AB8/5

angabe/Aufgabenblatt8.md

@@ -0,0 +1,152 @@
+# Aufgabenblatt 8
+
+## Allgemeine Anmerkungen
+Ihre Lösung für dieses Aufgabenblatt ist bis Montag, 13.6., 11h durch `git commit` und `git push`
+abzugeben.
+Wenn Sie zusätzlich zu den gefragten Klassen und Interfaces weitere Klassen oder
+Interfaces definieren, achten Sie darauf, dass die Klassennamen mit `My` beginnen, um Konflikte
+mit späteren Aufgabenblättern zu vermeiden.
+
+Weiters werden die Dateien `StateFileNotFoundException.java`,
+`StateFileFormatException.java`, `ReadDataUtil.java`, `Simulation8.java`, `Simulation9.java`,
+ `Aufgabe8Test.java` und das Verzeichnis `states` mit `txt`-Dateien mitgeliefert.
+
+## Ziel
+Ziel der Aufgabe ist das Verständnis und die Anwendung der Konzepte: Java-Collections, Eingabe mit
+Validierung, Exceptions (S. 110-123).
+
+## Beschreibung der gegebenen Dateien
+
+- [states](../states) ist ein Verzeichnis, in dem mehrere Dateien mit der Endung `.txt`
+ mitgeliefert werden. Diese enthalten Daten von je einem Himmelskörper sowie dessen Positionen und
+ Geschwindigkeitsvektoren für alle Tage der Jahre 2019-2021. Die Angaben sind wie gewohnt in
+ kartesischen Koordinaten, wobei die Sonne den Ursprung des Koordinatensystems bildet und die
+ 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).
+
+    **ACHTUNG**: Die Werte sind in km bzw. km/sec angegeben!
+
+- [StateFileNotFoundException](../src/StateFileNotFoundException.java) enthält die Definition
+der Klasse `StateFileNotFoundException`. Diese sollen Sie vervollständigen.
+- [StateFileFormatException](../src/StateFileFormatException.java) enthält die Definition
+der Klasse `StateFileFormatException`. Diese sollen Sie vervollständigen.
+- [ReadDataUtil](../src/ReadDataUtil.java) ist eine Klasse mit einer statischen Methode zum
+Einlesen von Position- und Bewegungsvektoren von Himmelskörpern aus Dateien.
+Diese sollen Sie vervollständigen.
+- [Simulation8](../src/Simulation8.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).
+- [Simulation9](../src/Simulation9.java) ist eine leere Datei. Hier soll eine weitere Simulation
+implementiert werden, die so wie `Simulation8` funktioniert, mit dem Unterschied, dass anstelle
+der selbst implementierten Datenstrukturen nur vorgefertigte Klassen aus dem
+Java-Collection-Framework benutzt werden sollen.
+- [Aufgabe8Test](../src/Aufgabe8Test.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
+
+1. Ändern Sie Ihre Implementierung, sodass ein `MassiveIterator` eine Exception
+    vom Typ `java.util.NoSuchElementException` wirft, falls `next()` aufgerufen wird,
+    jedoch der Iterator keine weitere Iteration hat (`hasNext()` liefert `false`).
+
+2. Ändern Sie den Iterator von der von `getKeys()` zurückgelieferten
+    Sichtweise auf `MassiveForceTreeMap` so, dass `remove()` überschrieben wird
+    ([siehe API Dokumentation](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Iterator.html#remove--)),
+    sodass der Iterator Einträge in Objekten von `MassiveForceTreeMap` löschen kann. Achten Sie
+    darauf, dass hier in bestimmten Fällen eine `java.lang.IllegalStateException` geworfen werden
+    soll. Der Iterator von `HierarchicalSystem` muss nicht geändert werden.
+
+3. Validierung von Eingabedaten:
+    - Implementieren Sie in der Klasse `ReadDataUtil.java` die Methode `readConfiguration`.
+    Es soll ein gepufferter Stream zum Einlesen genutzt werden (siehe Skriptum Seite 128).
+    Erstellen Sie zum Testen auch Varianten der txt-Dateien mit Formatfehlern.
+    - Fügen Sie der Klasse `NamedBody` bei Bedarf
+    eine Methode `setState(Vector3 position, Vector3 velocity)` zum Setzen der Position
+    und des Geschwindigkeitsvektors des Himmelskörpers hinzu.
+    - Definieren Sie die beiden angegebenen Exceptionklassen in den entsprechenden
+    mitgelieferten Dateien.
+
+4. Ausnahmebehandlung:
+    In der Klasse `Simulation8` sollen nun die Himmelskörper mit Daten aus den gegebenen
+    txt-Dateien initialisiert werden. Dabei sollen zumindest die Sonne sowie die
+    inneren Planeten
+    Merkur, Venus, Erde und Mars vorkommen. Sie können weitere Himmelskörper (siehe txt-Dateien)
+    hinzufügen. Nutzen Sie die Klasse `MassiveForceTreeMap` und ihre Iteratoren, um die
+    Himmelskörper der Simulation zu verwalten. (Kollisionen von Himmelskörpern müssen nicht
+    berücksichtigt werden.)
