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Algorithmisches Problemlösen mit Kara Klaus Becker 2015.

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Präsentation zum Thema: "Algorithmisches Problemlösen mit Kara Klaus Becker 2015."—  Präsentation transkript:

1 Algorithmisches Problemlösen mit Kara Klaus Becker 2015

2 2 Kara

3 3 Teil 1 Ausführsystem Kara

4 4 Kara, ein steuerbarer Marienkäfer Kara ist ein Marienkäfer. Kara lebt in einer Welt mit unbewegliche Baumstümpfen, mit Pilzen (die Kara verschieben kann) und mit Kleeblättern, die Kara hinlegen und aufnehmen kann.

5 5 Kara direkt steuern Aufgabe: Kara steht hier vor einem Baumstumpf. Kara soll jetzt einmal um den Baum laufen und den Weg mit Kleeblättern auslegen. Benutze die Schaltflächen im Kara-Fenster, um diese Aufgabe zu erledigen. vorhernachher

6 6 Kara mit Anweisungen steuern Aufgabe: Stelle nochmal die Ausgangssituation wie oben her. Klicke jetzt auf die Schaltfläche [Programmieren]. Es öffnet sich ein neues Fenster, in das man Anweisungen zur Steuerung von Kara schreiben kann. Ergänze diese Anweisungen und lasse sie von Kara ausführen. KaraweltfensterProgrammfenster

7 7 Fachkonzept - elementare Anweisung Die Steuerung von Kara erfolgt mit Hilfe von Anweisungen. Zur Bildung von Anweisungen stellt ein Ausführsystem wie PythonKara bestimmte Grundoperationen zur Verfügung. Solche direkt aus Grundoperationen gebildete Anweisungen nennt man auch elementare Anweisungen. elementare Anweisung kara.move() Mit einem Aufruf einer Operation wird Kara aufgefordert, die betreffende Operation auszuführen. Solch ein Aufruf hat - hier im Kontext Kara - die Gestalt kara.operation. So führt etwa der Aufruf kara.move() dazu, dass Kara einen Schritt weiter geht. Aufruf einer Operation

8 8 Fachkonzept - Anweisungssequenz Eine Anweisungssequenz ist eine Folge von Anweisungen, die vom Ausführsystem der Reihe nach ausgeführt werden. kara.turnLeft() kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() kara.turnRight() kara.move() kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() kara.turnRight() kara.move() kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() kara.turnRight() kara.move() kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() kara.turnRight() kara.move() kara.putLeaf() kara.turnLeft()

9 9 Übungen Aufgabe: Versuche, das Problem direkt mit Hilfe von Anweisungen zu lösen. Hierzu muss du Kara in Gedanken steuern und die jeweiligen Steueranweisungen in der richtigen Reihenfolge im Programmfenster notieren. Schafft du das gleich im ersten Anlauf?

10 10 Übungen Aufgabe: Kara möchte einen Pilz um einen Baumstumpf schieben. Entwickle erst sämtliche Anweisungen zur Lösung des Problems. Du musst dazu in Gedanken die Anweisungen alle ausführen. Teste anschließend, ob die Anweisungssequenz das Problem tatsächlich löst.

11 11 Teil 2 Fallunterscheidungen

12 12 Problem – Kleeblatt suchen Problem: Kara steht vor ihrem/seinem Bau und möchte das Kleeblatt, das sich irgendwo im Bau befindet, nach draußen befördern. vorher nachher vorher nachher vorher nachher

13 13 Ein Lösungsverfahren entwickeln vorher nachher Aufgabe: Ergänze die fehlenden Teile. Schritt weitergehen WENN auf einem Kleeblatt: Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen SONST: Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen vorhernachher vorhernachher

14 14 Ein Lösungsverfahren implementieren Schritt weitergehen WENN auf einem Kleeblatt: Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen SONST: Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen Aufgabe: Ergänze den Quelltext und teste, ob das Programm das Gewünschte leistet. Beachte, dass du alle drei Fälle testen musst. Achte auch hier besonders auf korrekte Einrückungen. kara.move() if kara.onLeaf(): kara.removeLeaf()... else: kara.move() … kara.putLeaf() Python-Quelltext Lösungsverfahren

15 15 Fachkonzept - Bedingung Kara kann die Umgebung mit Sensoren wahrnehmen. Die folgende Tabelle zeigt die Operationen, die Kara zur Aktivierung der Sensoren ausführen kann.

