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Aufgabenblatt 6

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Anton Ertl
2022-05-16 20:27:14 +02:00
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80
angabe/Aufgabenblatt6.md Normal file
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@ -0,0 +1,80 @@
# Aufgabenblatt 6
## Allgemeine Anmerkungen
Ihre Lösung für dieses Aufgabenblatt ist bis Montag, 23.5. 11h durch `git commit` und `git push`
abzugeben. Mit der Angabe werden die Dateien `MassiveIterable.java`, `MassiveIterator.java`,
`MassiveSet.java`, `MassiveForceTreeMap.java`, `Simulation6.java` und `Aufgabe6Test.java`
mitgeliefert.
Wenn Sie zusätzlich zu den gefragten Klassen weitere Klassen definieren, achten Sie darauf, dass
die Klassennamen mit `My` beginnen, um Konflikte mit späteren Aufgabenblättern zu vermeiden.
## Ziel
Ziel der Aufgabe ist die Anwendung der Konzepte: Iterator, Kopie vs. Sichtweise, Sortieren
(siehe Skriptum Seite 91-109).
## Beschreibung der gegebenen Dateien
- [MassiveIterable](../src/MassiveIterable.java) ist ein Interface, das iterierbare Objekte mit
Elementen vom Typ `Massive` spezifiziert. Verändern Sie diese Datei bitte nicht.
- [MassiveIterator](../src/MassiveIterator.java) ist ein Interface, das einen Iterator über
Elemente vom Typ `Massive` spezifiziert. Verändern Sie diese Datei bitte nicht.
- [MassiveSet](../src/MassiveSet.java) ist ein Interface, das iterierbare Mengen mit
`Massive`-Elementen spezifiziert. Verändern Sie diese Datei bitte nicht.
- [MassiveForceTreeMap](../src/MassiveForceTreeMap.java) ist das Gerüst für eine Implementierung
einer assoziativen Datenstruktur, die ein `Massive`-Objekt mit der auf das Objekt wirkenden Kraft
assoziiert.
- [Simulation6](../src/Simulation6.java) ist ein Gerüst für eine ausführbare Klasse. Hier soll
die Simulation analog zur Klasse `Simulation` implementiert werden (damit Sie Ihre [ursprüngliche
Datei](../src/Simulation.java) nicht überschreiben müssen).
- [Aufgabe6Test](../src/Aufgabe6Test.java) ist eine vorgegebene Klasse, die Sie zum Testen Ihrer
Implementierung verwenden sollten. Bei einer fehlerfreien Implementierung sollten bei der
Ausführung dieser Klasse keine Exceptions geworfen werden und alle Tests als erfolgreich ("successful")
ausgegeben werden. Entfernen Sie die Kommentarzeichen, um diese Klasse verwenden zu können. Sie
müssen diese Klasse nicht weiter verändern, können aber eigene Testfälle hinzufügen.
## Aufgaben
Ihre Aufgaben sind folgende:
**1. Implementieren Sie die Klasse `MassiveForceTreeMap`.**
Implementieren Sie die Klasse `MassiveForceTreeMap`. `MassiveForceTreeMap` ist wie
`BodyForceTreeMap` aufgebaut, mit dem Unterschied, dass der Typ des Schlüssels statt `Body` nun
der Typ `Massive` ist. Weiters soll die Klasse Methode `getKeys()` zur Verfügung stellen,
die eine `MassiveSet`-Sichtweise auf die Menge der Schlüssel liefert. Änderungen an dem
zurückgelieferten `MassiveSet`-Objekt wirken sich auf das zugrunde
liegende `MassiveForceTreeMap`-Objekt aus. Die Methode `toList()` liefert dagegen eine
unabhängige Liste (Kopie) mit allen Schlüsseln der Map. Für die Implementierung von
`MassiveSet` können Sie einen eigenen Klassennamen beginnend mit `My` wählen. Die Definition kann
in einer eigenen Datei oder in der Datei `MassiveForceTreeMap.java` erfolgen.
**2. Adaptieren Sie die Klasse `HierarchicalSystem`:**
Die Klasse `HierarchicalSystem` soll so geändert werden, dass sie das gegebene
Interface `MassiveIterable` implementiert. Die Reihenfolge der vom Iterator gelieferten
Elemente ist nicht festgelegt. Sie dürfen für die Implementierung bei Bedarf Ihren Klassen
`NamedBodyForcePair` und `HierarchicalSystem` neue, nicht angegebene Methoden hinzufügen.
Die Verwendung von Klassen des Java-Collection-Frameworks (z.B. java.util.Stack) ist erlaubt
(aber nicht notwendig).
**3. Implementierung von `Simulation6`:**
Implementieren Sie die Simulationsschleife unter Verwendung eines Objekts vom Typ
`MassiveForceTreeMap`. Die Methode `getKeys()` hilft beim Iterieren der gespeicherten Schlüssel.
Kollisionen von Himmelskörpern müssen in dieser Simulation nicht berücksichtigt werden.
#### _Punkteaufteilung_
- Implementierung von `MassiveForceTreeMap`: 3 Punkte
- Implementierung von `MassiveIterable` in `HierarchicalSystem`: 1.5 Punkte
- Implementierung von `Simulation6`: 0.5 Punkte
- Gesamt: 5 Punkte