+    Ändern Sie die Klasse `Simulation8` so, dass sie zwei Kommandozeilenargumente verarbeitet.
+    Das erste Argument ist ein String mit der Angabe des Pfades zum Verzeichnis, wo die
+    entsprechenden txt-Dateien (z.B. `Venus.txt`,`Mercury.txt`,`Earth.txt`) mit den Konfigurationen
+    der Himmelskörper zu finden sind. Die Dateien haben die Namen der Himmelskörper mit Endung `
+    .txt`. Für die Sonne gibt es keine txt-Datei (es wird die Position (0,0,0) angenommen).
+    Das zweite Argument ist ein String mit einer Datumsangabe der Form YYYY-MMM-DD, also z.B.
+    2020-Dec-04, die den Tag der auszulesenden Position und Bewegungsvektor bestimmt. Die Klasse
+    soll beim Auftreten von Problemen bei der Ausführung entsprechende Fehlermeldungen ausgeben und
+    die Ausführung in bestimmten Fällen beenden. Beispiele für Aufrufe im Kommandozeileninterpreter
+    mit entsprechenden Fehlermeldungen (Sie können zum Ausführen das Terminal in IntelliJ nutzen
+    oder die Programmargumente unter `Edit Configurations` angeben):
+    ```
+         $ javac Simulation8.java
+         $ java Simulation8 ../states 2021-May-28
+         Running simulation ...
+         $ java Simulation8 ../states
+         Error: wrong number of arguments.
+         $ java Simulation8 ../states 2025-Dec-12
+         Warning: State not available for Earth.
+         Running simulation without Earth.
+         Warning: State not available for Venus.
+         Running simulation without Venus.
+         ...
+         $ java Simulation8 ../states-altered 2021-May-28
+         Warning: File ../states-altered/Venus.txt does not have required format.
+         Running simulation without Venus.
+         Warning: File ../states-altered/Mars.txt not found.
+         Running simulation without Mars.
+         Running simulation ...
+         $ java Simulation8 ../states -17
+         Error: State has wrong format (requires YYYY-MM-DD), aborting.
+         $ java Simulation8 blah 2021-May-28
+         Warning: File blah/Earth.txt not found.
+         Running simulation without Earth.
+         Warning: File blah/Venus.txt not found.
+         Running simulation without Venus.
+         ...
+    ```
+
+5. Kopieren Sie den Inhalt der Datei `Simulation8.java` in die Datei `Simulation9.java` und bauen
+    Sie `Simulation9` so um, dass anstelle der selbst implementierten Datenstrukturen nur
+    vorgefertigte Klassen aus dem Java-Collection-Framework benutzt werden.
+
+6. Freiwillige Zusatzaufgabe (ohne Bewertung):
+    Ändern Sie die Klasse `Simulation8` so um, dass ein drittes optionales Kommandozeilenargument
+    verarbeitet werden kann. Dieses gibt an, wie viele Tage simuliert werden sollen. Beispielsweise
+    kann eine zweite Datumsangabe möglich sein, oder die Anzahl an Tagen.
+    Sobald dieser Zeitpunkt in der Simulation erreicht wurde, können die aktuellen Positionen der
+    Himmelskörper mit den in den txt-Dateien angegebenen Positionen verglichen werden (z.B.
+    durch erneutem Aufruf von `readConfiguration` und `draw`). Wie groß sind die Abweichungen
+    der von NASA errechneten Positionen zu den Positionen, die Ihre Simulation liefert?
+
+### Denkanstöße (ohne Bewertung)
+
+1. Haben Sie die remove-Methode des Iterators so implementiert, dass der Aufruf keine
+zusätzliche Suche nach dem zu löschenden Eintrag benötigt?
+2. Wie verhalten sich die von der Methode `toList()` der Klasse `MassiveForceTreeMap`
+zurückgelieferten Listen, wenn deren enthaltene Himmelskörper durch `setState` verändert werden?
+Werden dadurch die Himmelskörper der ursprünglichen `MassiveForceTreeMap`-Objekte auch geändert?
+(Anmerkung: diesbezüglich gibt es im Aufgabenblatt 6 keine Vorgaben).
+3. Wie verhalten sich Ihre Iteratoren, wenn Objekte geändert werden?
+4. Wie kann man durch Einfügen von Zeichen `,` und newlines (`\n`) aus den `txt`-Dateien eine
+"fehlerhafte" Datei machen, die trotzdem von der Methode akzeptiert wird? Kann man solche Probleme
+verhindern?
+
+#### _Punkteaufteilung_
+
+- Änderung von `next()` von `MassiveIterator`: 0.5 Punkte
+- Implementierung der Methode `remove()` im Iterator der `MassiveSet`-Sichtweise
+  von `MassiveForceTreeMap`: 2 Punkte
+- Implementierung der Exceptionklassen und Implementierung von `readConfiguration`
+  in `ReadDataUtil`: 1.5 Punkte
+- Implementierung von `Simulation8` und `Simulation9`: 1 Punkt

