a következő dolgot tehetjük:
String s = "Michael \"Air\" Jordan\n";
Itt a normál módon megadott idézőjelek a literál elejét és végét jelentik. Viszont a Stringben szeretnénk idézőjelet szerepeltetni, ezért a backslash (kivétel) karaktert tesszük elé, így tudni fogja a Java, hogy az Air szó előtti és utáni idézőjelek nem a String határait jelzik, hanem a String részei! A végén a \n pedig egy sordobást tesz a név végére.
És mi van akkor, ha magát a \ karaktert szerepeltetnénk a Stringben? Önmaga hogy lesz kivétel? Ezt szeretnénk megjeleníteni:
Gondolkodom, tehat vagyok. \Descartes\
Itt a String része lenne az a karakter, amivel a kivételeket szoktuk jelezni, de itt önmagát akarjuk megjeleníteni. Akkor hogy oldjuk meg, hogy a \ jelet a String részeként kezelje? Ekkor a következő a teendő:
String s = "Gondolkodom, tehat vagyok. \\Descartes\\";
Egyszerűen a \ jel elé kell egy másik, ami ezáltal önmagát teszi kivétellé. És mi van akkor, ha ez a String végén szerepel: \\” ? Ez sem gond, mert ezt nem egy kivételes idézőjelnek \” fogja tekinteni, hanem az első \ jel teszi kivétellé a második \ jelet, így az idézőjel normál módon a String literál végét jelenti.
String metódusok
Lássuk akkor, hogy mit kezdhetünk a Stringekkel. Amikor egy String típusú változót használunk, valójában egy objektummal dolgozunk. A változó csak az objektumra mutat. Az objektumoknak, mint a már említett Osztályok és objektumok témakörből megtudhattad változói és metódusai vannak. A Stringek változóiról nem kell tudnod, de a metódusairól, mellyel magát a Stringet kezelheted, annál többet! Lássuk akkor ezeket példákon keresztül, hogy mire is használhatók. A felsorolás nem lesz teljes, de a legfontosabbakat úgy gondolom, hogy tartalmazza.
Stringek egyenlőségének vizsgálata – equals()
A Stringek objektumok, és két objektum csak akkor egyenlő, ha az valójában ugyanaz az objektum.
Objektumok között az == operátorral végzett egyenlőség vizsgálat nem használható!
Itt egy példa, ami ennek látszólag ellentmond. Az s1 és s2 Stringek ugyanazt az értéket kapják meg kezdőértékként, és az == működik. Itt nagy valószínűséggel a háttérben a Java fordítóprogram csal egy kicsit, látva azt, hogy a két String egyforma, ezért valószínűleg ugyanazt az objektumot rendeli hozzá mindkettőhöz:
String s1 = "abcd";
String s2 = "abcd";
System.out.println(s1 == s2); // true (???)
Rögtön kibukik azonban a következő példánál az, hogy miért is emeltem ki azt, hogy == operátorral nem hasonlítunk össze objektumokat. Nézzük a következő példát:
String s1 = "abcd";
String s2 = new String("abcd");
System.out.println(s1 == s2); // false (!!)
Itt már valóban különbözik egymástól a két String. De akkor hogyan nézhetjük meg, hogy a két String egyenlő-e, ha az objektumok nem azok? Két Stringet akkor tekintünk egyenlőnek, ha ugyanaz a tartalmuk, vagyis ugyanazt a karakterláncot tartalmazzák. Ezt az összehasonlítást egy metódussal oldották meg.
String s1 = "abcd";
String s2 = new String("abcd");
System.out.println( s1.equals(s2) ); // true
Az equals() metódust egy String objektumban (formailag az objektum címét tároló változóban) kell meghívni, és oda kell adni neki azt a másik Stringet, aminek a tartalmát szeretnénk a sajátjával összehasonlítani. A feladat szempontjából teljesen mindegy, hogy melyiket hasonlítjuk melyikhez, az s1.equals(s2) helyett az s2.equals(s1) is használható.
Stringek összefűzése – concat()
Előfordulhat, hogy egy Stringet bővítenünk kell. Hozzá akarunk fűzni valamit. Emlékszel, azt mondtam, hogy a String megváltoztathatatlan. Amikor bővítjük, akkor egy újat hozunk létre, melynek a hivatkozását átállítjuk az eredeti változóban.
Mégis rendelkezésre áll egy metódus, concat() néven, mellyel Stringeket lehet összefűzni. Még egyszer hangsúlyozom, csak Stringeket.
String s = "Indul";
s = s.concat(" a");
s = s.concat(" gorog");
s = s.concat(" aludni");
System.out.println(s);
Amennyiben nem csak Stringeket szeretnénk összefűzni, minden további nélkül használhatjuk a + operátort. Ez a nem String változókat String változóra konvertálva végzi el az összefűzést. Ez az operátor, azonban lassabb, mint a concat() metódus, ezért ha több összefűzésről van szó és csak String típusúakat szeretnél összefűzni, akkor érdemesebb a concat()-ot használni.
A sebesség mérések alapján egyébként a concat() metódus úgynevezett StringBuilder-t használ a háttérben, vagyis a fordító trükköket vet be a sebesség és memóriakímélés érdekében, és ezeket a felhasználó tudta nélkül oldja meg.
Stringek hossza – length()
Bármely String méretét (hosszát) megkaphatjuk, ha meghívjuk a length() metódusát:
s.length()
String adott karaktere – charAt()
Egy adott String bármelyik karakterét megkaphatjuk a charAt(i) metódussal, ahova az i helyére írjuk be, hogy hányadik karaktert szeretnénk megkapni. A karakterek indexelése a tömbökhöz hasonlóan 0-val kezdődik. Fontos, hogy ez egy karakter típust ad vissza! Bármely String első karaktere az s.charAt(0), az utolsó pedig az s.charAt( s.length()-1 )
s.charAt(3) // a 4. karakter (3-as index!)
s.charAt(0) // első karakter (üres Stringre indexelési hiba!)
s.charAt( s.length()-1 ) // utolsó karakter
Stringek összehasonlítása rendezés miatt – compareTo()
A Stringek összehasonlításán már túl vagyunk, de van egy másik típus is, amely fontos, ez pedig a betűrend.
Két String összehasonlítása rendezési szempontból a compareTo() metódussal történik. Ezt hasonlóan az equals() metódushoz mindkét Stringre meg lehet hívni a másikat odaadva paraméterként, de itt már nem mindegy a sorrend! A compareTo() egy számot ad vissza eredményül. Ha a szám pozitív, akkor az a String amelyikre meghívtuk a metódust a paraméterben megadott String mögött található az abc rendnek megfelelően. Ha a szám negatív, akkor előtte. 0 esetén a két String tartalma egyforma. Ezt a metódust használhatjuk akkor, ha az a feladat, hogy Stringeket rendezzünk sorba.
Az összehasonlítás megkülönbözteti a kis és nagybetűket!
String s1 = "Geza";
String s2 = "Bela";
System.out.println( s1.compareTo(s2) ); // 5
/* Az eredmény pozitív, ez azt jelenti, hogy az s1 String (amire a
* metódust meghívtuk) a paraméterben szereplő s2 Stringhez képest
* hátrébb található rendezési szempontból. Maga az 5-ös érték azt
* jelenti, hogy annál a pontnál, ahol a két String különbözik
* a két összehasonlított karakter távolsága 5 (B-G)
*/
String s3 = "Geza";
String s4 = "bela";
System.out.println( s3.compareTo(s4) ); // -27
/* Az eredmény negatív, ez azt jelenti, hogy az s3 Stringhez képest
* az s4 String hátrébb(!) található. Ez azért van, mert a kódtáblában
* a nagybetűk megelőzik a kisbetűket, és a compareTo() figyelembe
* veszi ezt. Ez kiküszöbölhető a következő metódussal:
*/
System.out.println( s3.compareToIgnoreCase(s4) ); // 5
/* a compareToIgnoreCase() metódus úgy hasonlítja össze a Stringeket,
* hogy figyelmen kívül hagyja a kis és nagybetűk közötti különbségeket.
*/
Stringek kis-nagybetűs átalakítása – toLowerCase() és toUpperCase()
A Stringeket egyszerűen átalakíthatunk csupa nagybetűssé, vagy kisbetűssé. Erre szolgálnak az s.toUpperCase() és s.toLowerCase() metódusok.
String nev = "Miko Csaba";
System.out.println( nev.toUpperCase() ); // "MIKO CSABA"
System.out.println( nev.toLowerCase() ); // "miko csaba"
Keresés Stringben – indexOf(), lastIndexOf()
Egyszerűen kereshetünk a Stringekben. Kíváncsiak vagyunk, hogy egy karakter vagy szövegrészlet megtalálható-e benne, sőt arra is, hogy hol található. Erre szolgál az s.indexOf() metódus.
String s = "abrakadabra";
System.out.println( s.indexOf("rak") ); // 2
// A 2. indexű (3. karakternél) található a rak szócska.
System.out.println( s.indexOf("br") ); // 1
/* Az 1. indexű (2. karakternél) található a br rész
* Fontos, hogy az indexOf() mindig az első találat helyét adja meg!
*/
System.out.println( s.indexOf("Br") ); // -1
/* Egy nem létező indexet adott eredményül, vagyis a keresett
* részlet nem található meg a Stringben.
*/
System.out.println( s.lastIndexOf("br") ); // 8
/* A 8. indexű (9. karakternél) található a br rész, de most a
* keresést hátulról kezdte, és onnan adja vissza az első találatot!
*/
Az indexOf() és lastIndexOf() metódusok alaphelyzetben mindig a String elejéről/végéről kezdik a keresést, de meg lehet adni nekik, hogy adott karaktertől kezdjék: indexOf(mit, honnan) Ehhez kapcsolódó feladat lehet, hogy adjuk meg, hol található a második ‘r’ betű a szóban:
String s= "abrakadabra";
int elso = s.indexOf("r");
System.out.println( s.indexOf("r", elso+1 ) );
/* Először megkeressük az első 'r' betűt, majd amikor a másodikat
* akarjuk megkeresni, akkor megadjuk, hogy az első utáni pozíciótól
* induljunk. Ezt a két lépést akár össze is vonhatjuk:
*/
System.out.println( s.indexOf("r", s.indexOf("r")+1 ) );
System.out.println( s.lastIndexOf("br", s.lastIndexOf("br")-1 ) );
/* Ha ugyanezt hátulról végezzük, akkor figyelni kell arra, hogy
* az első találat előtt kell folytatni, vagyis itt -1
* kell az első találat helyéhez képest, mivel visszafelé keresünk
*/
String kezdete és vége – startsWith(), endsWith()
Egyszerűen megvizsgálhatjuk, hogy a String egy adott karaktersorozattal kezdődik vagy végződik. Erre szolgálnak a startsWith() és endsWith() metódusok. Ezek is kis-nagybetű érzékenyek, vagyis megkülönböztetik őket.
String s = "abrakadabra";
System.out.println( s.startsWith("ab") ); // true
System.out.println( s.endsWith("ab") ); // false
System.out.println( s.startsWith("Ab") ); // false(!)
Hogy vehetem figyelmen kívül a kis-nagybetű különbséget? Nincs startsWithIgnoreCase() metódus. A trükk annyi, hogy a String kisbetűs verzióját kell összehasonlítani a keresett kezdőrésszel.
String s = "Abrakadabra";
System.out.println( s.startsWith("ab") ); // false, nem meglepő
System.out.println( s.toLowerCase().startsWith("ab") ); // true!
String karaktereinek cseréje – replace(), replaceFirst()
Egy Stringben kicserélhetünk karaktereket. Erre szolgál a replace() metódus. Ezzel egy tetszőleges karakter minden előfordulását kicseréljük egy másikra. Az is előfordulhat, hogy csak az elsőt kell kicserélni, erre szolgál a replaceFirst().
String s = "abrakadabra";
System.out.println( s.replace("a","A") ); // AbrAkAdAbrA
System.out.println( s.replace("z","A") ); // abrakadabra
// Nem volt mit cserélni, maradt az eredeti.
System.out.println( s.replaceFirst("a","A") ); // Abrakadabra
// Kicserélte az elsőt, ahogy vártuk.
s = "Abrakadabra";
System.out.println( s.replaceFirst("a","A") ); // AbrAkadabra(??)