16 16 Fachkonzept - Bedingung Die Steuerung komplexerer Abläufe (wie Fallunterscheidungen und Wiederholungen) erfolgt mit Hilfe von Bedingungen. Die einfachsten Bedingungen, die mit Hilfe der Grundoperationen des Ausführsystems gebildet werden, nennt man auch elementare Bedingungen. … if kara.onLeaf():... else: … elementare Bedingungen Komplexere Bedingungen lassen sich mit Hilfe logischer Operatoren aufbauen. … if not kara.treeFront():... else: … Komplexe Bedingung

17 17 Fachkonzept - Fallunterscheidung Schritt weitergehen WENN auf einem Kleeblatt: # Fall 1 Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen SONST: Schritt weitergehen WENN auf einem Kleeblatt:# Fall 2 Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen SONST: # Fall 3 Schritt weitergehen Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen Fall 2 Fall 1 Fall 3

18 18 Fachkonzept - Fallunterscheidung Schritt weitergehen WENN auf einem Kleeblatt: # Fall 1 Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen SONST: Schritt weitergehen WENN auf einem Kleeblatt:# Fall 2 Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen SONST: # Fall 3 Schritt weitergehen Kleeblatt aufheben rechts drehen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen Eine Fallunterscheidung dient dazu, alternative Abläufe zu beschreiben.

19 19 Fachkonzept - Fallunterscheidung WENN [Bedingung]: [Anweisungssequenz] SONST: [Anweisungssequenz] if [Bedingung]: [Anweisungssequenz] else: [Anweisungssequenz] zweiseitige Fallunterscheidung FlussdiagrammStruktogramm

20 20 Fachkonzept - Fallunterscheidung WENN [Bedingung]: [Anweisungssequenz] if [Bedingung]: [Anweisungssequenz] einseitige Fallunterscheidung FlussdiagrammStruktogramm

21 21 Übungen if kara.onLeaf(): kara.removeLeaf() kara.move() else: kara.move() Aufgabe: Gegeben sind zwei Mini-Programme. Erkläre mit Hilfe von Flussdiagrammen, dass beide Programme dasselbe leisten. if kara.onLeaf(): kara.removeLeaf() kara.move()

22 22 Übungen Aufgabe: Kara weiß nicht, ob und wie viele Kleeblätter sich in ihrem/seinem Bau befinden. Kara möchte sie alle einsammeln. vorhernachher

23 23 Teil 3 Wiederholungen

24 24 Problem – Baumreihe umlaufen Problem: Kara steht vor einer Baumreihe, weiß jedoch nicht, wie lang sie ist. Kara möchte um die Baumreihe laufen und den Weg mit Blättern auslegen. vorhernachher

25 25 Lösungsverfahren Aufgabe: Ergänze die fehlenden Teile. Teste das fertige Programm... SOLANGE ein Baumstumpf rechts steht:... while kara.treeRight():... vorhernachher

26 26 Ein ähnliches Problem Aufgabe: Löse das Problem analog. vorhernachher

27 27 Fachkonzept - Wiederholung Kleeblatt hinlegen links drehen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen rechts drehen Schritt weitergehen SOLANGE ein Baumstumpf rechts steht: Kleeblatt hinlegen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen rechts drehen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen links drehen Wiederholung Eine Wiederholung dient dazu, wiederholte Abläufe zu beschreiben.