src/Aufgabe6Test.java

@@ -113,4 +113,21 @@ public class Aufgabe6Test {
         }
         assertEquals(12, count);
     }
+
+    @Test
+    public void testIterator() {
+        NamedBody sun1, mercury1, venus1;
+        sun1 = new NamedBody(SolSystem4.SUN_NAMED);
+        mercury1 = new NamedBody(SolSystem4.MERCURY_NAMED);
+        venus1 = new NamedBody(SolSystem4.VENUS_NAMED);
+
+        MassiveForceTreeMap map = new MassiveForceTreeMap();
+
+        map.put(sun1, new Vector3());
+        map.put(mercury1, new Vector3());
+        map.put(venus1, new Vector3());
+        for (Massive m : map.getKeys().toList()) {
+            System.out.println(m);
+        }
+    }
 }

src/Aufgabe8Test.java

@@ -0,0 +1,50 @@
+import org.junit.jupiter.api.Test;
+
+import java.util.NoSuchElementException;
+
+import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
+
+public class Aufgabe8Test {
+
+    @Test
+    public void testEP2() {
+        MassiveForceTreeMap map = new MassiveForceTreeMap();
+        NamedBody mars;
+
+        map.put(new NamedBody("Oumuamua", 8e6, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Earth", 5.972E24, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Moon", 7.349E22, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(mars = new NamedBody("Mars", 6.41712E23, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Deimos", 1.8E20, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Phobos", 1.08E20, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Mercury", 3.301E23, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Venus", 4.86747E24, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Vesta", 2.5908E20, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Pallas", 2.14E20, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Hygiea", 8.32E19, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+        map.put(new NamedBody("Ceres", 9.394E20, new Vector3(), new Vector3()), new Vector3());
+
+        assertEquals(12, map.size());
+
+        MassiveIterator iterator = map.getKeys().iterator();
+        int count;
+        for (count = 0; iterator.hasNext(); count++) {
+            if (iterator.next().equals(mars)) {
+                iterator.remove();
+            }
+        }
+        assertEquals(12, count);
+        assertEquals(11, map.getKeys().size());
+        assertEquals(11, map.size());
+        assertFalse(map.getKeys().contains(mars));
+
+        assertThrows(NoSuchElementException.class, iterator::next);
+
+        iterator = map.getKeys().iterator();
+        while (iterator.hasNext()) {
+            iterator.next();
+            iterator.remove();
+        }
+        assertEquals(0, map.getKeys().size());
+    }
+}

src/Body.java

@@ -20,6 +20,19 @@ public class Body implements Massive {
         this.currentMovement = new Vector3(other.currentMovement);
     }
 
+    public Body(double mass) {
+        this(mass, new Vector3(), new Vector3());
+    }
+
+    public Body() {
+        this(0);
+    }
+
+    public void setState(Vector3 position, Vector3 velocity) {
+        this.massCenter = new Vector3(position);
+        this.currentMovement = new Vector3(velocity);
+    }
+
     /**
      * Returns the distance between the mass centers of this body and the specified body 'b'.
      */

src/BodyForceTreeMap.java

@@ -87,14 +87,14 @@ public class BodyForceTreeMap {
     }
 
     private String toString(Item item) {
-        String s = "";
+        StringBuilder s = new StringBuilder();
         if (item == null) {
-            return s;
+            return s.toString();
         }
-        s += this.toString(item.right);
-        s += String.format("{%s: %s}\n", item.key, item.value);
-        s += this.toString(item.left);
-        return s;
+        s.append(this.toString(item.right));
+        s.append(String.format("{%s: %s}\n", item.key, item.value));
+        s.append(this.toString(item.left));
+        return s.toString();
     }
 
