Aufgabenblatt 2

Allgemeine Anmerkungen

Ihre Lösung für dieses Aufgabenblatt ist bis Montag, 28.3. 11h durch git commit und push abzugeben. Mit der Angabe werden folgende Dateien mitgeliefert: BodyQueue.java, BodyForceMap.java und Aufgabe2Test.java. Diese Klassen dürfen nur an den Stellen verändert werden, die mit TODO markiert sind. Zusätzliche Klassen, Interfaces, Methoden und Variablen dürfen aber eingefügt werden. 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 Implementierung einer linearen und einer assoziativen Datenstruktur (siehe Skriptum Seiten 50-59).

Beschreibung der gegebenen Dateien

BodyQueue ist das Gerüst für eine Implementierung einer linearen Datenstruktur zur Verwaltung von Objekten des Typs Body.
BodyForceMap ist das Gerüst für eine Implementierung einer assoziativen Datenstruktur, die einen Himmelskörper mit der auf ihn wirkenden Kraft assoziiert.
Aufgabe2Test 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. Sie müssen diese Klasse nicht verändern, können aber eigene Testfälle hinzufügen.

Aufgaben

Ihre Aufgaben sind folgende:

Fügen Sie in der Klasse Body eine öffentliche Objektmethode mass() hinzu, die die Masse des Himmelkörpers zurückliefert.
Vervollständigen Sie die Klassendefinitionen in BodyQueue.java gemäß der Kommentare in den Dateien. Die Implementierung soll mit Hilfe eines Arrays erfolgen. Bei der Erzeugung soll das Array die Länge haben, die im Konstruktor angegeben wird. Diese wird verdoppelt, sobald alle Plätze belegt sind. Benutzen Sie keine vorgefertigten Klassen aus dem Java-Collection-Framework!
Vervollständigen Sie die Klassendefinition in BodyForceMap.java. Die Implementierung soll mit Hilfe eines Arrays erfolgen. Benutzen Sie keine vorgefertigten Klassen aus dem Java-Collection-Framework! Implementieren Sie diese Klasse so, dass die Einträge im Array nach der Masse der Himmelskörper absteigend sortiert sind. Das erhöht zwar den Aufwand beim erstmaligen Eintragen eines Schlüssels-Werte-Paars (Methode put), da alle Positionen ab der Einfügeposition verschoben werden müssen, es ermöglicht aber eine schnellere Suche nach dem Schlüssel (Methode get) mittels binärer Suche. Folgendes Beispiel zeigt die binäre Suche nach der Einfügeposition in einem absteigend sortierten Array. Mit einer entsprechenden zusätzlichen Überprüfung kann auf diese Weise auch der Schlüssel gefunden werden (z.B. if (keys[middle] == toFind) ...). Geordnet sind die Einträge nach der Masse, den Schlüssel bildet aber der Himmelskörper.
```
 Body[] keys; // assume descending order according to mass
 Body toInsert;
 ...

 int left = 0;
 int right = size - 1;

 while (left <= right) {
     int middle = left + ((right - left) / 2);
     if (keys[middle].mass() < toInsert.mass()) {
         right = middle - 1;
     } else {
         left = middle + 1;
     }
 }

 // index where to insert: right + 1
```
Bauen Sie die bereits bestehende Klasse Simulation so um, dass keine Kollisionen von Himmelskörpern mehr berücksichtigt werden. Dadurch soll der Programmcode vereinfacht werden. Die Anzahl der Himmelskörper ändert sich im Laufe der Simulation somit nicht. Testen Sie die Simulation.
Ändern Sie nun die Klasse Simulation so, dass zur Verwaltung der Himmelskörper anstelle des Arrays Objekte der Klassen BodyQueue und BodyForceMap verwendet werden. Das heißt beispielsweise, dass die Zugriffe auf die Himmelskörper der Simulation über Methoden von BodyQueue erfolgen müssen. Anstelle des Arrays forceOnBody soll ein Objekt des Typs BodyForceMap benutzt werden.
Testen Sie die Simulation wieder. Das Verhalten der Simulation sollte unverändert sein. Je nach Implementierung der Klassen BodyQueue und BodyForceMap ist es möglich (und kein Problem), dass die Simulation jetzt langsamer läuft, als nach dem Umbau in Schritt 4.
(Freiwillige Zusatzaufgabe ohne Bewertung:) Testen Sie die Simulation mit den folgenden fünf Himmelskörpern:

   Body sun = new Body(1.989e30,new Vector3(0,0,0),new Vector3(0,0,0));
   Body earth = new Body(5.972e24,new Vector3(-1.394555e11,5.103346e10,0),new Vector3(-10308.53,-28169.38,0));
   Body mercury = new Body(3.301e23,new Vector3(-5.439054e10,9.394878e9,0),new Vector3(-17117.83,-46297.48,-1925.57));
   Body venus = new Body(4.86747e24,new Vector3(-1.707667e10,1.066132e11,2.450232e9),new Vector3(-34446.02,-5567.47,2181.10));
   Body mars = new Body(6.41712e23,new Vector3(-1.010178e11,-2.043939e11,-1.591727E9),new Vector3(20651.98,-10186.67,-2302.79));

Punkteaufteilung

Implementierung von BodyQueue: 2 Punkte
Implementierung von BodyForceMap: 2 Punkte
Anpassung von Simulation: 1 Punkt
Gesamt: 5 Punkte

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