28 28 Fachkonzept - Fallunterscheidung SOLANGE [Bedingung]: [Anweisungssequenz] while [Bedingung]: [Anweisungssequenz] Wiederholung mit Eintrittsbedingung FlussdiagrammStruktogramm

29 29 Übungen Aufgabe: Betrachte das folgende Kara-Programm: while not kara.treeFront(): kara.move() (a) Was leistet dieses Programm? Teste es mit geeigneten Kara-Welten. (b) Überlege dir, wie die Kara-Welt jeweils beschaffen sein muss, damit einer der folgenden Sonderfälle eintritt: - Die Schleife wird überhaupt nicht durchlaufen. - Kara gerät in eine Endlosschleife.

30 30 Übungen Aufgabe: Worin besteht der Unterschied zwischen den folgenden Programmen? Verdeutliche den Unterschied anhand konkreter Situationen. while not kara.treeFront(): kara.move() kara.putLeaf() while not kara.treeFront(): kara.move() kara.putLeaf()

31 31 Übungen Aufgabe: Kara steht im Eingang ihres/seines rechteckigen Baus. Kara soll in die hintere Ecke des Baus (siehe Abbildung) laufen. Beachte, dass der Kara-Bau verschiedene Ausmaße haben kann.

32 32 Übungen Aufgabe: Kara soll einmal um ihren/seinen Bau laufen und den Weg mit Kleeblättern auslegen. Aber Achtung, der rechteckige Kara-Bau kann ganz unterschiedliche Ausmaße haben. Die Beispiele zeigen zwei Möglichkeiten.

33 33 Teil 4 Algorithmen

34 34 Problem Problem: Kara ist auf der Suche nach einem Kleeblatt. Kara soll hierzu geradeaus weiterlaufen, bis sie/er ein Kleeblatt gefunden hat. Aber, es befinden sich manchmal Baumstümpfe im Weg. Kara muss diese Hindernisse dann umlaufen.

35 35 Ideen suchen Aufgabe: Am besten, du spielst selbst Kara und probierst verschiedene Problemsituationen erst einmal aus.

36 36 Ideen beschreiben Aufgabe: Beschreibe in deinen Worten, wie du vorgehen willst.

37 37 Ein Verfahren präzise beschreiben Aufgabe: Die Ablauflogik lässt sich oft sehr gut mit einem Struktogrammen beschreiben. Die Abbildung zeigt Bausteine eines solchen Struktogramms. Kannst du die fehlenden Teile ergänzen?

38 38 Ein Verfahren implementieren Aufgabe: Versuche, das in Struktogrammform entwickelte Verfahren in die Python-Sprache zu übersetzen. Teste das Programm mit verschiedenen Problemsituationen (u.a. den oben gezeigten).

39 39 Fachkonzept - Problemspezifikation Eine Problemspezifikation dient dazu, ein Problem möglichst präzise zu beschreiben Wir benutzen hier ein Verfahren zur Problembeschreibung, das in vielen Bereichen der Informatik angewandt wird. Wir beschreiben ein Problem mit Hilfe der Zustände, die das betrachtete System (hier: Kara und ihre/seine Welt) vor und nach der Problembearbeitung einnehmen soll. Zur Darstellung der Zustände benutzen wir häufig Bilder. Zustand vorherZustand nachher Zustand vorherZustand nachher Zustand vorherZustand nachher Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3

40 40 Fachkonzept - Algorithmus Ein Algorithmus ist eine Verarbeitungsvorschrift zur Lösung eines Problems, die so präzise formuliert ist, dass sie (zumindest im Prinzip) auch von einer Maschine abgearbeitet werden kann. SOLANGE nicht auf einem Kleeblatt: WENN vor einem Baum: links drehen Schritt weitergehen rechts drehen Schritt weitergehen SOLANGE rechts ein Baum: Schritt weitergehen rechts drehen Schritt weitergehen links drehen SONST: Schritt weitergehen Kleeblatt aufheben

41 41 Fachkonzept - Algorithmus Zur Darstellung von Algorithmen verwendet man die natürliche Sprache, Pseudo-Codes, Struktogramme, … SOLANGE nicht auf einem Kleeblatt: WENN vor einem Baum: links drehen Schritt weitergehen rechts drehen Schritt weitergehen SOLANGE rechts ein Baum: Schritt weitergehen rechts drehen Schritt weitergehen links drehen SONST: Schritt weitergehen Kleeblatt aufheben Struktogramm Pseudo-Code