     /**

src/HierarchicalSystem.java

@@ -1,5 +1,7 @@
 import codedraw.CodeDraw;
 
+import java.util.NoSuchElementException;
+
 /**
  * A cosmic system that is composed of a central named body (of type 'NamedBodyForcePair')
  * and an arbitrary number of subsystems (of type 'CosmicSystem') in its orbit.
@@ -136,17 +138,16 @@ public class HierarchicalSystem implements CosmicSystem, MassiveIterable {
 
             @Override
             public Massive next() {
+                if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException();
                 if (cur != null && cur.hasNext()) return cur.next();
 
-                for (; i < all.length; i++) {
-                    CosmicSystem sys = all[i];
+                while (i < all.length) {
+                    CosmicSystem sys = all[i++];
                     if (sys instanceof NamedBodyForcePair m) {
-                        i++;
                         return m.getBody();
                     } else if (sys instanceof HierarchicalSystem hs) {
                         cur = hs.iterator();
                         if (cur.hasNext()) {
-                            i++;
                             return cur.next();
                         }
                     }
@@ -159,14 +160,14 @@ public class HierarchicalSystem implements CosmicSystem, MassiveIterable {
             public boolean hasNext() {
                 if (cur != null && cur.hasNext()) return true;
 
-                for (; i < all.length; i++) {
+                while (i < all.length) {
                     CosmicSystem sys = all[i];
-                    if (sys instanceof NamedBodyForcePair) {
-                        return true;
-                    } else if (sys instanceof HierarchicalSystem hs) {
+                    if (sys instanceof NamedBodyForcePair) return true;
+                    i++;
+
+                    if (sys instanceof HierarchicalSystem hs) {
                         cur = hs.iterator();
                         if (cur.hasNext()) {
-                            i++;
                             return true;
                         }
                     }

src/MassiveForceTreeMap.java

@@ -1,5 +1,7 @@
 import codedraw.CodeDraw;
 
+import java.util.NoSuchElementException;
+
 /**
  * A map that associates an object of 'Massive' with a Vector3. The number of key-value pairs
  * is not limited.
@@ -86,14 +88,14 @@ public class MassiveForceTreeMap implements MassiveSet {
     }
 
     private String toString(Item item) {
-        String s = "";
+        StringBuilder s = new StringBuilder();
         if (item == null) {
-            return s;
+            return s.toString();
         }
-        s += this.toString(item.right);
-        s += String.format("{%s: %s}\n", item.key, item.value);
-        s += this.toString(item.left);
-        return s;
+        s.append(this.toString(item.right));
+        s.append(String.format("{%s: %s}\n", item.key, item.value));
+        s.append(this.toString(item.left));
+        return s.toString();
     }
 
     /**
@@ -120,25 +122,36 @@ public class MassiveForceTreeMap implements MassiveSet {
     @Override
     public MassiveIterator iterator() {
         return new MassiveIterator() {
+            private Item last = null;
             private Item next = root.getLeftLeaf();
 
             @Override
             public Massive next() {
-                if (next == null) return null;
-                Massive m = next.key;
+                if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException();
+
+                last = next;
                 Item newNext = (next.right != null) ? next.right.getLeftLeaf() : next.parent;
+
                 while (newNext != null && newNext.right == next) {
                     next = newNext;
                     newNext = newNext.parent;
                 }
+
                 next = newNext;
-                return m;
+                return last.key;
             }
 
             @Override
             public boolean hasNext() {
                 return next != null;
             }
+
+            @Override
+            public void remove() {
+                if (last == null) throw new IllegalStateException();
+                removeItem(last);
+                last = null;
+            }
         };
     }
 
@@ -152,18 +165,7 @@ public class MassiveForceTreeMap implements MassiveSet {
         Item item = root;
         while (item != null) {
             if (item.key.equals(element)) {
-                Item newP = null;
-                if (item.left != null) {
-                    newP = item.left.getRightLeaf();
-                } else if (item.right != null) {
-                    newP = item.right.getLeftLeaf();
-                }
-                if (item.parent.left == item) {
-                    item.parent.setLeft(newP);
-                } else {
-                    item.parent.setRight(newP);
-                }
-                size--;
+                removeItem(item);
                 return;
             } else if (item.key.mass() > element.mass()) {
                 item = item.left;
@@ -171,6 +173,44 @@ public class MassiveForceTreeMap implements MassiveSet {
                 item = item.right;
             }
         }
+        throw new NoSuchElementException();
+    }
+
+    private void removeItem(Item item) {
+        size--;
+        Item newP = null;
+
+        if (item.left != null) {
+            newP = item.left.getRightLeaf();
+            if (newP != item.left) {
+                newP.parent.setRight(newP.left);
+                newP.setLeft(item.left);
+            }
+            newP.setRight(item.right);
+        } else if (item.right != null) {
+            newP = item.right.getLeftLeaf();
+            if (newP != item.right) {
+                newP.parent.setLeft(newP.right);
+                newP.setRight(item.right);
+            }
+            newP.setLeft(item.left);
+        }
+
+        if (newP == null) {
+            root = null;
+            return;
+        }
+
+        if (item.parent != null) {
+            if (item.parent.left == item) {
+                item.parent.setLeft(newP);
+            } else {
+                item.parent.setRight(newP);
+            }
+        } else {
+            root = newP;
+            newP.parent = null;
+        }
     }
 
