Aufgabenblatt 8
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Anton Ertl
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# Aufgabenblatt 8
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## Allgemeine Anmerkungen
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Ihre Lösung für dieses Aufgabenblatt ist bis Dienstag, 13.6., 11h durch `git commit` und `git push`
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abzugeben.
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Wenn Sie zusätzlich zu den gefragten Klassen und Interfaces weitere Klassen oder
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Interfaces definieren, achten Sie darauf, dass die Klassennamen mit `My` beginnen, um Konflikte
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mit späteren Aufgabenblättern zu vermeiden.
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Weiters werden die Dateien `StateFileNotFoundException.java`,
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`StateFileFormatException.java`, `ReadDataUtil.java`, `Simulation8.java`, `Simulation9.java`,
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`Aufgabe8Test.java` und das Verzeichnis `states` mit `txt`-Dateien mitgeliefert.
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## Ziel
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Ziel der Aufgabe ist das Verständnis und die Anwendung der Konzepte: Java-Collections, Eingabe mit
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Validierung, Exceptions (S. 110-123).
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## Beschreibung der gegebenen Dateien
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- [states](../states) ist ein Verzeichnis, in dem mehrere Dateien mit der Endung `.txt`
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mitgeliefert werden. Diese enthalten Daten von je einem Himmelskörper sowie dessen Positionen und
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Geschwindigkeitsvektoren für alle Tage der Jahre 2019-2021. Die Angaben sind wie gewohnt in
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kartesischen Koordinaten, wobei die Sonne den Urspung des Koordinatensystems bildet und die
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Ekliptik die x-y-Ebene darstellt. Die Daten stammen von [https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi#top](https://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi#top).
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**ACHTUNG**: Die Werte sind in km bzw. km/sec angegeben!
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- [StateFileNotFoundException](../src/StateFileNotFoundException.java) enthält die Definition
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der Klasse `StateFileNotFoundException`. Diese sollen Sie vervollständigen.
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- [StateFileFormatException](../src/StateFileFormatException.java) enthält die Definition
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der Klasse `StateFileFormatException`. Diese sollen Sie vervollständigen.
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- [ReadDataUtil](../src/ReadDataUtil.java) ist eine Klasse mit einer statischen Methode zum
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Einlesen von Position- und Bewegungsvektoren von Himmelskörpern aus Dateien.
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Diese sollen Sie vervollständigen.
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- [Simulation8](../src/Simulation8.java) ist ein Gerüst für eine ausführbare Klasse. Hier soll
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die Simulation analog zur Klasse `Simulation` implementiert werden (damit Sie Ihre [ursprüngliche
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Datei](../src/Simulation.java) nicht überschreiben müssen).
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- [Simulation9](../src/Simulation9.java) ist eine leere Datei. Hier soll eine weitere Simulation
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implementiert werden, die so wie `Simulation8` funktioniert, mit dem Unterschied, dass anstelle
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der selbst implementierten Datenstrukturen nur vorgefertigte Klassen aus dem
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Java-Collection-Framework benutzt werden sollen.
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- [Aufgabe8Test](../src/Aufgabe8Test.java) ist eine vorgegebene Klasse, die Sie zum Testen Ihrer
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Implementierung verwenden sollten. Bei einer fehlerfreien Implementierung sollten bei der
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Ausführung dieser Klasse keine Exceptions geworfen werden und alle Tests als erfolgreich ("successful")
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ausgegeben werden. Entfernen Sie die Kommentarzeichen, um diese Klasse verwenden zu können. Sie
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müssen diese Klasse nicht weiter verändern, können aber eigene Testfälle hinzufügen.
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## Aufgaben
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1. Ändern Sie Ihre Implementierung, sodass ein `MassiveIterator` eine Exception
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vom Typ `java.util.NoSuchElementException` wirft, falls `next()` aufgerufen wird,
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jedoch der Iterator keine weitere Iteration hat (`hasNext()` liefert `false`).
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2. Ändern Sie den Iterator von der von `getKeys()` zurückgelieferten
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Sichtweise auf `MassiveForceTreeMap` so, dass `remove()` überschrieben wird
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([siehe API Dokumentation](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Iterator.html#remove--)),
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sodass der Iterator Einträge in Objekten von `MassiveForceTreeMap` löschen kann. Achten Sie
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darauf, dass hier in bestimmten Fällen eine `java.lang.IllegalStateException` geworfen werden
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soll. Der Iterator von `HierarchicalSystem` muss nicht geändert werden.
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3. Validierung von Eingabedaten:
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- Implementieren Sie in der Klasse `ReadDataUtil.java` die Methode `readConfiguration`.
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Es soll ein gepufferter Stream zum Einlesen genutzt werden (siehe Skriptum Seite 128).
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Erstellen Sie zum Testen auch Varianten der txt-Dateien mit Formatfehlern.
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- Fügen Sie der Klasse `NamedBody` bei Bedarf
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eine Methode `setState(Vector3 position, Vector3 velocity)` zum Setzen der Position
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und des Geschwindigkeitsvektors des Himmelskörpers hinzu.
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- Definieren Sie die beiden angegebenen Exceptionklassen in den entsprechenden
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mitgelieferten Dateien.