/* Láthatod, hogy az eredeti szó már nagybetűvel kezdődött. Ekkor az
* első betű, amit cserélni tudott nyilván a második 'a' betű lesz,
* de itt sem felejtetted el: kis-nagybetű érzékeny metódus!
*/
String részének kinyerése – substring()
Előfordulhat, hogy egy Stringből ki kell szednünk egy kisebb részletet. Erre szolgál a substring() metódus.
Amikor egy részt akarunk kinyerni egy Stringből, akkor meg kell mondanunk, hogy milyen karakter határokhoz (indexek) viszonyítva akarom ezt megkapni. Melyiktől kezdjük, és melyik előtt fejezzük be. Ha csak a kezdő pozíciót adjuk meg, akkor onnantól a String végéig az egészet megkapjuk. A substring() mindig String típusú eredményt ad vissza.
String s = "abrakadabra";
System.out.println( s.substring(0,5) ); // abrak
System.out.println( s.substring(2,5) ); // rak
System.out.println( s.substring(5,8) ); // ada
System.out.println( s.substring(6) ); // dabra
System.out.println( s.substring(s.length()) ); // mindig üres String
A String tartalmazza-e? – contains()
Megtudhatjuk, hogy a String tartalmaz-e egy keresett részt a contains() metódus segítségével. Ez minden esetben logikai eredményt ad. True ha benne van, false ha nincs. Az utolsó trükk meg már ismerős.
String s = "Abrakadabra";
System.out.println( s.contains("rak") ); // true
System.out.println( s.contains("Rak") ); // false
System.out.println( s.contains("abra") ); // true (a vegen van!)
System.out.println( s.contains("abrak") ); // false
System.out.println( s.toLowerCase().contains("abrak") ); // true(!)
Egyébként a contains() kiváltható akár egy indexOf() metódussal is, annyi a különbség, hogy az önmagában nem logikai eredményt ad:
String s = "Abrakadabra";
System.out.println( s.indexOf("rak") > -1 ); // true
System.out.println( s.indexOf("Rak") > -1 ); // false
String szétdarabolása – split()
Több feladat esetén előfordulhat, hogy egy Stringet azért kell darabokra szedni, mert valamilyen elválasztó karakterekkel határolva több adatot tartalmaznak. Erre a darabolásra szolgál a split() metódus. A split() minden esetben egy String tömböt ad eredményül, melynek elemei a megadott karakternél széttört String darabjai lesznek. Láthatod majd a példákból, hogy csak meg kell adni a split() metódusnak, milyen karakter mentén törje szét a Stringet. Az eredmény azonnal eltárolható egy String tömbben.
Az utolsó példa kicsit furcsa. Ne lepjen meg, hogy van benne egy üres String. Mivel a String elején volt egy töréspont, ezért a bevezető ‘a’ betűnél is eltöri a Stringet, és az előtte lévő semmit is eltárolja egy üres String darabként. Ha a töréspont a String végén található, akkor azt nem veszi figyelembe, és nincs nyoma az eredménytömbben sem. Alaphelyzetben a String végén elhelyezkedő töréspontokat a split() figyelmen kívül hagyja. Legalábbis ez a verziója.
String nevsor = "Geza Eva Pal";
String[] nevek = nevsor.split(" "); // { "Geza", "Eva", "Pal" }
String nevsor2 = "Geza,Eva,Pal";
String[] nevek2 = nevsor2.split(","); // { "Geza", "Eva", "Pal" }
String s = "abrakadabra";
String[] tomb = s.split("a"); // { "", "br", "k", "d", "br" }
Nem csak egy karakter adható meg töréspontként, akár karaktersorozatot is használhatsz. Itt is igaz az, hogy elől lévő töréspont miatt üres Stringgel kezdődik az eredménytömb, a végén lévővel itt sem foglalkozna, ha lenne 🙂
String s = "abrakadabra";
String[] tomb = s.split("ab"); // { "", "rakad", "ra" }
A split() metódus másik formája két paramétert vár. Itt egy limitet lehet megadni, hogy hány elemű eredménytömböt kapjak. A metódus a következő:
s.split(töréspont,n);
Itt többféle eredmény is lehet. Az n-nel jelölt szám értéke többféle lehet, ennek megfelelő a végeredmény is.
Ha n > 0,akkor n valójában azt jelenti, hogy hány darabra törje a Stringet. (vagyis n-1 esetben töri). Ha a kívánt darabok száma több, mint amennyi lehetséges, akkor a lehetséges maximumot kapjuk. Az “abrakadabra” szót nem törhetem az ‘a’ betűknél 100 részre. Mivel összesen 5 ‘a’ betű van benne, de ebből egy a végén, így maximum 6 darabra törhető. És ha az előző szónál 3 a limit? Akkor kétszer töri el a szót az elejétől kezdve, és 3 darabunk lesz. Az utolsó darabban viszont benne marad az összes olyan töréspont, ameddig a limit miatt nem jutott el.
Ha n == 0, az gyakorlatilag az alap split() metódus eredményét hozza. Vagyis, a String elején lévő töréspontokat figyeli, a végén lévőket nem, és annyi darabra töri, amennyire ennek megfelelően lehetséges.
Ha n < 0, akkor annyi darabra töri, amennyire csak tudja n értékétől függetlenül. És itt figyelembe veszi a String végén lévő töréspontokat is! Ilyenkor a darabok és a töréspontok ismeretében bármikor helyreállítható az eredeti String!
String s = "abrakadabra";
String[] tomb;
// n > 0
tomb = s.split("a", 1); // { "abrakadabra" } 1 darab
tomb = s.split("a", 3); // { "", "br", "kadabra" } 3 darab
tomb = s.split("a", 5); // { "", "br", "k", "d", "bra" } 5 darab
tomb = s.split("a", 8); // { "", "br", "k", "d", "br", "" } 6 darab,
// de nem 8, mert nincs annyi töréspont!
// n == 0
tomb = s.split("a", 0); // { "", "br", "k", "d", "br" } mint split("a")
// n < 0
tomb = s.split("a", -1); // { "", "br", "k", "d", "br", "" } hátsók is!
Speciális határolók
Vannak olyan speciális karakterek, melyeket nem lehet csak úgy odaadni a split-nek. Nem tudom, hogy a lista teljes-e, de ha valamelyik határoló esetén a split nem jó eredményt ad, érdemes majd az alább ismertetett módon megpróbálni.
String s = "abra.kad.abra";
String[] tomb;
tomb = s.split("."); // hibás!
tomb = s.split("\\."); // { "abra", "kad", "abra" }
s = "abra|kad|abra";
tomb = s.split("|"); // hibás!
tomb = s.split("\\|"); // { "abra", "kad", "abra" }
s = "abra\\kad\\abra"; // már a megadáskor ügyelni kell a \ jelre!
tomb = s.split("\"); // hibás!
tomb = s.split("\\"); // hibás!!!
tomb = s.split("\\\\"); // { "abra", "kad", "abra" }
Az utolsó példa esetleg kis magyarázatot igényel. Itt határoló karakternek szeretnénk megadni a \ jelet. A splitnek ha \\ módon adjuk meg a határolókat, azt sem dolgozza fel, mert ő ezt egy \ jelnek veszi. Itt a helyes megoldás a \\\\, amiből literálként \\ marad, és ő ezt dolgozza fel \ jelként. Ha egy fájlból beolvasott Stringben vannak ilyen jelek, akkor nem kell kivételként megadni, tehát a fájlban elég, ha így szerepel:
abra\kad\abra
Literálként viszont a \ jel önmagában nem adható meg, így Stringként megadva ebből ez lesz:
s = "abra\\kad\\abra";
Csak zárójelben jegyzem meg, hogy a split()-nek megadandó töréspont nem csak String lehet, hanem egy úgynevezett reguláris kifejezés is. Ez egy nagyon jól paraméterezhető illesztési minta, amivel teljesen átláthatóvá tudunk tenni összetett mintákat is.
Több határoló együttes használata
Előfordulhat olyan feladat, amelynél egy adott Stringet úgy kell több darabra törni, hogy nem csak egyféle határolót használunk. Nyilván meg lehetne oldani az eddig leírtak alapján is, de az meglehetősen körülményes lenne. Tegyük fel adott egy String, ami így néz ki:
String s = "123a4a56b78b9a0";
Ebben a sorban olyan Stringet látunk, ahol az egyes darabokat (a leendő sázmokat) betűk választják el egymástól. A helyzet azonban az, hogy nem csak egyfajta betű jelenik meg határolóként. Split-nél eddig azt tanultuk, hogy meg kell adni azt a határolót, aminél szét akarjuk törni a Stringet. A határoló állhat több karakterből is, de ez akkor is csak egyetlen darab lesz. Lássuk hogy lehet megoldani azt, hogy a fenti String-et a betűknél tördelve megkapjuk a benne lévő számokat:
String s = "123a4a56b78b9a0";
String[] darabok = s.split("a|b|c");
for( int i = 0; i < darabok.length; i++ )
{
System.out.println(darabok[i]);
}
Ha lefuttatod a fenti kódot, akkor láthatod, hogy valóban az összes számot megkaptuk, és egyetlen betűt sem találunk a darabokban. Gyakorlatilag annyi a teendőnk, hogy egy | jellel elválasztottuk egymástól a határolókat egy felsorolásban. Ez a | jel valójában egy vagy műveletnek, de ez nem a logikai vagy, ne keverjük vele, csak egyetlen jelből áll. Ha tehát több határolónál kell egy Stringet darabolnunk, akkor használjuk bátran. Egy jó példa erre az emelt informatika érettéségi feladatok fehérje nevű feladata (2006 május).
Stringet karakterekre bontása – toCharArray()
Előfordulhat, hogy egy Stringet szét kell bontani karaktereire.
String s = "hokusz";
char[] tomb = s.toCharArray(); // { 'h', 'o', 'k', 'u', 's', 'z' }
String feladatok
Akkor kombináljuk az eddig tanultakat, nézzük meg a metódusok használatát komplexebb feladatok esetén.
Írjuk ki a nevünket vízszintesen kicsit széthúzva (tegyünk a nevünk betűi közé plusz szóközöket):
String nev = "Miko Csaba";
for (int i = 0; i < nev.length(); i++)
{
System.out.print(nev.charAt(i)+" ");
}
Adjuk meg a nevünket, írjuk ki egy oszlopba:
String nev = "Miko Csaba";
for( int i = 0; i < nev.length(); i++ )
{
System.out.println( nev.charAt(i) );
}
Számoljuk meg, hány a betű található a nevünkben:
String nev = "Miko Csaba";
int adb = 0;
for( int i = 0; i < nev.length(); i++ )
{
if( nev.charAt(i) == 'a' )
{
adb++;
}
}
System.out.println( "A nevben "+adb+" darab 'a' betu talalhato." );
Írjuk ki, hányszor szerepel a mondatban ‘a’ névelő. Kis és nagybetűs változat is számít!
String nev = "A Java tanulasa nem egyszeru feladat, "+
"de a szorgalom meghozza gyumolcset.";
String[] tomb = nev.toLowerCase().split(" ");
int adb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i].equals("a") )
{
adb++;
}
}
System.out.println( "A nevben "+adb+" darab 'a' nevelo talalhato." );
Alap algoritmusok, avagy mindenki tud programozni
A programozással sokszor az a baj – főleg ha kötelező tantárgy és nem szeretjük – hogy gondolkodni kell. Igaz, mondhatnám ezt a matematikára, fizikára is, de egyik tantárgy sem annyira szerteágazó a helyes megoldások tekintetében, mint a programozás. Itt ugyanazt a problémát sokféleképp meg lehet oldani, és minden megoldás helyes. Mégis, a megoldások között az árnyalatnyi különbségek azok, amelyek eldöntik azt, hogy helyes-e a megoldás, vagy sem.
Bármilyen bonyolult programot veszünk szemügyre és bontunk részekre, a végén ugyanaz a 4 építőelem marad:
szekvencia (utasítások egymás utáni sorozatának végrehajtása)
változóhasználat
elágazások
ciklusok
A sorrend nem véletlen, ebben a sorrendben kell ezeket megtanulni használni, mert ezek egymásra épülő darabok a programozásnak nevezett kirakó játékban. Ha nem az építőelemeit nézzük a programoknak, akkor is találhatunk olyan sablonokat, olyan már tanult megoldásokat, amelyek újra és újra előfordulnak a programjainkban. Ezeket a sablonokat, kész megoldásokat nevezzük programozási tételeknek.