     @Override
@@ -217,17 +257,13 @@ public class MassiveForceTreeMap implements MassiveSet {
 
         public Item getLeftLeaf() {
             Item cur = this;
-            while (cur.left != null) {
-                cur = cur.left;
-            }
+            while (cur.left != null) cur = cur.left;
             return cur;
         }
 
         public Item getRightLeaf() {
             Item cur = this;
-            while (cur.right != null) {
-                cur = cur.right;
-            }
+            while (cur.right != null) cur = cur.right;
             return cur;
         }
     }

src/MassiveLinkedList.java

@@ -1,10 +1,11 @@
 import java.util.Iterator;
+import java.util.NoSuchElementException;
 
 /**
  * A list of massive objects implemented as a linked list.
  * The number of elements of the list is not limited.
  */
-public class MassiveLinkedList implements Iterable<Massive> {
+public class MassiveLinkedList implements MassiveIterable {
     private int size = 0;
     private Item first;
     private Item last;
@@ -172,8 +173,8 @@ public class MassiveLinkedList implements Iterable<Massive> {
     }
 
     @Override
-    public Iterator<Massive> iterator() {
-        return new Iterator<>() {
+    public MassiveIterator iterator() {
+        return new MassiveIterator() {
             Item ptr = first;
             boolean yieldedFirst = false;
 
@@ -184,6 +185,7 @@ public class MassiveLinkedList implements Iterable<Massive> {
 
             @Override
             public Massive next() {
+                if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException();
                 if (!yieldedFirst) {
                     yieldedFirst = true;
                 } else {

src/NamedBody.java

@@ -1,43 +1,41 @@
-import codedraw.CodeDraw;
 
-public class NamedBody implements Massive {
+public class NamedBody extends Body {
 
     private final String name;
-    private final Body body;
 
     /**
      * Initializes this with name, mass, current position and movement.
      */
     public NamedBody(String name, double mass, Vector3 massCenter, Vector3 currentMovement) {
-        this(name, new Body(mass, massCenter, currentMovement));
+        super(mass, massCenter, currentMovement);
+        this.name = name;
+    }
+
+    public NamedBody(String name, double mass) {
+        super(mass);
+        this.name = name;
+    }
+
+    public NamedBody(String name) {
+        super();
+        this.name = name;
     }
 
     public NamedBody(String name, Body body) {
+        super(body);
         this.name = name;
-        this.body = body;
     }
 
     public NamedBody(NamedBody other) {
-        this(other.name, new Body(other.body));
+        super(other);
+        this.name = other.name;
     }
 
     /**
      * Returns the name of the body.
      */
     public String getName() {
-        return name;
-    }
-
-    public Body getBody() {
-        return body;
-    }
-
-    public Vector3 getMassCenter() {
-        return body.getMassCenter();
-    }
-
-    public double getMass() {
-        return body.getMass();
+        return this.name;
     }
 
     /**
@@ -66,14 +64,4 @@ public class NamedBody implements Massive {
     public String toString() {
         return this.getName();
     }
-
-    @Override
-    public void move(Vector3 force) {
-        body.move(force);
-    }
-
-    @Override
-    public void draw(CodeDraw cd) {
-        body.draw(cd);
-    }
 }

src/NamedBodyForcePair.java

@@ -30,7 +30,7 @@ public class NamedBodyForcePair implements CosmicSystem {
     }
 
     public Body getBody() {
-        return body.getBody();
+        return body;
     }
 
     /**
@@ -72,13 +72,13 @@ public class NamedBodyForcePair implements CosmicSystem {
 
     @Override
     public void addForceTo(CosmicSystem cs) {
-        cs.addForceFrom(body.getBody());
+        cs.addForceFrom(body);
     }
 