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4. Ausnahmebehandlung:
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In der Klasse `Simulation8` sollen nun die Himmelskörper mit Daten aus den gegebenen
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txt-Dateien initialisiert werden. Dabei sollen zumindest die Sonne sowie die
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inneren Planeten
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Merkur, Venus, Erde und Mars vorkommen. Sie können weitere Himmelskörper (siehe txt-Dateien)
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hinzufügen. Nutzen Sie die Klasse `MassiveForceTreeMap` und ihre Iteratoren, um die
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Himmelskörper der Simulation zu verwalten. (Kollisionen von Himmelskörpern müssen nicht
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berücksichtigt werden.)
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Ändern Sie die Klasse `Simulation8` so, dass sie zwei Kommandozeilenargumente verarbeitet.
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Das erste Argument ist ein String mit der Angabe des Pfades zum Verzeichnis, wo die
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entsprechenden txt-Dateien (z.B. `Venus.txt`,`Mercury.txt`,`Earth.txt`) mit den Konfigurationen
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der Himmelskörper zu finden sind. Die Dateien haben die Namen der Himmelskörper mit Endung `
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.txt`. Für die Sonne gibt es keine txt-Datei (es wird die Position (0,0,0) angenommen).
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Das zweite Argument ist ein String mit einer Datumsangabe der Form YYYY-MMM-DD, also z.B.
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2020-Dec-04, die den Tag der auszulesenden Position und Bewegungsvektor bestimmt. Die Klasse
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soll beim Auftreten von Problemen bei der Ausführung entsprechende Fehlermeldungen ausgeben und
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die Ausführung in bestimmten Fällen beenden. Beispiele für Aufrufe im Kommandozeileninterpreter
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mit entsprechenden Fehlermeldungen (Sie können zum Ausführen das Terminal in IntelliJ nutzen
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oder die Programmargumente unter `Edit Configurations` angeben):
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```
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$ javac Simulation8.java
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$ java Simulation8 ../states 2021-May-28
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Running simulation ...
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$ java Simulation8 ../states
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Error: wrong number of arguments.
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$ java Simulation8 ../states 2025-Dec-12
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Warning: State not available for Earth.
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Running simulation without Earth.
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Warning: State not available for Venus.
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Running simulation without Venus.
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...
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$ java Simulation8 ../states-altered 2021-May-28
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Warning: File ../states-altered/Venus.txt does not have required format.
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Running simulation without Venus.
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Warning: File ../states-altered/Mars.txt not found.
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Running simulation without Mars.
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Running simulation ...
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$ java Simulation8 ../states -17
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Error: State has wrong format (requires YYYY-MM-DD), aborting.
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$ java Simulation8 blah 2021-May-28
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Warning: File blah/Earth.txt not found.
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Running simulation without Earth.
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Warning: File blah/Venus.txt not found.
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Running simulation without Venus.
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...
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```
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5. Kopieren Sie den Inhalt der Datei `Simulation8.java` in die Datei `Simulation9.java` und bauen
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Sie `Simulation9` so um, dass anstelle der selbst implementierten Datenstrukturen nur
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vorgefertigte Klassen aus dem Java-Collection-Framework benutzt werden.
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6. Freiwillige Zusatzaufgabe (ohne Bewertung):
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Ändern Sie die Klasse `Simulation8` so um, dass ein drittes optionales Kommandozeilenargument
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verarbeitet werden kann. Dieses gibt an, wieviele Tage simuliert werden sollen. Beispielsweise
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kann eine zweite Datumsangabe möglich sein, oder die Anzahl an Tagen.
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Sobald dieser Zeitpunkt in der Simulation erreicht wurde, können die aktuellen Positionen der
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Himmelskörper mit den in den txt-Dateien angegebenen Positionen verglichen werden (z.B.
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durch erneutem Aufruf von `readConfiguration` und `draw`). Wie groß sind die Abweichungen
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der von NASA errechneten Positionen zu den Positionen, die Ihre Simulation liefert?
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### Denkanstöße (ohne Bewertung)
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1. Haben Sie die remove-Methode des Iterators so implementiert, dass der Aufruf keine
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zusätzliche Suche nach dem zu löschenden Eintrag benötigt?
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2. Wie verhalten sich die von der Methode `toList()` der Klasse `MassiveForceTreeMap`
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zurückgelieferten Listen, wenn deren enthaltene Himmelskörper durch `setState` verändert werden?
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Werden dadurch die Himmelskörper der ursprünglichen `MassiveForceTreeMap`-Objekte auch geändert?
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(Anmerkung: diesbezüglich gibt es im Aufgabenblatt 6 keine Vorgaben).
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3. Wie verhalten sich Ihre Iteratoren, wenn Objekte geändert werden?
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4. Wie kann man durch Einfügen von Zeichen `,` und newlines (`\n`) aus den `txt`-Dateien eine
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"fehlerhafte" Datei machen, die trotzdem von der Methode akzeptiert wird? Kann man solche Probleme
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verhindern?
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#### _Punkteaufteilung_
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- Änderung von `next()` von `MassiveIterator`: 0.5 Punkte
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- Implementierung der Methode `remove()` im Iterator der `MassiveSet`-Sichtweise
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von `MassiveForceTreeMap`: 2 Punkte
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- Implementierung der Exceptionklassen und Implementierung von `readConfiguration`
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in `ReadDataUtil`: 1.5 Punkte
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- Implementierung von `Simulation8` und `Simulation9`: 1 Punkt
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