180
src/Aufgabe6Test.java Normal file
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@ -0,0 +1,180 @@
import java.util.HashSet;
public class Aufgabe6Test {
public static void main(String[] args) {
/* //TODO: uncomment for testing
NamedBody sun1, mercury1, venus1, earth1, moon1, mars1, deimos1, phobos1, vesta1,
pallas1, hygiea1, ceres1;
// create the same 12 named body-force pairs
sun1 = new NamedBody("Sun",1.989E30, new Vector3(0.0,0.0,0.0)
, new Vector3(0.0,0.0,0.0));
earth1 = new NamedBody("Earth",5.972E24,
new Vector3(-6.13135922534815E10,-1.383789852227691E11,2.719682263474911E7), new Vector3(26832.720535473603,-11948.23168764519,1.9948243075997851));
moon1 = new NamedBody("Moon",7.349E22,
new Vector3(-6.132484773775896E10,-1.387394951280871E11,1.701046736294776E7), new Vector3(27916.62329282941,-12020.39526008238,-94.89703264508708));
mars1 = new NamedBody("Mars",6.41712E23,
new Vector3(-1.7923193702925848E11,1.726665823982123E11,7.991673845249474E9), new Vector3(-15925.78496403673,-15381.16179928219,68.67560910598857));
deimos1 = new NamedBody("Deimos",1.8E20,
new Vector3(-1.792255010450533E11,1.726891122683271E11,7.990659337380297E9), new Vector3(-17100.476719804457,-15020.348656808,631.2927851249581));
phobos1 = new NamedBody("Phobos",1.08E20,
new Vector3(-1.792253482539647E11,1.72661109673625E11,7.987848354800322E9), new Vector3(-14738.203714241401,-13671.17675223948,-411.0012490555253));
mercury1 = new NamedBody("Mercury",3.301E23,
new Vector3(-5.167375560011926E10,-4.217574885682655E10,1.14808913958168E9), new Vector3(21580.25398577148,-34951.03632847389,-4835.225596525241));
venus1 = new NamedBody("Venus",4.86747E24,
new Vector3(-3.123150865740532E10,1.0395568504115701E11,3.173401325838074E9), new Vector3(-33748.180519629335,-10014.25141045021,1809.94488874165));
vesta1 = new NamedBody("Vesta",2.5908E20,
new Vector3(-3.337493557929893E11,-4.7147908276077385E10,4.1923010146878105E10), new Vector3(4440.54247538484,-19718.49074006637,48.06573124543601));
pallas1 = new NamedBody("Pallas",2.14E20,
new Vector3(4.3452066613895575E11,-2.057319365171432E11,1.0549957423213101E11), new Vector3(5058.947582097117,11184.45711782372,-8183.524138259704));
hygiea1 = new NamedBody("Hygiea",8.32E19,
new Vector3(-3.983943433707043E11,2.325833000024021E11,-2.233667695713672E10), new Vector3(-6931.864585548552,-15686.8108598699,-690.5791992347208));
ceres1 = new NamedBody("Ceres",9.394E20,
new Vector3(3.781372641419032E11,1.96718960466285E11,-6.366459168068592E10), new Vector3(-8555.324226752316,14718.33755980907,2040.230135060142));
// check basic functions of 'MassiveForceHashMap'
MassiveForceTreeMap map = new MassiveForceTreeMap();
map.put(sun1, new Vector3(0,0,0));
map.put(mercury1, new Vector3(0,0,0));
map.put(venus1, new Vector3(0,0,0));