42 42 Fachkonzept - Programm Ein Programm ist ein Algorithmus zur Lösung eines Problems, der in einer vorgegebenen Programmiersprache verfasst ist. while not kara.onLeaf(): if kara.treeFront(): kara.turnLeft() kara.move() kara.turnRight() kara.move() while kara.treeRight(): kara.move() kara.turnRight() kara.move() kara.turnLeft() else: kara.move() kara.removeLeaf()

43 43 Bausteine von Algorithmen Elementaranweisung Fallunterscheidung Wiederholung

44 44 Bausteine von Algorithmen Schachtelung Sequenzbildung

45 45 Kontrollstrukturen Kontrollstrukturen dienen dazu, den Ablauf der Ausführungsschritte festzulegen. Wesentliche Kontrollstrukturen sind die Sequenzbildung, die Fallunterscheidung und die Wiederholung. Flussdiagramme Programmablaufpläne

46 46 Kontrollstrukturen Kontrollstrukturen dienen dazu, den Ablauf der Ausführungsschritte festzulegen. Wesentliche Kontrollstrukturen sind die Sequenzbildung, die Fallunterscheidung und die Wiederholung. Struktogramme SequenzbildungFallunterscheidungWiederholung

47 47 Fehler in Algorithmen und Programmen Kleeblatt suchen: SOLANGE nicht auf einem Kleeblatt, mache Folgendes: WENN vor einem Baum, dann den Baum / die Baumreihe umlaufen anschließend einen Schritt weitergehen das Kleeblatt aufheben Jeder macht Fehler. Algorithmisches Problemlösen ist eine anspruchsvolle Tätigkeit. Es ist ganz natürlich, wenn du dabei Fehler machst. Das kommt selbst bei Profis immer wieder vor. Aufgabe: Was wurde hier bei der Ideensuche nicht berücksichtigt?

48 48 Fehler in Algorithmen und Programmen Jeder macht Fehler. Algorithmisches Problemlösen ist eine anspruchsvolle Tätigkeit. Es ist ganz natürlich, wenn du dabei Fehler machst. Das kommt selbst bei Profis immer wieder vor. Aufgabe: Hier hat sich ein Fehler in der Ablaufmodellierung eingeschlichen Findest du ihn?

49 49 Fehler in Algorithmen und Programmen while not kara.onLeaf(): if kara.treeFront() kara.turnLeft() kara.move() kara.turnRight() kara.move() while kara.treeRight(): kara.move() kara.turnRight() kara.move() kara.turnLeft() else: kara.move() kara.removeLeaf() Jeder macht Fehler. Algorithmisches Problemlösen ist eine anspruchsvolle Tätigkeit. Es ist ganz natürlich, wenn du dabei Fehler machst. Das kommt selbst bei Profis immer wieder vor. Aufgabe: Bei der Übersetzung eines korrekten Algorithmus in ein lauffähiges Programm kann es zu weiteren Fehlern kommen. Welche wurden hier gemacht?

50 50 Fehler in Algorithmen und Programmen Grob unterscheiden lassen sich die folgenden beiden Fehlertypen: Logische Fehler sind Fehler in Algorithmen, bei denen die Ablauflogik nicht korrekt festgelegt ist. Syntaxfehler sind Fehler in Programmen, bei denen die Vorgaben der Programmiersprache nicht beachtet sind. Syntaxfehler werden in der Regel durch Fehlermedungen vom Ausführsystem angezeigt. Die Schwierigkeit besteht meist nur darin, die Fehlermeldungen zu verstehen. Schwieriger ist es, logische Fehler zu finden. Hier hilft es oft, den Algorithmus - für verschiedene Problemsituationen - Schritt für Schritt selbst auszuführen.