Ezek valójában betanulható kész algoritmusok, melyek egy adott problémára kész megoldást adnak. Nem mindig fordulnak elő tiszta formában, vagyis néha apró változtatásokra szükség van, hogy ezeket az algoritmusokat egy adott feladathoz igazítsuk, de ha ezeket ismerjük és biztosan használjuk, akkor sokféle programozási feladatot meg tudunk oldani.
Ezek az alap algoritmusok tömbökhöz kapcsolódnak, vagyis sok egyforma adattal végeznek valamit. Megkeresik egy tömbből a legnagyobb értéket, sorba rendezik a számokat, eldöntik, hogy benne van-e egy adott érték a tömbben, megadják két halmaz metszetét, stb. Lássunk akkor néhány alap algoritmust:
Megszámlálás
Összegzés
Eldöntés
Kiválasztás
Keresés
Minimum/maximum keresés
Rendezés
Kiválogatás
Szétválogatás
Metszet
Unió (hiányzik)
Ezen algoritmusok mindegyikére igaz, hogy ciklusokhoz kapcsolódnak, hiszen ha tömbökkel dolgozunk, akkor mindenképpen ciklusra van szükség, hogy az elemeket egyenként megvizsgálhassuk, összehasonlíthassuk, stb. Ezek az algoritmusok kicsit leegyszerűsítik a programozást, hiszen ezekkel a megtanulható kész receptekkel sokféle feladatot megoldhatunk. A probléma az, hogy a feladatban fel kell ismerni, hogy valójában mit is akarunk eredményként megkapni, és az melyik algoritmusnak felel meg. Ha ez megvan, onnantól szinte csak gépelési feladattá sikerült egyszerűsíteni a programozási feladatot.
Az alap algoritmusok valamennyi fajtájához létezik pszeudokód, olyan általános leírás, amely programozási nyelvtől független. Ráadásul, mivel 3 fajta ciklus létezik, ezért alapból szerteágazó megoldásokat adhatunk ugyanarra a feladatra. Az alap algoritmusokat nagyon sok helyen ugyanazzal a megoldási formával adják meg, és biztos vagyok benne, hogy több tanár csak így fogadja el megoldásként. Én azt vallom, hogy bármilyen jó megoldás elfogadható, a lényeg, hogy a diák alkalmazni tudja azt, amit tanult. Léteznek lecsupaszított, hatékony és egyszerű megoldások, de sokszor én sem azt alkalmazom, mert nem írunk olyan szintű programokat, hogy ennyire optimalizált és gyors algoritmusra lenne szükség. Aki esetleg az alap algoritmusaimban hibát talál, mondván, hogy ő ezt nem így tanulta, az nem feltétlenül hiba, egyszerűen más a megoldás. Az példáknál sok helyen kész ténynek veszem azt, hogy rendelkezésre áll az a tömb a megfelelő adatokkal, amelyekkel dolgozni kell. Ezeknek a tömböknek a feltöltésével, ellenőrzésével nem foglalkozok. Vegyük akkor sorra ezeket az algoritmusokat:
Megszámlálás
Kezdjük valami egyszerűvel. Az alapfeladat az, hogy számoljuk meg, hogy egy adott tömbben hány darab adott tulajdonságú elem van. Ez jelentheti azt is, hogy nincs ilyen tulajdonságú elem a tömbben, akkor a darabszám nyilván 0. Ennél a feladatnál minden esetben végig kell menni a tömbön, hiszen minden elemről meg kell állapítanom, hogy rendelkezik-e a tulajdonsággal, vagy sem. Mivel megszámolunk, ezért valahol tárolnom kell, hogy éppen hol járok a számolásban, hány olyat találtam, ami megfelelt a feltételemnek. Ehhez szükség van egy úgynevezett gyűjtőváltozóra. Az adott algoritmus egy darabszámot ad eredményül minden esetben, ami a [0;méret] intervallumban lesz, vagyis lehet, hogy egy elem sem felel meg a feltételnek, de az is előfordulhat, hogy mindegyik. Nézzünk pár példát, hogy mikor alkalmazható ez az algoritmus:
Hány 180 cm-nél magasabb diák jár az osztályba?
Hány napon esett az eső tavaly?
Hány férfi tanár tanít az iskolában?
Láthatjuk, hogy minden esetben egy darabszámra kíváncsi minden kérdés. Lássuk akkor azt az algoritmust, ami ezekre a kérdésekre választ ad. A példában az első kérdésre keressük a választ.
int szamlalo = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] > 180 )
{
szamlalo = szamlalo + 1;
}
}
System.out.println("Az osztalyba "+szamlalo+" db 180 cm-nel "
"magasabb diak jar.");
Nézzük akkor részletesebben, mi történik.
Deklarálunk egy gyűjtőváltozót, ahol a feltételnek megfelelő elemek darabszámát tároljuk.
A gyűjtőváltozót 0 kezdőértékre állítjuk be. Ez egyébként általános szabály, hogy minden gyűjtőváltozót legkésőbb a használata előtt (a ciklus előtt) nullázni kell!
Indítunk egy ciklust, ami a tömb összes elemén végigmegy.
Megvizsgáljuk, hogy az adott elem megfelel-e a feltételnek
Ha megfelel, a számlálót eggyel megnöveljük.
A ciklus után kiírjuk az eredményt.
A kiemelt sorban a változó növelését kicserélhetjük a már tanult inkrementáló operátorra. Azért, mert lusták vagyunk, és nem akarunk sokat gépelni 🙂
szamlalo = szamlalo + 1;
helyett
szamlalo++;
A többi feladatnál gyakorlatilag ugyanezt kell begépelni, igazából az egyetlen dolog ami változik az maga a feltétel, ami alapján megszámolunk.
Összegzés
Az összegzés tétele kísértetiesen hasonlít a megszámlálásra. Egyetlen különbség van csak, a gyűjtőváltozó növelése. A feladatok is hasonlóak, de az összegzés csak számszerű adatokra vonatkozik. Néhány példa ilyen kérdésekre:
Mennyi a tömbben található páros számok összege?
Mennyi a negatív számok összege?
Mennyi a páratlan számok átlaga?
Lássuk akkor mondjuk az első megoldását:
int osszeg = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
osszeg = osszeg + tomb[i];
}
}
System.out.println("A tombben levo paros szamok osszege: "+osszeg);
Láthatjuk, hogy az összegzés algoritmusa szinte ugyanaz, mint a megszámlálásé.
Deklarálunk egy gyűjtőváltozót, ahol a feltételnek megfelelő elemek összegét tároljuk.
A gyűjtőváltozót 0 kezdőértékre állítjuk be.
Indítunk egy ciklust, ami a tömb összes elemén végigmegy.
Megvizsgáljuk, hogy az adott elem megfelel-e a feltételnek
Ha megfelel, az összeghez hozzáadjuk az aktuális elemet.
A ciklus után kiírjuk az eredményt.
A lényegi különbséget kiemeltem. Látható, hogy szinte ugyanaz. Ettől függetlenül ne keverjük a két algoritmust, mert teljesen más a feladatuk!
A kiemelt sorban a változó növelését kicserélhetjük már tanult összeadással kombinált értékadó operátorra. Ismét csak azért, mert lusták vagyunk, és nem akarunk sokat gépelni.
osszeg = osszeg + tomb[i];
helyett
osszeg += tomb[i];
A harmadik feladat kilóg a többi közül, ez nem csak tiszta összegzés. Itt egyszerre kell az előzőleg ismertetett megszámlálást és összegzést elvégezni. Szükségünk van a páratlan számok összegére, valamint a darabszámára is az átlagoláshoz:
int osszeg = 0;
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
osszeg = osszeg + tomb[i];
db++;
}
}
double atlag = (double)osszeg/db;
System.out.println("A tomb paratlan szamainak atlaga: "+atlag );
Láthatjuk, hogy a ciklussal ugyanúgy végigmegyünk az egész tömbön. Ha találunk egy megfelelő számot, akkor hozzáadjuk az összeghez és növeljük a darabszámot is. Az átlag már csak egy osztás. De nem egyszerű osztás. Az osszeg és db változók egész típusok. Mi lenne az eredménye annak, ha mondjuk az összeg 11 a darabszám pedig 5? 11/5 = ?
Ne felejtsd el! Ha két egész számot osztunk egymással, az egész osztás! Az eredmény nem a sokszor várt 2,2 lenne, hanem 2,0. Az osztás akkor nem egész osztás, ha legalább az egyik műveletben részt vevő szám nem egész. Előzőleg már mutattam egy trükköt, írhatnánk így is:
osszeg/(db+0.0)
Helyette azonban legyünk elegánsabbak, használjunk típuskényszerítést, amit a véletlen számok témakörben már bemutattam:
(double)osszeg/db
A típuskényszerítés során az összeg változóból kiolvasott értéket lebegőpontos számmá alakítjuk, majd osztjuk egy egésszel. Ennek eredménye már megfelelő: 2,2.
Fontos, hogy ez a típuskényszerítés nem az eredeti összegváltozóban tárolt értéket változtatja meg, nincs értékadás! Nem is változtathatja meg az összegváltozó tartalmát, mivel annak típusa egész. Csak a változóból felhasznált értéket alakítja át a megadott típusra.
Eldöntés
Ennél a feladattípusnál azt vizsgáljuk, hogy egy tömbben található-e egy bizonyos tulajdonságú elem. Nem érdekel, hogy hány ilyen elem van, csak az a fontos, hogy van-e benne ilyen. Itt logikai eredményt kapunk, vagyis a válasz igaz vagy hamis lehet. Lássunk pár példát olyan kérdésekre, amelyekre ezzel az algoritmussal kaphatunk választ:
Van-e az osztályban lány?
Van-e az osztályban 190 cm-nél magasabb diák?
Volt-e melegebb 38 foknál tavaly nyáron?
Van-e 30 évnél fiatalabb tanár az iskolában?
Ezekhez a feladatokhoz természetesen szükség van tömbökre, melyek azokat az adatokat tárolják, amelyek között keressük azt a bizonyos tulajdonságú elemet, azok közül is a legelsőt. Emlékezz, nem érdekel hány ilyen elem van, csak az számít, hogy van-e ilyen, és ez nyilván a legelső megtalált elem lesz. Az első példához szükség van egy tömbre, amely a tanulók nemét tárolja, akár logikai típusként (lány – true, fiú – false). A második esetben kell egy tömb, ami az osztályba járó diákok magasságait tartalmazza, a harmadikban egy tömb, ami a nyári napok maximum hőmérsékletét tartalmazza, a negyediknél egy tömb, amiben benne van az iskolában tanító tanárok életkora. Maradjunk a második példánál, és vegyük úgy, hogy rendelkezésre áll egy „tomb” nevű tömb, ami az osztályba járó diákok magasságait rögzíti.
int i = 0;
while( i < tomb.length && tomb[i] <= 190 )
{
i++;
}
if( i < tomb.length )
{
System.out.println("Van az osztalyban 190 cm-nel magasabb diak.");
}
Na de mit is csinál ez pontosan?
Először deklarálunk egy ciklusváltozót, amit arra fogunk használni, hogy indexelhessük (hivatkozhassunk) az egyes tömbelemekre, jelen esetben a diákok magassági adataira. Ez a sorszám természetesen 0-tól indul, mert a Java nyelvben a tömbök indexei 0 számmal kezdődnek.