map.put(earth1, new Vector3(0,0,0));
map.put(moon1, new Vector3(0,0,0));
map.put(mars1, new Vector3(0,0,0));
map.put(deimos1, new Vector3(0,0,0));
map.put(phobos1, new Vector3(0,0,0));
map.put(vesta1, new Vector3(0,0,0));
map.put(pallas1, new Vector3(0,0,0));
map.put(hygiea1, new Vector3(0,0,0));
map.put(ceres1, new Vector3(0,0,0));
map.put(mars1, new Vector3(0,0,0)); // inserted twice
HashSet<Massive> set1 = new HashSet<>();
set1.add(sun1);
set1.add(mercury1);
set1.add(venus1);
set1.add(earth1);
set1.add(moon1);
set1.add(mars1);
set1.add(deimos1);
set1.add(phobos1);
set1.add(vesta1);
set1.add(pallas1);
set1.add(hygiea1);
set1.add(ceres1);
System.out.println("Test1:");
testValue(map.toString().contains("Mars"), true);
testValue(map.toString().contains("Deimos"), true);
testValue(map.toString().contains("Moon"), true);
testValue(map.toString().contains("Earth"), true);
System.out.println("Test2:");
testValue(map.getKeys().size(), 12);
System.out.println("Test3:");
testValue(map.getKeys().contains(mars1), true);
testValue(map.getKeys().contains(new NamedBody("Mars",6.41712E23,
new Vector3(0,0,0),
new Vector3(0,0,0))), true);
testValue(map.getKeys().contains(new Body(6.41712E23,
new Vector3(0,0,0),
new Vector3(0,0,0))), false);
System.out.println("Test4:");
HashSet<Massive> set2 = new HashSet<>();
for(Massive m: map.getKeys()) {
set2.add(m);
}
testValue(set1.equals(set2), true);
System.out.println("Test5:");
MassiveLinkedList list = map.getKeys().toList();
while (list.size() > 0) {
set1.remove(list.pollLast());
}
testValue(set1.isEmpty(), true);
System.out.println("Test6:");
map.getKeys().remove(mars1);
testValue(map.containsKey(mars1), false);
testValue(map.getKeys().size(), 11);
map.getKeys().clear();
testValue(map.getKeys().size(), 0);
System.out.println("Test7:");
NamedBodyForcePair sun2, mercury2, venus2, earth2, moon2, mars2, deimos2, phobos2, vesta2,
pallas2, hygiea2, ceres2;
//test classes NamedBody and MassiveForceHashMap
// create 12 named bodies
// create the same 12 named body-force pairs
sun2 = new NamedBodyForcePair("Sun",1.989E30, new Vector3(0.0,0.0,0.0)
, new Vector3(0.0,0.0,0.0));
earth2 = new NamedBodyForcePair("Earth",5.972E24,
new Vector3(-6.13135922534815E10,-1.383789852227691E11,2.719682263474911E7), new Vector3(26832.720535473603,-11948.23168764519,1.9948243075997851));
moon2 = new NamedBodyForcePair("Moon",7.349E22,
new Vector3(-6.132484773775896E10,-1.387394951280871E11,1.701046736294776E7), new Vector3(27916.62329282941,-12020.39526008238,-94.89703264508708));
mars2 = new NamedBodyForcePair("Mars",6.41712E23,
new Vector3(-1.7923193702925848E11,1.726665823982123E11,7.991673845249474E9), new Vector3(-15925.78496403673,-15381.16179928219,68.67560910598857));
deimos2 = new NamedBodyForcePair("Deimos",1.8E20,