     @Override
     public BodyLinkedList getBodies() {
         BodyLinkedList list = new BodyLinkedList();
-        list.addFirst(body.getBody());
+        list.addFirst(body);
         return list;
     }
 

src/ReadDataUtil.java

@@ -0,0 +1,127 @@
+import java.io.*;
+import java.util.Scanner;
+import java.util.regex.Matcher;
+import java.util.regex.Pattern;
+
+public class ReadDataUtil {
+
+    private static final Pattern LINE_FORMAT = Pattern.compile("^\\d+(\\.\\d+)?, *[A-Za-z \\d:.-]+(, *[-+]?\\d+(\\.\\d+)?([eE][+-]?\\d+)?){6}, *$");
+    private static final Pattern DATE_COLUMN_FORMAT = Pattern.compile("^A\\.D\\. (?<year>\\d{4})-(?<month>[A-Z][a-z]{2})-(?<day>[0-3]\\d) \\d{2}:\\d{2}:\\d{2}(\\.\\d+)?$");
+    private static final Pattern DATE_FORMAT_YYYY_MMM_DD = Pattern.compile("^(?<year>\\d{4})-(?<month>[A-Z][a-z]{2})-(?<day>[0-3]\\d)$");
+
+    /**
+     * Reads the position and velocity vector on the specified 'day' from the file with the
+     * specified 'path', and sets position and current velocity of 'b' accordingly. If
+     * successful the method returns 'true'. If the specified 'day' was not found in the file,
+     * 'b' is unchanged and the method returns 'false'.
+     * The file format is validated before reading the state.
+     * Lines before the line "$$SOE" and after the line "$$EOE" the are ignored. Each line of the
+     * file between the line "$$SOE" and the line "$$EOE" is required to have the following format:
+     * JDTDB, TIME, X, Y, Z, VX, VY, VZ
+     * where JDTDB is interpretable as a 'double' value, TIME is a string and X, Y, Z, VX, VY and
+     * VZ are interpretable as 'double' values. JDTDB can be ignored. The character ',' must only
+     * be used as field separator. If the file is not found, an exception of the class
+     * 'StateFileNotFoundException' is thrown. If it does not comply with the format described
+     * above, the method throws an exception of the class 'StateFileFormatException'. Both
+     * exceptions are subtypes of 'IOException'.
+     * Precondition: b != null, path != null, day != null and has the format YYYY-MM-DD.
+     */
+    public static boolean readConfiguration(NamedBody b, String path, String day) throws IOException {
+        State state = State.Pre;
+        try (BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(path))) {
+            Scanner lines = new Scanner(in);
+            long lineNum = 0;
+            while (lines.hasNextLine() && state != State.Post) {
+                lineNum++;
+                String line = lines.nextLine();
+                State nextState = state.next(line);
+
+                if (state == State.In && nextState == State.In) {
+                    Matcher m = LINE_FORMAT.matcher(line);
+                    if (!m.matches()) {
+                        throw new StateFileFormatException(path, lineNum);
+                    }
+
+                    String[] rows = line.split(", *");
+                    String date;
+                    try {
+                        date = convertDateColumn(rows[1]);
+                    } catch (IllegalArgumentException e) {
+                        throw new StateFileFormatException(path, lineNum);
+                    }
+                    if (date.equals(day)) {
+                        try {
+                            double x = Double.parseDouble(rows[2]);  // [km]
+                            double y = Double.parseDouble(rows[3]);  // [km]
+                            double z = Double.parseDouble(rows[4]);  // [km]
+                            double vx = Double.parseDouble(rows[5]);  // [km/s]
+                            double vy = Double.parseDouble(rows[6]);  // [km/s]
+                            double vz = Double.parseDouble(rows[7]);  // [km/s]
+                            b.setState(new Vector3(x * 1000, y * 1000, z * 1000), new Vector3(vx * 1000, vy * 1000, vz * 1000));
+                        } catch (NumberFormatException e) {
+                            throw new StateFileFormatException(path, lineNum);
+                        }
+                        return true;
+                    }
+                }
+
+                state = nextState;
+            }
+        } catch (IOException e) {
+            if (e instanceof FileNotFoundException) {
+                throw new StateFileNotFoundException(path);
+            } else {
+                throw e;
+            }
+        }
+        return false;
+    }
+
+    private static String convertDateColumn(String column) {
+        Matcher m = DATE_COLUMN_FORMAT.matcher(column);
+        if (!m.matches()) {
+            throw new IllegalArgumentException();
+        }
+
+        return m.group("year") + "-" + convertMonth(m.group("month")) + "-" + m.group("day");
+    }
+
+    public static String convertDate(String date) {
+        Matcher m = DATE_FORMAT_YYYY_MMM_DD.matcher(date);
+        if (!m.matches()) {
+            throw new IllegalArgumentException();
+        }
+        return m.group("year") + "-" + convertMonth(m.group("month")) + "-" + m.group("day");
+    }
+
+    private static String convertMonth(String month) {
+        return switch (month) {
+            case "Jan" -> "01";
+            case "Feb" -> "02";
+            case "Mar" -> "03";
+            case "Apr" -> "04";
+            case "May" -> "05";
+            case "Jun" -> "06";
+            case "Jul" -> "07";
+            case "Aug" -> "08";
+            case "Sep" -> "09";
+            case "Oct" -> "10";
+            case "Nov" -> "11";
+            case "Dec" -> "12";
+            default -> throw new IllegalArgumentException();
+        };
+    }
+
+    private enum State {
+        Pre, In, Post;
+
+        public State next(String line) {
+            switch (this) {
+                case Pre: if (line.equals("$$SOE")) return In; break;
+                case In: if (line.equals("$$EOE")) return Post; break;
+                case Post: break;
+            }
+            return this;
+        }
+    }
+}