Aztán indítunk egy ciklust, melynek az a feladata, hogy végigmehessünk egyenként a tömb elemein. A ciklus feje viszont egy összetett feltételt tartalmaz. Ennek első fele azt vizsgálja, hogy végigértünk-e már a tömbön – vagyis, hogy az index kisebb-e, mint a tömb mérete. Ha az i egyenlő lenne a tömbmérettel, az már azt jelentené, hogy túljutottunk az utolsó elemen, tehát a ciklus megáll. Mivel a tömbök indexe 0-val kezdődik, ebből következik, hogy az utolsó elem indexe tömbméret-1. A feltétel másik része a tulajdonság vizsgálat, amelyre csak akkor kerül sor, ha még nem értünk a tömb végére. Itt azt vizsgáljuk, hogy a tomb[i] – vagyis az aktuális diák magassága – NEM RENDELKEZIK a keresett tulajdonsággal. Ez fura, mert nem pont ennek a fordítottját keressük? De igen, ez az algoritmus lényege. Addig kell keresni, amíg NEM találtuk meg, amit kerestünk, hiszen ha megvan, akkor megállhatunk. Ha ez a két feltétel egyszerre igaz (nem értünk még a tömb végére ÉS nem rendelkezik az aktuális diák a keresett tulajdonsággal), akkor lépünk be a ciklusba, ami semmi mást nem csinál, csak lépteti a számlálót, vagyis jöhet a következő vizsgálandó diák. Az algoritmus nagyon fontos része az, hogy a ciklus két feltételének sorrendje kötött! Először kell azt vizsgálni, hogy nem értünk-e a végére, és ha nem, csak akkor szabad megvizsgálni, hogy az aktuális elem nem rendelkezik-e a keresett tulajdonsággal. Hiszen ha már végignéztük a tömböt, akkor már nincs mit vizsgálni.
A ciklus befejeződése után már csak értelmeznünk kell a kapott eredményt. Az i változó értéke az, ami a megoldást tartalmazza. Ha találtunk olyan diákot, aki rendelkezett a keresett tulajdonsággal, akkor a ciklus idő előtt megállt, vagyis az i értéke kisebb, mint a tömb mérete. Ha egyetlen diák sem volt 190 cm-nél magasabb, akkor a ciklus azért állt meg, mert az i változó már nem kisebb a tömb méreténél (vagyis egyenlő), tehát nem találtunk olyat, aki a feltételnek megfelelt volna
Természetesen a többi feladatra is hasonló a megoldás, lássuk mondjuk a negyedik feladatot:
int i = 0;
while( i < tomb.length && tomb[i] >= 30 )
{
i++;
}
if( i < tomb.length )
{
System.out.println("Van az iskolaban 30 evnel fiatalabb tanar.");
}
Nagyon fontos eleme tehát az eldöntésnek, hogy második részfeltételnek azt adjuk meg, hogy az aktuális elem a keresett tulajdonsággal nem rendelkezik! Mivel a feltételek többsége relációt tartalmaz, itt a relációk ellentettjét kell használni!
// 30 évnél fiatalabbat keresünk
while( ... && tomb[i] < 30 )
helyett
// 30 évnél nem fiatalabb kell a feltételbe
while( ... && tomb[i] >= 30 )
Írhatnám úgy is, hogy valóban tagadom az eredeti állítást:
// 30 évnél nem fiatalabb
while( ... && !(tomb[i] < 30)
Az eredeti állítás valódi tagadását tomb[i] < 30 -> !( tomb[i] < 30) én inkább a reláció ellentettjével helyettesíteném, mivel ott egy reláció marad csak, így csak egy műveletet kell végrehajtani. Valódi tagadás esetén ott marad az eredeti reláció, majd a reláció logikai értékének tagadása is kell, ami két művelet, de ezekből az egyik megspórolható. Itt visszautalnék a relációs operátoroknál arra a táblázatra, ahol ismertettem a relációk tagadásait. Ne feledd: a kisebb tagadása nem a nagyobb!
Mi az, amit még észrevehettél ebben az algoritmusban? Ezzel vissza is kanyarodtunk egy nagyon fontos részhez, a logikai kifejezéseknél. Láthatod, hogy a while ciklus fejében egy összetett kifejezés szerepel. Ennek az első fele az, hogy elértünk-e már a tömb végéig, a második pedig az, hogy az aktuális elem nem rendelkezik a keresett tulajdonsággal. Látható, hogy a második feltétel kész tényként veszi azt, hogy ott csak valódi elemet vizsgálhatok. Egy tömbnek, ha emlékszel, fix tulajdonsága a mérete. Vagyis csak akkora indexet lehet használni, amilyen elem még szerepel a tömbben. Egy 10 elemű tömbben nem lehet pl a tomb[12] elemre hivatkozni, mert ilyen elem nem létezik.
Ez futási hibát eredményez. Na de itt hol ellenőrzöm azt, hogy nehogy túl nagy indexet használjak? Az első feltételben. Ez egy logikai rövidzár. Ha az első részfeltétel, hogy az i számláló kisebb, mint a tömbméret (vagyis az i lehet a tömb egy indexe) teljesül, csak akkor vizsgálja meg a második részfeltételt, az adott elem keresett tulajdonságának hiányát. Ha az i elérte a tömbméretet (vagyis nem kisebb), akkor a logikai rövidzár miatt a második feltételt logikai és esetén már meg sem vizsgálja. Nem fog olyan elemet vizsgálni, ami nem létezik! Nagyon fontos eleme az algoritmusnak az, hogy a két részfeltételnek pontosan ilyen sorrendben kell szerepelnie, mert így oldja meg a rövidzár azt az ellenőrzést is, hogy csak valódi emelet vizsgáljunk meg, és ne kapjunk futási hibát.
Kiválasztás
Ezzel az algoritmussal azt adhatjuk meg, hogy egy adott elem pontosan hol szerepel a tömbben. Ez természetesen az adott elem indexét jelenti, amellyel a tömbben hivatkozunk rá. Ez az algoritmus feltételezi azt, hogy az elem tényleg benne van a tömbben, ez ugyanis nem keverendő össze a keresés algoritmusával, amit következőként fogok ismertetni. Lássunk erre egy pár kérdést.
Válasszuk ki a tömbből az 50-es számot (nem index, hanem érték!).
Hányadik a sorban az a diák, akinek a magassága 190 cm-nél nagyobb.
Lássuk az első példa megoldását:
int i = 0;
while( tomb[i] != 50 )
{
i++;
}
System.out.println("Az 50-es szám indexe: "+i);
Ha megnézzük, ez egy lecsupaszított eldöntés algoritmusnak tűnik, amikor ciklusban működési feltételként furcsa módon azt adjuk meg, hogy a ciklus addig menjen, amíg az aktuális elem NEM rendelkezik a tulajdonsággal. Vagyis addig megyünk, amíg meg nem találjuk. Hiányzik viszont a eldöntéses algoritmus összetett feltételének első része, ami azt vizsgálja, hogy túlszaladtunk-e a tömb végén. Itt erre nincs is szükség, mivel abból indultunk ki, hogy a kiválasztandó elem biztosan benne van a tömbben.
Kiválasztásnál lehetséges, hogy több elem is megfelel a feltételnek, ez az algoritmus a legelső olyan elemet választja ki, akire a feltételünk igaz lesz. Viszonylag könnyen megoldható az is, hogy a legutolsó olyat válasszuk ki, ez csak a ciklus haladási irányától és az i kezdőértékétől függ.
Keresés
A keresés algoritmusa gyakorlatilag szinte ugyanaz, mint az eldöntés algoritmusa, mindössze az i változó ciklus utáni értelmezésénél van különbség. Azért szerepeljen itt újra az algoritmus egy konkrét példával. A feladatban azt keressük, hogy van-e 190 cm-nél magasabb diák és hogy ő hányadik a tömbben:
int i = 0;
while( i < tomb.length && tomb[i] <= 190 )
{
i++;
}
if( i < tomb.length )
{
System.out.println("A 190 cm-nél magasabb diák helye: "+i);
}
else
{
System.out.println("Nincs ilyen diák.");
}
Látható az, hogy ez biztonságosabb algoritmus az előzőnél. Ez akkor is használható, ha nem tudjuk, hogy egyáltalán létezik-e ilyen diák, ezért eggyel több a feltétel is, mert azt is figyelni kell, hogy a tömb végén ne szaladjunk túl. A ciklus után pedig az i értékéből határozhatjuk meg a keresett elem helyét, ha ugyanis az i kisebb a tömb méreténél (vagyis nem szaladtunk túl rajta, tehát benne van), akkor az i már a keresett elem helyét jelenti. Ha nem így van, akkor nincs benne. Itt is logikai rövidzárat használunk, tehát a két feltétel sorrendje nagyon fontos. Az első feltétel biztosítja azt, hogy a második nem lehet hibás. Keresési algoritmusból többféle létezik, ez csak a legegyszerűbb lineáris keresés algoritmusa.
Minimum/maximum keresés
Nagyon gyakori feladat az, amikor egy tömbből meg kell határozni a legkisebb/legnagyobb elemet. Ez nem csak egyszerű típusoknál használható, akár objektumok (több tulajdonsággal rendelkező adattárolók) közül is kiválaszthatjuk a legkisebb/legnagyobb tulajdonságút. Technikailag az, hogy a minimum vagy maximum értéket keressük csak egy reláció megfordítását jelenti. Nézzük akkor hogy néz ki ez az algoritmus. Keressük meg a tomb nevű tömbben a legnagyobb értéket!
int max = 0;
for( int i = 1; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] > tomb[max] ) max = i;
}
System.out.println("A tombben levo legnagyobb szam: "+tomb[max]);
Nézzük akkor részenként a programot. Először is deklarálunk egy max nevű változót, amelynek azonnal adunk is egy 0 kezdőértéket. Fontos, hogy ez nem egy változó nullázás, mint a megszámlálás vagy összegzés algoritmusánál tettük. Ennek a 0 értéknek jelentése van. Azt jelenti, hogy a legnagyobb elem a legelső, vagyis a 0 indexű! A max változóban tehát nem a legnagyobb elem értékét, hanem a helyét (indexét) tároljuk. Mindjárt világos lesz, miért. Azt mondjuk tehát, hogy a legnagyobb elem a 0. helyen van, vagyis ez az első elem. Ez teljesen egyértelmű, hiszen amíg meg nem vizsgálom a tömböt, az első elem tekinthető a legnagyobbnak, mivel a többit még nem ismerem. A ciklust, amivel végigmegyek az egész tömbön természetesen a 2. elemtől indul (indexe 1) és a tömbméret-1 indexű az utolsó, amit vizsgálnom kell. Ha az éppen vizsgált elem (tomb[i]) nagyobb, mint az eddigi legnagyobb tomb[max], akkor az új maximum helye megváltozik az aktuálisra -> max = i.
Fura lehet, hogy miért a legnagyobb elem helyét tároljuk és nem az értékét. Mi van akkor, ha ez a kérdés: Hányadik elem a legnagyobb a tömbben? Ha a maximumban a legnagyobb elem értékét tárolnánk, azzal a helyét nem tudjuk megmondani, csak az értékét. A helyéből viszont meghatározhatjuk mindkettőt.
Ha a legkisebb elemet keressük, akkor a kiemelt sorban fordul meg a relációs jel, és máris a legkisebb elemet kapjuk meg a végén. Természetesen minimum keresésnél célszerű a max változó nevét min-re változtatni, hogy utaljon arra, mit is keresek.
Ne felejtsd el tehát, minimum és maximum keresésnél a helyet tároló változó kezdőértéke 0, mivel az első elem lesz először a legkisebb vagy legnagyobb, ha elkezdem a keresést.
Más oka is van annak, hogy a helyet és nem az értéket tároljuk. Tételezzük fel, hogy csak negatív számokat tartalmaz a tömbünk és a legnagyobbat keressük közülük. Létrehozunk egy max változót, azt nullázzuk, de ez most a legnagyobb elem értékét jelentené. Találhatunk negatív számok között olyat, ami nagyobb, mint 0? Könnyen belátható, hogy csak pozitív számokat tartalmaz a tömb és a legkisebbet keressük, akkor sem állja meg a helyét a nullázás. A nulla nem pozitív, tehát nem találsz ettől kisebb pozitív számot, vagyis a tömb egyik eleme sem kerülhet a helyére.
Rendezés
Nagyon gyakori a programjainkban az a típusfeladat, hogy sorba kell rendezni egy tömb elemeit. A Java nyelvben az egyszerű típusokra, és a Stringekre is létezik beépített rendezés, mégis ritkán használjuk őket, mert javarészt objektumokkal fogunk dolgozni, azokra pedig ezek nem működnek. Rendezési algoritmusból nagyon sokféle létezik, vannak egyszerűbb, de lassabb típusok, és vannak nagyon hatékonyak. A valódi helyzet az, hogy a rendezendő adatoktól mennyiségétől is függ az, hogy melyik rendezési algoritmus a hatékony, de középiskolai szinten mindegy hogyan rendezünk, csak oldjuk meg a feladatot. Két rendezési algoritmust fogok megmutatni, amelyeket használni/tanítani szoktam, ha ezeket tudod, akkor bármilyen típusú tömböt rendezni tudsz.