51 51 Übungen Aufgabe: T. hat das folgende Programm zur Lösung des Problems entwickelt. Das Programm enthält etliche Fehler. Suche und korrigiere sie. while kara.onLeaf(): kara.removeleaf() kara.move() kara.turnRight() while kara.onLeaf(): kara.removeleaf() kara.move() kara.turnRight() while kara.onLeaf(): kara.removeleaf() kara.move() kara.turnRight() while kara.onLeaf(): kara.removeleaf() kara.move() kara.turnRight() Problem: Kara soll die Kleeblätter, die als Rechteck ausgelegt sind, alle einsammeln.

52 52 Übungen Aufgabe: Entwickle zunächst eine Lösungsidee. Beschreibe sie in Worten. Formuliere anschließend einen Algorithmus. Entwickle und teste dann erst ein zum Algorithmus passendes Programm. Problem: Kara soll Bäume mit Kleeblättern auslegen. Zu Beginn befindet sich Kara unten im Baumstamm. Kara soll anschließend ein mit Bäumen umrandetes Gebiet (das die Form eines Baumes hat) mit Kleeblättern auslegen. Wir gehen dabei davon aus, dass alle Felder direkt vom Baumstamm aus erreichbar sind.

53 53 Teil 5 Unterprogramme

54 54 Problem Problem: Kara soll eine Runde um einen markierten Platz laufen. Die Markierungspfosten stehen schon. Damit man den Weg sieht, soll er mit Kleeblättern ausgelegt werden.

55 55 Algorithmus Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen ALGORITHMUS Runde laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen

56 56 Ein Programm # Kleeblattreihe bis Baum legen while not kara.treeFront(): kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() # um Baum laufen kara.turnRight() kara.move() kara.turnLeft() kara.move() kara.turnRight() # Kleeblattreihe bis Baum legen while not kara.treeFront(): kara.putLeaf() … Codeduplizierung ALGORITHMUS Runde laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen

57 57 Kara lernt neue Befehle # Unterprogramm def kleeblattreiheBisBaumLegen(): while not kara.treeFront(): kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() # Hauptprogramm kleeblattreiheBisBaumLegen()

58 58 Ein besseres Programm ALGORITHMUS Runde laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen # Unterprogramm def kleeblattreiheBisBaumLegen(): while not kara.treeFront(): kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() … # Hauptprogramm kleeblattreiheBisBaumLegen() … Aufgabe: Ergänze die fehlenden Teile.

59 59 Fachkonzept – Unterprogramm Ein Unterprogramm ist eine eigenständige Programmeinheit zur Lösung eines Teilproblems. # Unterprogramm kleeblattreiheBisBaumLegen # vorher: # Kara sieht (in einiger Entfernung) vor sich einen Baum. # nachher: # Kara hat den gesamten Weg bis zum Baum mit Kleeblättern ausgelegt. def kleeblattreiheBisBaumLegen(): while not kara.treeFront(): kara.putLeaf() kara.move() kara.putLeaf() # Hauptprogramm kleeblattreiheBisBaumLegen() Unterprogrammdeklaration Unterprogrammaufruf Vorteile von Unterprogrammen: Unterprogramme tragen dazu bei, Programme übersichtlich zu gestalten. Unterprogramme dienen dazu, Code-Duplizierungen zu vermeiden. Kommentare

60 60 Teil 6 Problemzerlegung

61 61 Ein etwas schwierigeres Problem Problem: Kara will ein Fußballfeld mit Kleeblättern auslegen. Die Eckpfosten stehen schon. Das Problem ist recht komplex. In solch einer Situation ist es meist günstig, das Problem in geeignete Teilprobleme zu zerlegen.