src/Simulation8.java

@@ -0,0 +1,120 @@
+import codedraw.CodeDraw;
+
+import java.awt.*;
+import java.io.IOException;
+
+/**
+ * Simulates the solar system.
+ */
+public class Simulation8 {
+
+    // 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
+
+    // set some system parameters
+    public static final double SECTION_SIZE = 10 * AU; // the size of the square region in space
+
+    // 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) {
+        if (args.length != 2) {
+            System.err.println("Error: wrong number of arguments.");
+            System.exit(1);
+        }
+
+        String statePath = args[0];
+        String date;
+        try {
+            date = ReadDataUtil.convertDate(args[1]);
+        } catch (IllegalArgumentException e) {
+            System.err.println("Error: State has wrong format (requires YYYY-MMM-DD), aborting.");
+            System.exit(2);
+            return;
+        }
+
+        // simulation
+        CodeDraw cd = new CodeDraw();
+
+        // create solar system with 13 bodies
+        MassiveForceTreeMap forceOnBody = new MassiveForceTreeMap();
+
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Oumuamua", 8e6), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Earth", 5.972E24), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Moon", 7.349E22), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Mars", 6.41712E23), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Deimos", 1.8E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Phobos", 1.08E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Mercury", 3.301E23), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Venus", 4.86747E24), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Vesta", 2.5908E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Pallas", 2.14E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Hygiea", 8.32E19), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Ceres", 9.394E20), new Vector3());
+
+        MassiveIterator iter = forceOnBody.getKeys().iterator();
+        while (iter.hasNext()) {
+            Massive a = iter.next();
+            if (a instanceof NamedBody b) {
+                boolean remove = false;
+
+                try {
+                    boolean found = ReadDataUtil.readConfiguration(b, statePath + "/" + b.getName() + ".txt", date);
+                    if (!found) {
+                        System.err.println("Warning: State not available for " + b.getName() + ".");
+                        remove = true;
+                    }
+                } catch (IOException e) {
+                    if (e instanceof StateFileNotFoundException notFound) {
+                        System.err.println("Warning: " + notFound.getMessage());
+                    } else if (e instanceof StateFileFormatException format) {
+                        System.err.println("Warning: " + format.getMessage());
+                    } else {
+                        System.err.println("Error: " + e.getMessage());
+                        System.exit(3);
+                    }
+                    remove = true;
+                }
+
+                if (remove) {
+                    System.err.println("Running simulation without " + b.getName());
+                    iter.remove();
+                }
+            }
+        }
+
+        // add sun after states have been read from files.
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Sun", 1.989E30), new Vector3());
+
+        System.out.println("Starting simulation");
+        long seconds = 0;
+        while (true) {
+            seconds++;
+
+            for (Massive b1 : forceOnBody.getKeys()) {
+                Vector3 force = new Vector3();
+                for (Massive b2 : forceOnBody.getKeys()) {
+                    if (b1 != b2) {
+                        force = force.plus(b1.gravitationalForce(b2));
+                    }
+                }
+                forceOnBody.put(b1, force);
+            }
+
+            for (Massive body : forceOnBody.getKeys()) {
+                body.move(forceOnBody.get(body));
+            }
+
+            if ((seconds % 3600) == 0) {
+                cd.clear(Color.BLACK);
+                for (Massive body : forceOnBody.getKeys()) {
+                    body.draw(cd);
+                }
+                cd.show();
+            }
+        }
+    }
+}