A rendezések legtöbbje összehasonlításokon és cseréken alapul. Összehasonlítunk két elemet, és ha azok sorrendje nem megfelelő, akkor megcseréljük őket. Az algoritmusok sokszor abban különböznek, hogy melyik kettőt hasonlítjuk össze és utána melyik kettőt, stb. Létezik olyan speciális rendezés is, amelyik nem használ összehasonlításokat és cseréket, de ezek csak bizonyos esetekben használhatóak, akkor viszont hihetetlen gyorsak.
A rendezés esetén már összetettebb módon kell bejárni a tömböt, amelynek elemeit rendezni szeretnénk. Itt is igaz az, hogy nem csak egyszerű típusú értékeket tartalmazó tömböket lehet rendezni, az elemek lehetnek összetett objektumok is, melyek többféle típusú értéket tartalmazhatnak.
A tömbök kezelésekor, és az alap algoritmusok használatakor minden esetben ciklusokat használunk arra, hogy bejárjuk az adott tömböt, és annak értékeihez egymás után hozzáférjünk. Abban vannak csak különbségek, hogy ténylegesen bejárjuk-e az egészet, vagy sem, esetleg a bejárás iránya változik. Itt azonban másról lesz szó. Itt találkozunk először az egymásba ágyazott ciklusokkal.
A rendezések, melyeket jellemzően használunk minden esetben azt az elvet követik, hogy a tömb bizonyos elemeit hasonlítják össze, hogy azok egymáshoz képest a kívánt sorrendben helyezkednek-e el. Ha ez nem így van, akkor ezt a két elemet meg kell cserélni. Itt azonban nem csak az egymás melletti szomszédokat vizsgáljuk,
Egyszerű cserés rendezés
Ezt a rendezést több néven is megtalálhatjuk az alap algoritmusok között, én ezt a nevet használom. Az elv, ami alapján dolgozik az az, hogy minden elemet összehasonlít az összes mögötte lévővel, és ha azok sorrendje nem megfelelő, akkor megcseréli őket. Két egymásba ágyazott ciklust igényel, ezeket tradicionálisan i és j ciklusváltozókkal használjuk. Lássuk akkor magát az algoritmust, ahol feltételezzük, hogy van egy tomb nevű tömbünk, amely véletlen számokkal van feltöltve és a meret nevű változóban a tömb méretét találjuk meg:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
int csere;
for( int i = 0; i < tomb.length-1; i++ )
{
for( int j = i+1; j < tomb.length; j++ )
{
if( tomb[i] > tomb[j] )
{
csere = tomb[i];
tomb[i] = tomb[j];
tomb[j] = csere;
}
}
}
A ciklus úgy dolgozik, hogy a j változó mindig az i utáni helyet jelöl, mivel a j kezdőértéke minden esetben i+1-ről indul. Éppen ezért az i soha nem mehet el a tömb végéig, mert akkor az utolsó elem utáni összehasonlítást is elvégezne, ami mindenképp hibás.
Tehát még egyszer a lényeg: az i van elöl, a j van hátul!
Lássuk a kiemelt részek magyarázatát:
1 – Kell egy csere változó az esetleges cserékhez segédváltozónak. A változó típusának meg kell egyezni a tömb elemeinek típusával, hiszen azon közül fogjuk az egyiket eltárolni benne.
2 – Az i változó soha nem mehet el a tömb végéig, vagyis i < tomb.length-1;
4 – A j mindig az i után áll, ezért int j = i+1;
6 – Mindig összehasonlítjuk az elöl és hátul lévő elemeket, és ha ezek sorrendje nem megfelelő…
8-10 – Akkor jön az elemek cseréje.
A rendezés iránya csak és kizárólag a 6. sorban megadott relációs jeltől függ. Ha az elöl lévő nagyobb és akkor cserélünk, akkor a nagyok kerülnek hátra, vagyis növekvő rendezést alkalmazunk. Ha az elől lévő kisebb és akkor cserélünk, akkor a kicsik kerülnek hátra, és csökkenő rendezést írunk. A fenti példa tehát növekvő rendezést valósít meg, mivel az első esetnek megfelelő a relációs jel.
A csökkenő rendezés ehhez képest tehát minimális változtatással jár:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
int csere;
for( int i = 0; i < tomb.length-1; i++ )
{
for( int j = i+1; j < tomb.length; j++ )
{
if( tomb[i] < tomb[j] )
{
csere = tomb[i];
tomb[i] = tomb[j];
tomb[j] = csere;
}
}
}
Minimum/maximum kiválasztásos rendezés
Ez a rendezés az előző továbbfejlesztett változata. Az előző algoritmus úgy dolgozik, hogy minden esetben megcseréli a két elemet, ha az aktuális két elem helyzete nem megfelelő. Ez azt eredményezi, hogy több csere is lesz, mire a legkisebb a tömb elejére kerül növekvő rendezés esetén. De ha már egyszer növekvő rendezést akarunk megvalósítani, akkor nem lenne jobb, hogy ha először megkeresnénk a legkisebb elemet, majd azt helyeznénk a lista elejére, majd utána megkeresnék a második legkisebbet, azt beraknánk az első után, és így tovább? Jóval kevesebb cserével járna, mint az előző. Természetesen megoldható, az előző rendezési algoritmusa tökéletesen kombinálható a már tanult minimum/maximumkeresési algoritmusokkal. Lássuk akkor hogyan:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
int csere;
int min;
for( int i = 0; i < tomb.length-1; i++ )
{
min = i;
for( int j = i+1; j < tomb.length; j++ )
{
if( tomb[j] < tomb[min] )
{
min = j;
}
}
if( min != i )
{
csere = tomb[i];
tomb[i] = tomb[min];
tomb[min] = csere;
}
}
Lássuk akkor a magyarázatot:
1 – Kell egy csere változó az esetleges cserékhez segédváltozónak. A változó típusának meg kell egyezni a tömb elemeinek típusával, hiszen azon közül fogjuk az egyiket eltárolni benne.
2 – Kell egy változó, ahol a legkisebb elem helyét tároljuk (mint a minimumkiválasztásnál), de ennek itt még nem adunk kezdőértéket.
5 – Mielőtt elkezdjük a belső ciklust, ami az elöl lévő elem mögöttiek indexén megy végig, az elöl lévő elemet feltételezzük a legkisebbnek. Itt a belső ciklus futását gyakorlatilag egy minimum kiválasztásnak írtuk meg. A tomb[i] az első elem, ezért ennek a helyét feltételezzük a legkisebb elem helyének,
8 – majd, ha az eddigi minimumtól valamelyik mögötte lévő (tomb[j]) tőle kisebb,
10 – akkor a hátul lévő elem helyét (j) jegyezzük meg, mint aktuális legkisebbet.
13 – Ha a belső ciklussal végeztünk, akkor a min változóban benne van a hátul lévő elemek közül a legkisebbnek a helye. Ha ez a hely nem egyenlő az elöl lévővel (vagyis nem önmaga a legkisebb), akkor találtunk az elöl lévő (i) elem mögött tőle kisebbet, melynek helyet a min változóban tároljuk.
15-17 – Ebben az esetben a két elemet (i és min helyen lévőket) megcseréljük.
Ezt az algoritmust inkább csak érdekességképp mutattam meg, érettségire tökéletesen elég, ha az egyszerű cserés rendezést megtanulod, mert csak az a követelmény, hogy rendezni tudj, teljesen mindegy, melyik algoritmussal. Nyilván a legegyszerűbbet célszerű megtanulni, a hatékonyság nem követelmény.
Kiválogatás
Szintén az alap algoritmusok közé tartozik az a feladattípus, amikor bizonyos tulajdonságnak, vagy tulajdonságoknak megfelelő elemeket kell egy tömbből egy másik tömbbe kiválogatni. Tegyük fel, van egy egészeket tartalmazó tömbünk, melyet a [-9;9] intervallumból töltöttünk fel. Hogyan oldhatjuk meg, hogy ebből a tömbből egy másik tömbbe kigyűjtjük a negatív számokat? Minden esetben létre kell hozni egy másik tömböt, amibe a megfelelő elemeket másoljuk. De mekkora legyen ez a tömb? Ez az ami alapvetően meghatározza, hogy milyen megoldási módot alkalmazunk. Kétféle esetet különböztetünk meg:
Létrehozunk egy eredeti tömbnek megfelelő méretű tömböt, azt feltételezve, hogy akár az összes elem lehet negatív, így mindet át kell másolni. Ha azonban nem minden elem negatív, akkor az új tömbben maradnak üres helyek, ahova nem rakunk át semmit. Így nyilván kell tartanunk, hogy hány elemet másoltunk át az új tömbbe, és mennyi maradt “üresen” a végén.
Megoldhatjuk úgy is, hogy először megszámoljuk, hogy hány elem felel meg a feltételnek, ami alapján a kiválogatást el akarjuk végezni, és az új tömböt pontosan akkorának állítjuk be. Így a megoldás végén az új tömbben csak azok az elemek lesznek benne, amelyeket mi helyeztünk el benne.
A két megoldásból a második nyilván picivel több munkával jár, mert kapcsolódik hozzá egy megszámlálás is, viszont utána már nem kell attól tartanunk, hogy az eredmény tömbben olyan elem is előfordul, ami nem felel meg a kiválogatás feltételének.
Lássuk akkor a két különböző megoldást. Mindkét esetben feltételezzük, hogy van egy tomb nevű tömbünk, amely véletlen számokkal van feltöltve. Az új tömbbe a páratlan számokat szeretnénk kiválogatni:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
int[] paratlan = new int[tomb.length];
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
paratlan[db] = tomb[i];
db++;
}
}
Lássuk akkor a kiemelt sorok magyarázatát:
1 – Létrehozok egy ugyanakkora tömböt, mint az eredeti, lehetőséget adva arra, hogy akár minden elemet kiválogathassak.
3 – Létrehozok egy db nevű változót, ami jelen esetben az első üres helyet fogja tárolni, ahova a következő kiválogatott elemet elhelyezhetem, a kiválogatás végeztével pedig tárolni fogja, hogy az új tömbbe hány elem került bele.
4 – Végigmegyek az eredeti tömbön,
6 – és ha az eredeti tömbben páratlan számot találunk,
8 – akkor az új tömbben a első üres helyre (db) elhelyezem az elemet,
9 – majd megnövelem a db-ot, hogy az esetleges következő átmásolt elem ne írja felül az előzőt.
Látható, hogy nem olyan bonyolult algoritmusról van szó, a kulcs az, hogy mindig tárolom egy változóban, hogy hol van az új tömbben az első üres hely, mert csak oda rakhatok bele a kiválogatás során elemeket. A gond csak annyi, hogy ha van egy 1000 méretű tömböm, amibe 3 elemet kellene csak kiválogatni, akkor is a memóriában foglalja az 1000 elemnyi helyet a 3 kedvéért.
Lássuk akkor a másik megoldást:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
db++;
}
}
int[] paratlan = new int[db];
db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 != 0 )
{
paratlan[db] = tomb[i];
db++;
}
}
Ha jól megnézed nem sokkal bonyolultabb, picit többet kell gépelni, és ki kellett egészíteni a megszámlálás alap algoritmusával:
1-8 – Megszámoljuk, hány elemet kell majd kiválogatni az új tömbbe.
10 – Létrehozunk egy ugyanakkora tömböt.
12-20 – Ez pedig pontosan az első megoldás.
Az egész algoritmus kulcs momentuma a db változó használata! Ennek több szerepe is van. Először a kiválogatandó elemek darabszámát gyűjtjük bele, utána a következő üres helyet jelöli az új tömbben, végül a kiválogatás végeztével az új tömb méretét jelenti, bár ezt a tömbből úgyis ki lehet nyerni a .length változóból.
Szétválogatás
A szétválogatás algoritmusa a kiválogatás kibővítése. Az alapfeladat az, hogy az eredeti tömb minden elemét két külön tömbbe kell elhelyezni. Feltételezzük, hogy minden elem bekerül valamelyik új tömbbe, vagyis nem hagyunk ki semmit sem. A kiválogatásnál ennek a feladatnak a felét gyakorlatilag megoldottuk. Amit egy kiválogatásnál kiválogatunk, az itt az egyik tömb elemeinek felelne meg. Az összes többi elemet a másik tömbbe pakoljuk. Így már nem is tűnik olyan nehéznek, igaz?