62 62 Zerlegung in Teilprobleme zur Ausgangsposit. gehen Spielfeldrand mit Blättern auslegen ins Innere des Spielfelds gehen das Innere mit Blättern auslegen Zur Endposition gehen Fussballfeld mit Kleeblättern auslegen

63 63 Lösung des Ausgangsproblems zur Ausgangsposit. gehen Spielfeldrand mit Blättern auslegen ins Innere des Spielfelds gehen das Innere mit Blättern auslegen zur Endposition gehen ALGORITHMUS Fussballfeld mit Kleeblättern auslegen zur Ausgangsposition gehen den Spielfeldrand mit Blättern auslegen ins Innere des Spielfelds gehen das Innere mit Blättern auslegen zur Endposition gehen

64 64 Zerlegung in Teilprobleme Kleeblattreihe bis Baum legen Spielfeldrand mit Blättern auslegen um einen Pfosten laufen

65 65 Lösung des Problems Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen ALGORITHMUS Spielfedrand m. Kleeblättern auslegen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen

66 66 Zerlegung in Teilprobleme Das Innere mit Blättern auslegen Aufgabe: In welche Teilprobleme lässt sich das beschriebene Problem zerlegen?

67 67 Lösung des Problems ALGORITHMUS Innere mit Kleeblättern auslegen Aufgabe: Wie lässt sich das Teilproblem jetzt lösen?

68 68 Lösung „einfacher“ Probleme „Einfache“ Probleme werden nicht weiter in Teilprobleme zerlegt, sondern direkt gelöst. ALGORITHMUS Kleeblattreihe bis Baum legen SOLANGE nicht vor einem Baum: Kleeblatt hinlegen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen ALGORITHMUS Spielfedrand m. Kleeblättern auslegen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen ALGORITHMUS um einen Pfosten laufen

69 69 Fachkonzept – „teile und herrsche“ Teile und herrsche ist eine Problemlösestrategie, bei der ein Problem immer weiter in Teilprobleme zerlegt wird, bis diese sich einfach lösen lassen. Aus den Lösungen der Teilprobleme wird dann die Lösung des Gesamtproblems zusammengesetzt. ALGORITHMUS Kleeblattreihe bis Baum legen SOLANGE nicht vor einem Baum: Kleeblatt hinlegen Schritt weitergehen Kleeblatt hinlegen ALGORITHMUS Spielfedrand m. Kleeblättern auslegen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen Kleeblattreihe bis Baum legen um einen Pfosten laufen … ALGORITHMUS um einen Pfosten laufen Rechts drehen Schritt weitergehen Links drehen Schritt weitergehen Rechts drehen Problem zerlegenLösung zusammensetzen Teilproblem lösen

70 70 Übungen Aufgabe: Entwickle passende Unterprogramme zur Lösung des Fussballfeldproblems. Orientiere dich an den vorgenommenen Problemzerlegungen.

71 71 Übungen Aufgabe: Kara soll die Kleeblätter, die sich in ihrem/seinem Bau befinden, alle einsammeln. Löse das Problem mit der Problemlösestrategie „teile und herrsche“.

72 72 Teil 7 Algorithmen mit Variablen

73 73 Ein Zählproblem Problem: Kara soll alle Kleeblätter auf dem Weg zu einem Baum einsammeln und sie vor dem Baum der Reihe nach auslegen.

74 74 Lösung des Zählproblems Problem: Kara soll alle Kleeblätter auf dem Weg zu einem Baum einsammeln und sie vor dem Baum der Reihe nach auslegen. ALGORITHMUS Kleeblätter einsammeln und auslegen setze zaehler auf 0 SOLANGE nicht vor einem Baum: WENN auf einem Kleeblatt: erhöhe zaehler um 1 Kleeblatt aufheben einen Schritt weitergehen... Aufgabe: Wie könnte der Algorithmus fortgesetzt werden?

75 75 Implementierung einer Lösung Problem: Kara soll alle Kleeblätter auf dem Weg zu einem Baum einsammeln und sie vor dem Baum der Reihe nach auslegen. zaehler = 0 while not kara.treeFront(): if kara.onLeaf(): zaehler = zaehler + 1 kara.removeLeaf() kara.move()... Aufgabe: Was bewirken die Anweisungen zaehler = 0 bzw. zaehler = zaehler + 1? Teste das bereits vorgegebene Programm. Versuche, das Programm fertigzustellen.