new Vector3(-1.792255010450533E11,1.726891122683271E11,7.990659337380297E9), new Vector3(-17100.476719804457,-15020.348656808,631.2927851249581));
phobos2 = new NamedBodyForcePair("Phobos",1.08E20,
new Vector3(-1.792253482539647E11,1.72661109673625E11,7.987848354800322E9), new Vector3(-14738.203714241401,-13671.17675223948,-411.0012490555253));
mercury2 = new NamedBodyForcePair("Mercury",3.301E23,
new Vector3(-5.167375560011926E10,-4.217574885682655E10,1.14808913958168E9), new Vector3(21580.25398577148,-34951.03632847389,-4835.225596525241));
venus2 = new NamedBodyForcePair("Venus",4.86747E24,
new Vector3(-3.123150865740532E10,1.0395568504115701E11,3.173401325838074E9), new Vector3(-33748.180519629335,-10014.25141045021,1809.94488874165));
vesta2 = new NamedBodyForcePair("Vesta",2.5908E20,
new Vector3(-3.337493557929893E11,-4.7147908276077385E10,4.1923010146878105E10), new Vector3(4440.54247538484,-19718.49074006637,48.06573124543601));
pallas2 = new NamedBodyForcePair("Pallas",2.14E20,
new Vector3(4.3452066613895575E11,-2.057319365171432E11,1.0549957423213101E11), new Vector3(5058.947582097117,11184.45711782372,-8183.524138259704));
hygiea2 = new NamedBodyForcePair("Hygiea",8.32E19,
new Vector3(-3.983943433707043E11,2.325833000024021E11,-2.233667695713672E10), new Vector3(-6931.864585548552,-15686.8108598699,-690.5791992347208));
ceres2 = new NamedBodyForcePair("Ceres",9.394E20,
new Vector3(3.781372641419032E11,1.96718960466285E11,-6.366459168068592E10), new Vector3(-8555.324226752316,14718.33755980907,2040.230135060142));
CosmicSystem earthSystem = new HierarchicalSystem(earth2, moon2);
CosmicSystem marsSystem = new HierarchicalSystem(mars2, deimos2, phobos2);
HierarchicalSystem solarSystem = new HierarchicalSystem(sun2, mercury2, venus2, earthSystem,
marsSystem, vesta2, pallas2, hygiea2, ceres2);
int count = 0;
for (Massive b: solarSystem) {
count++;
}
testValue(count, 12);
*/ //TODO: uncomment
}
public static void testComparison(Object first, Object second, boolean expected) {
boolean real = first == second;
if (real == expected) {
System.out.println("Successful comparison");
} else {
System.out.println("Comparison NOT successful! Expected value: " + expected + " / Given value: " + real);
}
}
public static void testValue(Object given, Object expected) {
if (given == expected) {
System.out.println("Successful test");
} else {
System.out.println("Test NOT successful! Expected value: " + expected + " / Given value: " + given);
}
}
public static void testValue(double given, double expected) {
if (given < expected + (expected + 1) / 1e12 && given > expected - (expected + 1) / 1e12) {
System.out.println("Successful test");
} else {
System.out.println("Test NOT successful! Expected value: " + expected + " / Given value: " + given);
}
}
}