A szétválogatás feltétele minden esetben gyakorlatilag egyetlen feltétel.
Válogassuk szét a tömb elemeit 5-től nagyobb és nem nagyobb elemekre. (emlékezz a relációs jelekre!)
Válogassuk szét a tömb elemeit 5-tel osztható és nem osztható elemekre.
Válogassuk szét az elemeket egyjegyű és nem egyjegyű számokra
Válogassuk szét a tömb elemeit páros és páratlan elemekre.
Ha megfigyelted, a feladatok jó része úgy fogalmazza meg a feltételt, hogy szétválogatjuk valamilyen és NEM valamilyen elemekre. Egy feltétel és annak az ellentettje minden elemet le kell hogy fedjen. Ezért szétválogatás, nem maradhat ki egyetlen elem sem. És az utolsó esetben? Amelyik szám nem páros, az páratlan, tehát ez is lefed minden számot.
A szétválogatásnál is ugyanaz a dilemma lesz először, mint amit a kiválogatásnál írtam:
Nem foglalkozok az új tömbök méreteivel, a legrosszabb esetből indulok ki, hogy minden elemet be kell tennem az egyik tömbbe, a másik pedig üres marad. Ebben az esetben mindkét új tömb méretének az eredeti tömb méretét állítom be, így a két új tömb kétszer annyi helyet foglal majd, amennyire valóban szükség lenne.
Előre megszámolom, hány elem felel meg a szétválogatás feltételének, ezután beállítom a kívánt tömbméreteket, majd utána válogatom szét az elemeket. Ez a legtakarékosabb megoldás, mert mindkét tömb mérete pontosan akkora lesz, amekkorára szükségem lesz. Ha emlékszel, a kiválogatásnál itt egy megszámlálással bővítettem ki az alap megoldást.
Lássuk akkor az első esetet. Tételezzük fel, hogy van egy adott méretű tömböm, feltöltve elemekkel. Válogassuk szét az elemeket páros és páratlan elemeket tartalmazó tömbökbe. Vedd észre, hogy ez valójában egyetlen feltétel. Ami nem páros, az páratlan
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
int[] paros = new int[tomb.length];
int[] paratlan = new int[tomb.length];
int dbparos = 0;
int dbparatlan = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
paros[dbparos] = tomb[i];
dbparos++;
}
else
{
paratlan[dbparatlan] = tomb[i];
dbparatlan++;
}
}
Ha a kiválogatás algoritmusát megértetted, akkor ezzel se lesz probléma. Nem véletlenül csak két részt emeltem ki. A kiválogatásnál kellett egy számláló, amelyben nyilvántartottam, hogy hány elemet válogattam ki, ami egyúttal azt is jelezte, hogy hol van az új tömbben a következő üres hely. Itt is hasonló a helyzet, csak itt két tömb esetén két külön változóban kell tárolni, hogy hány elem van az egyikben-másikban, és ezáltal melyik tömbben hol van a következő üres hely, ahova az elemeket pakolhatom. A belső feltétel sem sokat változott, ha a feltételnek megfelel az elem, akkor berakom az egyik tömbbe, ha nem, akkor mindenképpen (else) a másik tömbbe kell tennem. Emlékszel: minden elem bekerül valamelyik tömbbe, ha nem az elsőbe, akkor a másodikba, nem hagyhatok ki semmit sem.
Ne felejtsd el, a két új tömb mérete nagyobb, mint amennyi tényleges elemet tartalmaznak. Az algoritmus után a két darabszámot tároló változó az, amiből megtudhatod, hogy mekkora valójában a tömb, amit kezelned kell. Nem a paros.length lesz az a határ, ameddig be kell járnod egy ciklussal, hanem a dbparos változó.
Lássuk akkor a második megoldást. Emlékeztetőül: megszámolom hány elemet kell majd beraknom az egyik tömbbe, akkor meglesznek a megfelelő tömbméretek.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
int parosdb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
parosdb++;
}
}
int[] paros = new int[parosdb];
int[] paratlan = new int[tomb.length-parosdb];
parosdb = 0;
paratlandb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] % 2 == 0 )
{
paros[parosdb] = tomb[i];
parosdb++;
}
else
{
paratlan[paratlandb] = tomb[i];
paratlandb++;
}
}
Lássuk akkor a kiemelt részeket:
1-9 – Megszámolom, hány elem felel meg a szétválogatás feltételének.
11-12 – Létrehozom a két megfelelő méretű tömböt. A páratlan tömb méretét úgy kapom meg, hogy a tömb elemeinek darabszámából kivonom a párosok darabszámát, így megvan a páratlanok száma.
14-31 – Lenullázom a két számlálót, és elvégzem a szétválogatást az első megoldásnak megfelelően, csak itt már biztos lehetek benne, hogy mindkét új tömböt teljesen feltöltöm.
Az előzőhöz képest ez nyilván bonyolultabb megoldás. Cserébe takarékosabb, másrészt nem kell külön tárolni, hogy a tömbök valójában meddig vannak feltöltve, mivel a méretük pontosan megfelel a szétválogatott elemek darabszámának.
És ha nem mindent válogatok szét?
Ez az algoritmus csak abban az esetben használható, ha minden elemet szét kell válogatni. Ez mondjuk a szétválogatás elvéből is következik, mivel nem hagyhatunk ki elemeket, különben nem szétválogatásnak neveznénk. Mégis a példa kedvéért tételezzük fel, hogy egy tömbből szeretnénk a pozitív és negatív számokat két másik tömbbe átpakolni. Ebben az esetben már figyelnünk kell arra, hogy mi a helyzet a nullákkal. Természetesen ezt is meg kell oldani, csak itt az elemek megszámolásánál figyelembe kell venni, hogy kihagyunk elemeket, valamint a tényleges válogatásnál is ügyelni kell rájuk. Szándékosan kerültem a szétválogatás szót, mert ez valójában a kihagyott elemek miatt nem az lesz. Lássunk akkor erre egy példát.
Válogassuk ki egy tömb elemei közül a pozitív és negatív számokat. (Észrevetted? Kiválogatás)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
int pozitivdb = 0;
int negativdb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i] > 0 )
{
pozitivdb++;
}
else if( tomb[i] < 0 )
{
negativdb++;
}
}
int[] pozitiv = new int[pozitivdb];
int[] negativ = new int[negativdb];
pozitivdb = 0;
negativdb = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ ) { if( tomb[i] > 0 )
{
pozitiv[pozitivdb] = tomb[i];
pozitivdb++;
}
else if( tomb[i] < 0 )
{
negativ[negativdb] = tomb[i];
negativdb++;
}
}
1-13 – Egy ciklusban megszámolom a pozitív és negatív számokat.
15-16 – Létrehozom nekik a megfelelő méretű tömböket.
És kiválogatom őket egyetlen ciklusban.
Ez gyakorlatilag két kiválogatás egy ciklusba pakolva, a két feltételnek (pozitív vagy negatív) lényegében semmi köze egymáshoz, a számlálóik is teljesen függetlenek, mert nem tudom, hogy a két feltétel lefedi-e az összes eredeti elemet vagy sem. Ha a két feltétel minden elemet besorol valahova, akkor szétválogatás, egyébként két egymástól független kiválogatásról beszélünk.
Metszet
A metszet algoritmus egy kis magyarázatot igényel. Az alap algoritmusok metszetképzése nem egyezik meg a halmazelméletben tanult metszettel. A halmazt elemek sokaságának tekintjük, ahol az elemeknek nincs sorrendje, és minden elem csak egyszer szerepelhet a halmazban. Ez a tömböknél nyilvánvalóan nem áll fenn. A halmazoknál metszetként azon elemek halmazát vesszük, amelyek mindkét halmazban megtalálhatóak.
Tömbök esetén ez azt jelenti, hogy az egyik tömbből vesszük azokat az elemeket, amelyek benne vannak a másikban. Ezzel az algoritmussal csak az a bajom, hogy nem mindegy, hogy melyik tömb oldaláról kezdjük ez a dolgot. Lássuk a következő példát, hogy miről is van szó.
{2,2,3,4}
{3,5,2,6,6}
Ha az első tömb elemeiből hagyjuk meg azokat, amelyek benne vannak a másodikban, akkor ezt az eredményt kapjuk:
{2,2,3}
Ha a második tömb elemeiből hagyjuk meg azokat, amelyek benne vannak az elsőben, akkor ezt az eredményt kapjuk:
{3,2}
Nyilván látszik mi a gond. Ez pedig abból fakad, hogy egy elem többször is lehet egy tömb eleme. A sorszámozás miatt ezek egyértelműen megkülönböztethetőek. A halmazban viszont az elemek nem sorszámozottak, ezért két azonos értékű elemet nem különböztethetnénk meg. Az algoritmus nem foglalkozik ezzel a problémával, és nekünk sem kell. Más kérdés, hogy meg tudnánk oldani azt is, hogy minden elem egyszer szerepeljen csak a metszetben, később ezt is megmutatom.
Mint már fent említettem, az algoritmus annyiból áll, hogy az vesszük az egyik tömb elemei közül azokat, amelyek benne vannak a másikban. Nézzük meg jobban, mi is ez? Kiválogatjuk az egyik tömb elemei közül azokat, amelyek megfelelnek annak a feltételnek, hogy benne vannak a másik tömbben. Kiválogatás, amiben van egy eldöntés. A metszetképzés tehát két tanult algoritmus kombinációja.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
int[] t1 = new int[] {2,2,3,4};
int[] t2 = new int[] {3,5,2,6,6};
int[] metszet = new int[t1.length];
int j;
int db = 0;
for( int i = 0; i < t1.length; i++ )
{
j = 0;
while( j < t2.length && t2[j] != t1[i] )
{
j++;
}
if( j < t2.length )
{
metszet[db] = t2[j];
db++;
}
}
Lássuk a kiemelt részek magyarázatát:
3 – A metszet tömb mérete akkora, mint az első tömb mérete, hiszen lehet, hogy annak minden eleme megtalálható a másikban. Természetesen a kiválogatáshoz hasonlóan itt is ügyelni kell arra, hogy nem feltétlen kerül minden elem a metszet tömbbe, ezért majd a db változó fogja tárolni a metszet tömb valódi elemeinek számát.
7 – Ebben a sorban elkezdünk egy kiválogatást, vagyis elindulunk az első tömbön azt keresve, hogy ezek közül melyiket kell majd átrakni a metszetbe.
9-14 – Ez gyakorlatilag az eldöntés algoritmusa, addig haladunk a második tömb elemein, és addig megyünk, amíg nem találunk egyezést a második tömb eleme és az első tömb éppen aktuális eleme között. Ezt az algoritmust most nem magyaráznám el újra, de ami a lényeg: ha az elemet megtaláltuk, akkor visszatérünk a kiválogatáshoz
16-17 – Ha találtunk olyan első tömbbeli elemet, ami megfelelt a feltételünknek (benne van a másodikban is), akkor berakjuk a metszet tömbbe, és növeljük a számlálóját. Ez a kiválogatás algoritmus vége.
Metszet egyedi elemekkel
Mi van akkor, ha valóban csak annyit szeretnénk megtudni, hogy mik azok a számok, melyek mindkét tömbben megtalálhatóak? Ha valami többször szerepel a tömbben, attól mint szám csak egyszer szerepel. Ez nem alap algoritmus, hanem az eddig tanultakat kell alkalmazni. Akár teljesen eltérő megoldásokat is adhatunk:
A két tömb közül az elsőből létrehozok egy olyan tömböt, ami az eredetiben szerepelő számokat csak egyszer tartalmazza. Majd ha erről az oldalról metszetet képzek, akkor a metszetben is minden elem csak egyszer fog szerepelni.
Az első tömbből csak akkor teszek be egy számot a metszetbe, ha benne van a másodikban, és még nincs benne a metszetben. Vagyis a kiválogatáson belül két eldöntésre van szükségem, melyeknek egyszerre kell teljesülnie. Azzal még finomíthatom, hogy ha a második tömbben nincs benne, akkor felesleges a metszetben ellenőrizni, mert akkor oda semmiképpen nem kerülhetett be.