76 76 Variable Variablen dienen in der Informatik dazu, Daten zu verwalten. Eine Variable ist ein Name, der (in der Regel) mit einem Datenwert verknüpft ist. zaehler = 0 while not kara.treeFront(): if kara.onLeaf(): zaehler = zaehler + 1 kara.removeLeaf() kara.move()

77 77 Wertzuweisung Eine Veränderung eines Variablenwerts bzw. des zugehörigen Speicherzelleninhalts kann mit Hilfe einer Wertzuweisung an die entsprechende Variable erfolgen. kara.move() kara.turnRight() kara.move() zaehler = 0 while kara.treeRight(): zaehler = zaehler + 1 kara.move() kara.turnRight() kara.move() while kara.treeRight(): kara.move() kara.turnRight() kara.move() while zaehler > 0: zaehler = zaehler - 1 kara.move() kara.turnLeft()... zaehler = zaehler + 1 Auswertung einer Wertzuweisung: Erst wird der Wert des Terms mit Hilfe des aktuellen Variablenzustands ermittelt. Dieser Wert wird dann der Variablen als neuer aktueller Wert zugewiesen. Variable Term

78 78 Noch ein Zählproblem Problem: Kara soll die Schritte bis zum Eingang zählen und sich im Eingang so oft drehen, wie Schritte zum Erreichen des Baus erforderlich waren. gefunden = False abstand = 0 while not gefunden: kara.move() abstand = abstand + 1 gefunden = kara.treeLeft() and kara.treeRight() while abstand > 0: kara.turnLeft()

79 79 Datentypen Ein Datentyp beschreibt eine Menge von Datenobjekten, die alle die gleiche Struktur haben und mit denen die gleichen Operationen ausgeführt werden können. abstand = abstand + 1 Wahrheitswert Rechnen mit Zahlen gefunden = False abstand = 0 while not gefunden: kara.move() abstand = abstand + 1 gefunden = kara.treeLeft() and kara.treeRight() while abstand > 0: kara.turnLeft() Zahl gefunden = kara.treeLeft() and kara.treeRight() logische Verknüpfung mit Wahrheitswerten Zählvariableboolesche V.

80 80 Teil 8 Miniprojekt - Kara lernt rechnen

81 81 Rechenprobleme Problem: Kara soll Rechenaufgaben mit Kleeblättern ausführen. Einfach:  Addition Nicht schwer:  Subtraktion, Vergleich Eher schwer:  Multiplikation, Division Herausforderung:  Potenzierung, Wurzelziehen,...

82 82 Auftrag Kara soll rechnen lernen. Entwickele Algorithmen und entsprechende Programme für verschiedene Rechenoperationen. * Benutze keine Variablen. Kara soll nur mit Kleeblättern operieren. * Wähle mindestens zwei Rechenoperationen aus, für die du die Algorithmen und Programme entwickelst. Besonders einfach ist die Addition. Nicht sonderlich schwierig ist die Subtraktion. Hier muss man sich nur überlegen, was man bei Aufgaben wie 3-5 macht. Schwieriger sind die Multiplikation und Division. Wer sich weit vorwagen möchte, kann auch das Potenzieren oder Wurzelziehen bearbeiten. * Alle wesentlichen Arbeitsergebnisse sollen dokumentiert werden. Was alles hier dazu gehört, wird auf der folgenden Folie gezeigt.

83 83 Arbeitsschritte und ihre Dokumentation Problem Auftrag Ermittlung der Anforderungen Pflichtenheft (Prototyp) Entwicklung eines Modells Algorithmus Implementierung des Modells Lauffähiges Programm Testen des Programms Auftraggerechtes Produkt Informelle Problembeschreibung: Kara soll Rechenaufgaben mit Kleeblättern ausführen. Präzise Problemspezifikation Beschreibung der Anforderungen an das Programm Algorithmus in Struktogrammform /... Strukturiertes und kommentiertes Programm Testprotokoll über die untersuchten Testfälle


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