56
src/MassiveForceTreeMap.java Normal file
View File

@ -0,0 +1,56 @@
// A map that associates an object of 'Massive' with a Vector3. The number of key-value pairs
// is not limited.
//
// TODO: define further classes and methods for the binary search tree and the implementation
// of MassiveSet, if needed.
//
public class MassiveForceTreeMap {
// TODO: define missing parts of this class.
// Adds a new key-value association to this map. If the key already exists in this map,
// the value is replaced and the old value is returned. Otherwise 'null' is returned.
// Precondition: key != null.
public Vector3 put(Massive key, Vector3 value) {
// TODO: implement method.
return null;
}
// Returns the value associated with the specified key, i.e. the method returns the force vector
// associated with the specified key. Returns 'null' if the key is not contained in this map.
// Precondition: key != null.
public Vector3 get(Massive key) {
// TODO: implement method.
return null;
}
// Returns 'true' if this map contains a mapping for the specified key.
//Precondition: key != null
public boolean containsKey(Massive key) {
// TODO: implement method.
return false;
}
// Returns a readable representation of this map, in which key-value pairs are ordered
// descending according to 'key.getMass()'.
public String toString() {
// TODO: implement method.
return "";
}
// Returns a `MassiveSet` view of the keys contained in this tree map. Changing the
// elements of the returned `MassiveSet` object also affects the keys in this tree map.
public MassiveSet getKeys() {
// TODO: implement method.
return null;
}
}
//TODO: Define additional class(es) implementing the binary search tree and the implementation
// of MassiveSet (either here or in a separate file).

8
src/MassiveIterable.java Normal file
View File

@ -0,0 +1,8 @@
// Iterable objects with 'Massive' elements.
//
public interface MassiveIterable extends Iterable<Massive> {
@Override
// Returns an iterator over elements of 'Massive'.
MassiveIterator iterator();
}

15
src/MassiveIterator.java Normal file
View File

@ -0,0 +1,15 @@
import java.util.Iterator;
// An iterator over elements of 'Massive'.
//
public interface MassiveIterator extends Iterator<Massive> {
@Override
// Returns the next element in the iteration.
// (Returns 'null' if the iteration has no more elements.)
Massive next();
@Override
// Returns 'true' if the iteration has more elements.
boolean hasNext();
}

21
src/MassiveSet.java Normal file
View File

@ -0,0 +1,21 @@
// A collection of 'Massive' objects in which there are no duplicates.
//
public interface MassiveSet extends MassiveIterable, Drawable {
// Returns 'true' if the set has the specified element (i.e., has an element equal to the
// specified element).
boolean contains(Massive element);
// Removes the specified element from the set.
void remove(Massive element);
// Removes all elements from the set.
void clear();
// Returns the number of elements in the set.
int size();
// Returns an object of 'MassiveLinkedList' with all elements of 'this'.
MassiveLinkedList toList();
}