Lássuk az első megoldást:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
int[] t1 = new int[] { 2, 2, 3, 4 };
int[] t2 = new int[] { 3, 5, 2, 6, 6 };
int[] metszet = new int[t1.length];
int[] egyedi = new int[t1.length];
int dbe = 0;
int j;
for( int i = 0; i < t1.length; i++ )
{
j = 0;
while( j < dbe && t1[i] != egyedi[j] )
{
j++;
}
if( j == dbe )
{
egyedi[dbe] = t1[i];
dbe++;
}
}
int db = 0;
for( int i = 0; i < dbe; i++ )
{
j = 0;
while(j < t2.length && t2[j] != egyedi[i])
{
j++;
}
if( j < t2.length )
{
metszet[db] = t2[j];
db++;
}
}
Mit is csinálunk pontosan?
5 – Létrehozom azt a tömböt, ahova kiválogatom az első tömb számait. Ennek mérete az eredetivel megegyező, mert lehet, hogy egyik szám sem szerepel többször, akkor mindet át kell pakolni.
6 – Létrehozok egy számlálót, hogy nyilvántartsam, valójában hány elem lesz az egyedi tömbben.
8-21 – Kiválogatom az egyedi számokat. (kiválogatásban egy eldöntés) Fontos, hogy akkor rakom bele az egyedi tömbbe a számot, ha az eldöntés hamis eredményt ad, vagyis nincs benne: if( j == dbe )
23-36 – Ez pedig a metszetképzés algoritmusa, de az egyedi tömb és a második között. A 24-es sorban fontos a feltétel, hogy az egyedi tömbnek nem az összes elemét kell vizsgálni, hanem csak addig, ameddig valóban vannak benne elemek. Ezt a saját dbe számlálója tárolja.
A két részfeladat (egyedi tömb előállítása, majd metszetképzés) ugyanarról a tőről fakad, hiszen mindkét esetben egy elemről akarom eldönteni, hogy benne van-e egy tömbben. A különbség csak az, hogy egyedi elemek válogatásakor akkor rakom bele, ha nincs még benne, metszetképzésnél pedig akkor rakom bele, ha benne van.
Nézzük a másik megoldást, amikor a két eldöntést teszek a kiválogatásba:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
int[] t1 = new int[] { 2, 2, 3, 4 };
int[] t2 = new int[] { 3, 5, 2, 6, 6 };
int[] metszet = new int[t1.length];
int j;
int jm;
int db = 0;
for( int i = 0; i < t1.length; i++ )
{
j = 0;
while( j < t2.length && t2[j] != t1[i] )
{
j++;
}
if( j < t2.length )
{
jm = 0;
while( jm < db && metszet[jm] != t1[i] )
{
jm++;
}
if( jm == db )
{
metszet[db] = t1[i];
db++;
}
}
}
Lássuk a lényegi részeket:
10-14 – Eldöntjük, hogy az első tömb eleme benne van-e a másodikban.
15 – Ha igen, akkor
15-27 – Eldöntjük, hogy benne van-e a metszetben.
22 – Csak akkor tesszük be a metszetbe, ha még nincs benne. Ha már egyszer betettünk ilyen számot, akkor nem tesszük bele még egyszer.
Ez a megoldás talán rövidebb és egyszerűbb is, mint a másik, és minden esetben egyedi elemeket tartalmazó metszet tömböt kapunk.
Természetesen ez a metszetképzés algoritmus több hasonló feladatnál is használható, hiszen ha metszetet tudunk képezni, akkor olyan kérdésekre is választ kaphatunk ennek segítségével, hogy van-e két tömbnek azonos eleme, hány közös eleme van két tömbnek, stb.
Komplex feladat
Lássunk egy komplexebb feladatot. Adott egy 10 elemű tömb melyet véletlen számokkal töltöttünk fel a [-9;9] intervallumból. Írjuk ki növekvő sorrendben a tömbben szereplő páros számokat.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
/**
*
* @author http://webotlet.hu
*/
package webotlet_alapalg_komplex;
public class Webotlet_alapalg_komplex
{
public static void main(String[] args)
{
int[] tomb = new int[10];
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
tomb[i] = (int) (Math.random() * 19) - 9;
}
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
System.out.print(tomb[i] + " ");
}
System.out.println();
int db = 0;
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
if (tomb[i] % 2 == 0)
{
db++;
}
}
int[] paros = new int[db];
db = 0;
for (int i = 0; i < tomb.length; i++)
{
if (tomb[i] % 2 == 0)
{
paros[db] = tomb[i];
db++;
}
}
int csere;
for (int i = 0; i < db - 1; i++)
{
for (int j = i + 1; j < db; j++)
{
if (paros[i] > paros[j])
{
csere = paros[i];
paros[i] = paros[j];
paros[j] = csere;
}
}
}
for (int i = 0; i < db; i++)
{
System.out.print(paros[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}
Ez egy tökéletes feladat arra, hogy az eddig tanultakat összefoglalja. Sok ismerős részletet láthatunk benne, de lássuk akkor részenként:
12-17 – Adott méretű tömb létrehozása, majd feltöltése véletlen számokkal.
19-22 – A kisorsolt tömb kiíratása.
24 – Sordobás a sorsolt tömb kiíratása után, hogy ne folyjon egybe majd a rendezett tömb kiíratásával.
26-33 – A kiválogatáshoz megszámoljuk, hány elemet kell majd átrakni az új tömbbe.
35 – Létrehozzuk az új tömböt.
37-45 – Kiválogatjuki (átmásoljuk) a páros számokat az új tömbbe.
47-59 – Rendezzük az új tömböt.
61-64 – Kiírjuk a kiválogatott és rendezett új tömböt.
66 – Egy bónusz sordobás a végére, hogy ha bővíteném a programot, akkor az új kiíratás új sorban kezdődjön.
Adott tehát egy elsőre bonyolultnak tűnő feladat, amit szétbontottuk olyan részekre, melyeket már külön-külön meg tudunk oldani. Ezeket a kész megoldásokat (tömb feltöltés, kiíratás, megszámlálás, kiválogatás, rendezés, stb) megfelelő sorrendben hibátlanul összerakjuk, és kész a feladat teljes megoldása. Ugye így jobban belegondolva nem is olyan nehéz? Feltéve hogy az eddigi tananyagokat már készségszinten alkalmazni tudod. Sokszor az a legnehezebb feladat, hogy felismerjük azt, hogy az aktuális feladat milyen kisebb alkotóelemekre bontható, melyekre már kész megoldásaink vannak. Ha ez a részekre bontás megy, akkor gyakorlatilag sokszor gépelési feladattá tudjuk egyszerűsíteni a feladatok nagy részének megoldását.
Többdimenziós tömbök, avagy tömbök egy csokorban
A tömb, mint összetett adattípus az előző anyagokból már ismerős lehet. Míg a tömbök egy adatsort tartalmaznak, a többdimenziós tömbök pedig többet. A többdimenziós tömbök valójában tömbök tömbjei. A dimenziók száma elméletileg nincs korlátozva, gyakorlatilag 3 dimenziónál többel dolgozni nem feltétlenül praktikus.
Egy általános tömb deklarációja a következőképp néz ki:
// deklarálás és inicializálás, ami csak 0 értékekkel tölti fel a tömböt
int[] tomb = new int[10];
// deklarálás és azonnali kezdőérték adás
int[] tomb = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
// adott indexű elem kiválasztása
tomb[5]
Ez a többdimenziós tömbök esetén is hasonló, de mivel ezek tömbök tömbjei, ezért ezt formailag is jelezni kell.
Kétdimenziós tömbök
// kétdimenziós tömb deklarálása és inicializálása
int[][] tomb = new int[2][3];
// kétdimenziós tömb adott elemének kiválasztása
tomb[1][2]
Az előző deklarálás azt jelenti, hogy létrehozunk egy 2 sorból és 3 oszlopból álló kétdimenziós tömböt. A sorok és oszlopok sorszámozása (indexelése) itt is 0-val indul, mint általában a tömbök esetén. Mint már említettem, a többdimenziós tömb valójában tömbök tömbje, de formailag ez hogy néz ki? Nézzük meg egy konkrét példán keresztül:
int[][] tomb = { { 2,4,6 }, { 3,7,8 } };
Mit is jelent ez? Adott két sor (a két kicsi tömb darabszáma, ami a számokat tartalmazza) és adott 3 oszlop (ami a kis tömbökben lévő számok darabszámát jelenti). Láthatod, hogy a kis tömbökben lévő számok darabszáma megegyezik, ez nem véletlen. Valójában ez a szám az oszlopok száma. Hogy jobban látható legyen, átrendezem az előző példában szereplő tömb szerkezetét:
int[][] tomb = {
{ 2,4,6 },
{ 3,7,8 }
};
Így már egyértelműbb, hogy mit jelent a sorok és oszlopok száma. A két kis belső tömb jelenti a sorokat, egymás alá írva őket, valóban sorokat alkotnak. A bennük lévő elemek száma pedig kötött, mert ez jelenti az oszlopok számát. A két sort összefogó külső tömb határolóit direkt külön sorba írtam, hogy az ne zavarjon, de az is a struktúra része. Amikor hivatkozunk egy elemre (tomb[1][2]), akkor azt mondjuk meg, hogy az 1-es indexű kis tömbnek (a másodiknak) a 2-es oszlopában (a harmadikban) lévő 8-as elemre gondolunk. Ne feledd, a sor és oszlop indexelése is 0-val kezdődik.
A kétdimenziós tömbök kezeléséhez szinte minden esetben két egymásba ágyazott ciklusra van szükség, olyanokra, mint amilyeneket a rendezéseknél is láthattál. A külső ciklus a sorszámot, a belső az oszlopszámot lépteti. Nézzük meg, hogy néz ez ki:
1
2
3
4
5
6
7
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
tomb[i][j] = (int)(Math.random()*10);
}
}
Ez a példa végigmegy a tömb összes elemén, és mindegyiket egy [0;9] intervallumból sorsolt számmal tölt fel. Láthatod, hogy van egy tömbelem kiválasztás (tomb[i][j]), ami az előzőleg ismertetett módon [sor][oszlop] választja ki az adott elemet. Mivel a későbbiekben nagy valószínűséggel mindig ugyanolyan nevű változókat használsz, ezért jó ha megjegyzed, hogy az i változóval jelölöd a sorokat, és j-vel az oszlopokat. Ez a későbbiekben fontos lesz, hogy tudd, melyik melyik.
A kiemelt sorban van igazából az érdekesség, ami elsőre furcsa lehet. A tömb i indexű elemének tömbmérete? Kétdimenziós tömbben a tömb deklarálása után az inicializáláskor meg kell határozni a tömb méretét. Így van ez az alap tömbök esetén is, és így van ez itt is. A különbség az, hogy itt külön kell beállítani a sorok és oszlopok számát. Először a sorok, utána az oszlopok számát. De akkor a tomb.length melyiket adja meg a kettő közül, és hogy kapjuk meg a másikat? Tisztázzunk akkor pár sarokpontot az ilyen tömbök kezelésével kapcsolatban
tomb.length; // sorok száma (a kis tömbök darabszáma)
tomb[1]; // az 1-es indexű sor elemei (2. sor tömbje)
tomb[i].length; // oszlopok száma (az i indexű tömbben lévő elemek száma)
tomb[3][2]; // tömbben tárolt elem, ami a 4. sor 3. oszlopában van
Az oszlopok számát miért egy i indexű sor méretéből kapjuk meg, miért nem fixen a 0 indexű sor méretéből? Azért, mert létezik egy speciális többdimenziós tömbtípus, melyet nagyon ritkán használunk, és ott eltérhet az egyes sorok (kis tömbök) mérete, így mindig az aktuális sor méretével dolgozzunk.