src/Simulation9.java

@@ -0,0 +1,122 @@
+import codedraw.CodeDraw;
+
+import java.awt.*;
+import java.io.IOException;
+import java.util.HashMap;
+import java.util.Iterator;
+
+/**
+ * Simulates the solar system.
+ */
+public class Simulation9 {
+
+    // 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
+
+    // set some system parameters
+    public static final double SECTION_SIZE = 10 * AU; // the size of the square region in space
+
+    // 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) {
+        if (args.length != 2) {
+            System.err.println("Error: wrong number of arguments.");
+            System.exit(1);
+        }
+
+        String statePath = args[0];
+        String date;
+        try {
+            date = ReadDataUtil.convertDate(args[1]);
+        } catch (IllegalArgumentException e) {
+            System.err.println("Error: State has wrong format (requires YYYY-MMM-DD), aborting.");
+            System.exit(2);
+            return;
+        }
+
+        // simulation
+        CodeDraw cd = new CodeDraw();
+
+        // create solar system with 13 bodies
+        HashMap<Massive, Vector3> forceOnBody = new HashMap<>();
+
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Oumuamua", 8e6), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Earth", 5.972E24), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Moon", 7.349E22), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Mars", 6.41712E23), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Deimos", 1.8E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Phobos", 1.08E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Mercury", 3.301E23), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Venus", 4.86747E24), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Vesta", 2.5908E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Pallas", 2.14E20), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Hygiea", 8.32E19), new Vector3());
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Ceres", 9.394E20), new Vector3());
+
+        Iterator<Massive> iter = forceOnBody.keySet().iterator();
+        while (iter.hasNext()) {
+            Massive a = iter.next();
+            if (a instanceof NamedBody b) {
+                boolean remove = false;
+
+                try {
+                    boolean found = ReadDataUtil.readConfiguration(b, statePath + "/" + b.getName() + ".txt", date);
+                    if (!found) {
+                        System.err.println("Warning: State not available for " + b.getName() + ".");
+                        remove = true;
+                    }
+                } catch (IOException e) {
+                    if (e instanceof StateFileNotFoundException notFound) {
+                        System.err.println("Warning: " + notFound.getMessage());
+                    } else if (e instanceof StateFileFormatException format) {
+                        System.err.println("Warning: " + format.getMessage());
+                    } else {
+                        System.err.println("Error: " + e.getMessage());
+                        System.exit(3);
+                    }
+                    remove = true;
+                }
+
+                if (remove) {
+                    System.err.println("Running simulation without " + b.getName());
+                    iter.remove();
+                }
+            }
+        }
+
+        // add sun after states have been read from files.
+        forceOnBody.put(new NamedBody("Sun", 1.989E30), new Vector3());
+
+        System.out.println("Starting simulation");
+        long seconds = 0;
+        while (true) {
+            seconds++;
+
+            for (Massive b1 : forceOnBody.keySet()) {
+                Vector3 force = new Vector3();
+                for (Massive b2 : forceOnBody.keySet()) {
+                    if (b1 != b2) {
+                        force = force.plus(b1.gravitationalForce(b2));
+                    }
+                }
+                forceOnBody.put(b1, force);
+            }
+
+            for (Massive body : forceOnBody.keySet()) {
+                body.move(forceOnBody.get(body));
+            }
+
+            if ((seconds % 3600) == 0) {
+                cd.clear(Color.BLACK);
+                for (Massive body : forceOnBody.keySet()) {
+                    body.draw(cd);
+                }
+                cd.show();
+            }
+        }
+    }
+}

src/StateFileFormatException.java

@@ -0,0 +1,20 @@
+import java.io.IOException;
+
+public class StateFileFormatException extends IOException {
+    private final String fileName;
+    private final long lineNum;
+
+    public StateFileFormatException(String fileName, long lineNum) {
+        super("File " + fileName + " has illegal format (line " + lineNum + ")");
+        this.fileName = fileName;
+        this.lineNum = lineNum;
+    }
+
+    public String getFileName() {
+        return this.fileName;
+    }
+
+    public long getLineNum() {
+        return this.lineNum;
+    }
+}

src/StateFileNotFoundException.java

@@ -0,0 +1,14 @@
+import java.io.IOException;
+
+public class StateFileNotFoundException extends IOException {
+    private final String fileName;
+
+    public StateFileNotFoundException(String fileName) {
+        super("File " + fileName + " not found.");
+        this.fileName = fileName;
+    }
+
+    public String getFileName() {
+        return this.fileName;
+    }
+}