68
src/Simulation6.java Normal file
View File

@ -0,0 +1,68 @@
import codedraw.CodeDraw;
import java.awt.*;
import java.util.Random;
// Simulates the formation of a massive solar system.
//
public class Simulation6 {
// gravitational constant
public static final double G = 6.6743e-11;
// one astronomical unit (AU) is the average distance of earth to the sun.
public static final double AU = 150e9; // meters
// one light year
public static final double LY = 9.461e15; // meters
// some further constants needed in the simulation
public static final double SUN_MASS = 1.989e30; // kilograms
public static final double SUN_RADIUS = 696340e3; // meters
public static final double EARTH_MASS = 5.972e24; // kilograms
public static final double EARTH_RADIUS = 6371e3; // meters
// set some system parameters
public static final double SECTION_SIZE = 10 * AU; // the size of the square region in space
public static final int NUMBER_OF_BODIES = 22;
public static final double OVERALL_SYSTEM_MASS = 20 * SUN_MASS; // kilograms
// all quantities are based on units of kilogram respectively second and meter.
// The main simulation method using instances of other classes.
public static void main(String[] args) {
// simulation
CodeDraw cd = new CodeDraw();
// create solar system with 12 bodies
NamedBody sun = new NamedBody("Sun",1.989E30, new Vector3(0.0,0.0,0.0), new Vector3(0.0,0.0,0.0));
NamedBody earth = new NamedBody("Earth",5.972E24, new Vector3(-6.13135922534815E10,-1.383789852227691E11,2.719682263474911E7), new Vector3(26832.720535473603,-11948.23168764519,1.9948243075997851));
NamedBody moon = new NamedBody("Moon",7.349E22, new Vector3(-6.132484773775896E10,-1.387394951280871E11,1.701046736294776E7), new Vector3(27916.62329282941,-12020.39526008238,-94.89703264508708));
NamedBody mars = new NamedBody("Mars",6.41712E23, new Vector3(-1.7923193702925848E11,1.726665823982123E11,7.991673845249474E9), new Vector3(-15925.78496403673,-15381.16179928219,68.67560910598857));
NamedBody deimos = new NamedBody("Deimos",1.8E20, new Vector3(-1.792255010450533E11,1.726891122683271E11,7.990659337380297E9), new Vector3(-17100.476719804457,-15020.348656808,631.2927851249581));
NamedBody phobos = new NamedBody("Phobos",1.08E20, new Vector3(-1.792253482539647E11,1.72661109673625E11,7.987848354800322E9), new Vector3(-14738.203714241401,-13671.17675223948,-411.0012490555253));
NamedBody mercury = new NamedBody("Mercury",3.301E23, new Vector3(-5.167375560011926E10,-4.217574885682655E10,1.14808913958168E9), new Vector3(21580.25398577148,-34951.03632847389,-4835.225596525241));
NamedBody venus = new NamedBody("Venus",4.86747E24, new Vector3(-3.123150865740532E10,1.0395568504115701E11,3.173401325838074E9), new Vector3(-33748.180519629335,-10014.25141045021,1809.94488874165));
NamedBody vesta = new NamedBody("Vesta",2.5908E20, new Vector3(-3.337493557929893E11,-4.7147908276077385E10,4.1923010146878105E10), new Vector3(4440.54247538484,-19718.49074006637,48.06573124543601));
NamedBody pallas = new NamedBody("Pallas",2.14E20, new Vector3(4.3452066613895575E11,-2.057319365171432E11,1.0549957423213101E11), new Vector3(5058.947582097117,11184.45711782372,-8183.524138259704));
NamedBody hygiea = new NamedBody("Hygiea",8.32E19, new Vector3(-3.983943433707043E11,2.325833000024021E11,-2.233667695713672E10), new Vector3(-6931.864585548552,-15686.8108598699,-690.5791992347208));
NamedBody ceres = new NamedBody("Ceres",9.394E20, new Vector3(3.781372641419032E11,1.96718960466285E11,-6.366459168068592E10), new Vector3(-8555.324226752316,14718.33755980907,2040.230135060142));
// create some additional bodies
Body[] bodies = new Body[NUMBER_OF_BODIES];
Random random = new Random(2022);
for (int i = 0; i < bodies.length; i++) {
bodies[i] = new Body(Math.abs(random.nextGaussian()) * OVERALL_SYSTEM_MASS / bodies.length,
new Vector3(0.2 * random.nextGaussian() * AU, 0.2 * random.nextGaussian() * AU, 0.2 * random.nextGaussian() * AU),
new Vector3(0 + random.nextGaussian() * 5e3, 0 + random.nextGaussian() * 5e3, 0 + random.nextGaussian() * 5e3));
}
//TODO: implementation of this method according to 'Aufgabenblatt6.md'.
// Add both, NamedBody- and Body-objects, to your simulation.
}
}