Kétdimenziós tömbök bejárása
az összes elem bejárása:
Ebben az esetben két ciklusra van szükség, amire már láttál példát a tömb feltöltésénél.
egy sor bejárása:
Ekkor elég csak egy konkrét soron végigmenni egyetlen ciklussal. Ebben a példában a 3. sor összes elemét írjuk ki egymás mellé. Ez a következőképp néz ki:
for( int j = 0; j < tomb[2].length; j++ )
{
System.out.print(tomb[2][j]+" ");
}
Ebben az esetben láthatjuk, hogy a tomb[2]-re hivatkozok fixen, több helyen is. Először a ciklus fejében, ahol a 2-es indexű (3.) sor elemeit akarom kiírni. Valamint a konkrét elem kiválasztásánál is látszik, hogy csak a 2-es indexű sor szerepel, de azon belül a j-vel végiglépkedek a sor összes elemén (oszlopán). Technikailag a j helyett itt i is lehetne ciklusváltozó, a program akkor is tökéletesen működne. Logikailag azért szoktam javasolni, hogy j legyen, mert akkor jobban rögzül, hogy a j az oszlopokat jelenti, és most csak az oszlop változik, a sor kötött.
egy oszlop bejárása:
Az előzőhöz hasonlóan itt is elég egyetlen ciklus, hiszen egyetlen oszlopon kell csak végigmenni. Ekkor az oszlop száma kötött és csak a sorszám változik. Ez így néz ki:
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
System.out.println(tomb[i][4]);
}
Láthatod, hogy a ciklus fejében máshogy szerepel a futási feltétel, csak tomb.length szerepel, ami a sorok számát jelenti. A ciklusmagban pedig az adott elem kiválasztásakor a oszlopszám fix (jelen esetben a 4-es indexű 5. sor) és az sorszám az, ami változik, ezért használtam i ciklusváltozót.
Most már tetszőleges kétdimenziós tömböt be tudunk járni, jöhetnek az ezzel kapcsolatos feladatok. Az első feladat a tömb feltöltése, a többi feladatban pedig ezzel a tömbbel dolgoznánk.
Gyakorló feladatok
Tölts fel egy 3×5-ös kétdimenziós tömböt a [-10;30] intervallumból:
int[][] tomb = new int[3][5];
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
tomb[i][j] = (int)(Math.random()*41)-10;
}
}
Írd ki a tömböt sorokba és oszlopokba rendezve:
int[][] tomb = new int[3][5];
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
// egymás mellé írom ki egy sor elemeit
System.out.print(tomb[i][j]+" ");
}
// ha végeztem egy sor kiírásával, akkor új sort kezdek
System.out.println();
}
Írd ki a tömbben szereplő számok összegét:
int osszeg = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
osszeg = osszeg + tomb[i][j];
// vagy osszeg += tomb[i][j];
}
}
System.out.println("A tomb elemeinek osszege"+osszeg);
Írd ki a 2. sor összegét:
int osszeg = 0;
for( int j = 0; j < tomb[1].length; j++ )
{
osszeg = osszeg + tomb[1][j];
// vagy osszeg += tomb[1][j];
}
System.out.println("A 2. sor osszege"+osszeg);
Számold meg, hány negatív szám szerepel a tömbben:
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
if( tomb[i][j] < 0 )
{
db++;
}
}
}
System.out.println("A tombben "+db+" negativ szam van.");
Számold meg, hány páros szám található a 3. oszlopban:
int db = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
if( tomb[i][2] % 2 == 0 )
{
db++;
}
}
System.out.println("A tomb 3. oszlopaban "+db+" paros szam van.");
Írd ki, melyik a legkisebb elem a tömbben:Ez a feladat nem teljesen ugyanaz, mint amit a minimumkeresésnél láthattál. Arra remélem emlékszel, hogy a minimumnak a helyét, és nem az értékét tároljuk, mert a helyéből két dologra is válaszolhatunk, ezt most nem írnám le újra. De itt a hely nem egy index, hanem kettő: [oszlop][sor]
Két dolgot tehetsz. Vagy két változót használsz a hely tárolására (egyet a sornak, egyet az oszlopnak), vagy egy két elemű tömbben tárolod, valahogy így:
int[] min = new int[2];
min[0] = sor;
min[1] = oszlop;
Vagy tárolhatod két változóban is:
int minI = sor;
int minJ = oszlop;
Rád bízom melyiket használod, a lényeg, hogy helyesen tedd. Lássunk akkor példát a bonyolultabbra:
int[] min = new int[2];
// ebben a két sorban állítom be, hogy az első elem az első minimum
min[0] = 0;
min[1] = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
// ha a tömb aktuális eleme kisebb, mint az eddigi minimum
// ahol a minimum elem sora min[0], oszlopa min[1]
if( tomb[i][j] < tomb[ min[0] ][ min[1] ] )
{
min[0] = i;
min[1] = j;
}
}
}
// na itt ne keverd össze a [ ] jeleket...
System.out.println("A tomb legkisebb eleme: "+tomb[min[0]][min[1]]);
Azért hasonlítsuk ezt össze azzal, ha két külön változóban tárolod a minimum elem sorát és oszlopát:
// ebben a két sorban állítom be, hogy az első elem az első minimum
int minI = 0;
int minJ = 0;
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
// ha a tömb aktuális eleme kisebb, mint az eddigi minimum
// ahol a minimum elem sora min[0], oszlopa min[1]
if( tomb[i][j] < tomb[minI][minJ] )
{
minI = i;
minJ = j;
}
}
}
// na itt ne keverd össze a [ ] jeleket...
System.out.println("A tomb legkisebb eleme: "+tomb[minI][minJ]);
Talán a két külön változó kicsit barátságosabb.
Ha igazán figyeltél az eddigiekben, kiszúrhattad, hogy más különbség is van a minimumkereséshez képest, azon kívül, hogy itt a minimum helyét értelemszerűen két számként tároljuk. Figyeld meg, honnan indulnak itt a ciklusok. Nem 1-től! A minimumkeresésnél emlékezhetsz, hogy az első (0 indexű) elem a legkisebb, ezért a ciklus 1-es indextől kezdődik, hogy önmagával már ne hasonlítsuk össze. Itt ezt nem tehetjük meg. Miért?
Ha a külső ciklusban az i változó 1-től indulna, akkor az első (0 indexű) sor teljesen kimaradna a vizsgálatból. Ha a belső ciklusban a j változó indulna 1-től, akkor pedig minden sor első eleme, vagyis a teljes első (0. indexű) oszlop maradna ki. Itt kénytelenek vagyunk az első minimumot önmagával is összehasonlítani, ami azért valljuk be, nem túl nagy veszteség. De ha nem így oldod meg, akkor súlyos hiba.
Háromdimenziós tömbök
Többdimenziós tömböket 3 dimenzió felett nem igazán használunk. A 3. dimenzióval még van értelme dolgozni, mondjuk térbeli koordináták, vagy képfeldolgozás esetén mondjuk egy RGB kód tárolása esetén. Ebben az esetben formailag így néz ki a tömbünk:
// háromdimenziós tömb deklarálása és inicializálása
int[][][] tomb = new int[4][5][2];
// háromdimenziós tömb adott elemének kiválasztása
tomb[1][2][1]
Itt a 3. dimenzió mondjuk mint egyfajta magasság értelmezhető térbeli pontok tárolása esetén. Színkódoknál pedig a 3 színkomponens értékét tárolhatjuk a tömbben. Ezekben az esetekben a tömb teljes bejárása értelemszerűen 3 ciklust jelent, de csak az első sorbeli magasságadatok bejárása is két ciklust igényel. Akkor van szükség egy ciklusra, ha a 3 dimenzióból 2 rögzített. Például az első sor második eleméhez tartozó pontok (a tomb[0][1] magasságoszlopa) bejárása esetén.
Fűrészfogas tömbök
Láthattad, hogy a kétdimenziós tömbök esetén az oszlopok száma minden esetben megegyezik. Ez azonban nem mindig van így. Megadható az is, hogy az egyes sorok változó (de megadásuk után fix) hosszúak legyenek. Ezt a szerkezetet fűrészfogas tömbnek is szokás nevezni. Ilyen szerkezetet nagyon speciális esetekben használunk, de a kezelése a fentiek alapján meglehetősen egyszerű. Lássuk hogyan deklaráljuk ezt:
// először csak a sorok számát adjuk meg
int[][] tomb = new int[3][];
// ezután használat előtt egyenként adjuk meg a sorok méreteit
tomb[0] = new int[5];
tomb[1] = new int[7];
tomb[2] = new int[3];
// töltsük fel a tömböt a [0;9] intervallumból
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
tomb[i][j] = (int)(Math.random()*10);
}
}
// írjuk ki a tömböt
for( int i = 0; i < tomb.length; i++ )
{
for( int j = 0; j < tomb[i].length; j++ )
{
System.out.print(tomb[i][j]+" ");
}
System.out.println();
}
Láthatod, hogy a tömb sorai nem egyforma hosszúak. Itt csak arra kell vigyázni, hogy direkt hozzáféréssel soha ne hivatkozz olyan indexű elemre, ami nem létezik. Nem értelmezhető például a 4. oszlop, mivel a 3. sorban csak 3 oszlop található. De a tömb bejárása, minimum/maximum keresés, sorösszeg, tömb összeg, megszámlálások, gond nélkül kivitelezhetők a fent kidolgozott példák alapján, de csak akkor, ha ezek nem egy oszlopra korlátozódnak. Csak akkor kell nagyon figyelni, ha csak oszlopban akarunk mozogni, mert tisztázni kell előre, létezik-e teljesen az adott oszlop, vagy valamelyik sorban lyukas. Ez a fűrészfogas szerkezet 3 és több dimenzióra is létrehozható, de azzal már szinte csak elméleti síkon kell számolni.
Adatbekérés, avagy készítsünk interaktív programokat
Ahogy előre haladunk a programozás tanulásában egyre inkább felmerül az az igény, hogy ne csak előre megadott adatokkal dolgozzon a program, hanem menet közben mi is adhassunk neki munkát. Vagy egyszerűen csak befolyásoljuk a program működését. Az is szempont lehet, hogy adatbekéréssel tesztelésre szolgáló bemeneti értékekkel kideríthessük az esetleges szemantikai hibákat.
Az adatbekérést többféle módon is megoldhatjuk, én maradok az egyik egyszerű, direkt erre a feladattípusra készített osztály, a Scanner használatával. Látni fogjuk, hogy ez rugalmasan használható többféle típusú adat bevitelére is, és a használata meglehetősen egyszerű.
Mivel ez a Scanner egy előre megírt osztály, a program elkészítésének első lépése importálni azt a készítendő kódunkba, még a program osztályainak megadása előtt: import java.util.Scanner;
Ha ez megvan, ettől a ponttól kezdve deklarálhatunk Scanner típusú változót, és létrehozhatunk belőle egy Scanner objektumot, ami az adatbekérésben segítségünkre lesz. Nézzünk akkor egy példakódot, amiben lépésenként elmagyarázom, hogy melyik kiemelt sornak mi a szerepe.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
import java.util.Scanner;
public class Adatbekeres
{
public static void main( String[] args )
{
Scanner sc;
sc = new Scanner(System.in);
int szam;
szam = sc.nextInt();
sc.close();
System.out.println("A bekert szam ketszerese: "+szam*2);
}
}
A lényegi részeket kiemelve nézzük meg a program részeit:
A kód elején a Scanner osztály importálásával kezdünk, mert enélkül nem tudjuk használni.
Ha már használhatjuk, akkor létre kell hoznunk egy Scanner objektumot, ami majd az adatbekérést fogja végrehajtani. Ez történik meg a 7. sorban.
A létrehozott Scanner objektumunkat egy sc nevű változóban fogjuk tárolni, így bármikor egyszerűen elérhetjük. Természetesen más nevet is megadhatunk neki, de lustaságból én nem adok meg hosszabb nevet, minek annyit gépelni 🙂
A Scanner osztálynak meghívjuk a konstruktorát, és odaadjuk neki a System.in bemenetet, ami alapértelmezetten a billentyűzet. Ettől kezdve az objektumunk a billentyűzetről fogja beolvasni az általunk megadott adatokat.
A Scanner objektumnak meghívjuk a nextInt() metódusát, amely a begépelt és Enter billentyűvel lezárt adatbevitel esetén a begépelt számot azonnal eltárolja egy int típusú változóba.
Lezárjuk a Scanner-t, miután már nincs rá szükségünk.
Scanner-rel többféle típusú adatot is bekérhetünk. Ez csak a használt metódustól függ. Példaként álljon itt néhány úgy, hogy előtte szerepeljen a változó is, amiben eltároljuk a beírt adatot:
String s = sc.nextLine();
float f = sc.nextFloat();
double d = sc.nextDouble();
byte b = sc.nextByte();
long l = sc.nextLong();
A Scanner használható arra is, hogy egy adatbekérésnél egy adott határoló mintát megadva darabolva kérjünk be valamit, mondjuk neveket szóközzel elválasztva. Erre azonban majd a Stringek split() metódusát fogjuk használni, így erre külön most nem térnék ki.
