Рабочая тетрадь № 8
Основной задачей компьютера является обработка данных. Под обработкой данных понимается как вычислительные процедуры, так и процедуры, преобразующие одни данные в другие данные.
Данные – это форма представление информации, доступная для обработки. Формат представления данных – это последовательность бит (байт). Физически данные хранятся в виде файлов или потоков данных на физических носителях информации. Поток данных – это абстракция для доступа к данным из файлов, периферийных устройств и т.д.
Список – структура данных, состоящая из узлов, хранящих как данные, так и ссылку на следующий элемент.
|
1. Теоретический материал
|
Зачастую возникает необходимость работы не с отдельными переменными, а с целым набором данных, как с единым целым. При таком подходе целесообразно использовать структуры данных – контейнеры, информация в которых храниться характерным образом. В зависимости от конкретной задачи, данные необходимо хранить в подходящем формате. Для этого в программировании существует набор различных структур данных, обеспечивающих нас различными форматами. Наиболее простой и распространенной структурой данных выступает массив. Многие другие структуры данных производны от массивов.
Массив – набор однотипных элементов, доступ к которым осуществляется по индексу. Элементы массива расположены в памяти последовательно друг за другом.
Рисунок 1 – Схема массива
Список – структура данных, состоящая из узлов, в которых хранятся данные, а так же ссылку на следующий (и/или предыдущий) элемент.
Рисунок 2 – Схема динамического списка
В некоторых задачах необходимо использовать структуру данных очередь, которая является частным случаем списка. В данном случае мы сохраняем и имеем доступ к элементам не по индексу, а по принципу «первый вошел, первый вышел» FIFO – «firstin, firstout».
Рисунок 3 – Схема очереди
Еще одной ключевой структурой данных выступает стек, который функционирует по принципу: «последний вошел, первый вышел» LIFO – «lastin, firstout».
Рисунок 4 – Схема стека
|
2. Пример
|
Задача:
|
|
Дана строка. Используя только структуру данных «стек» и операции над стеком необходимо получить строку «в обратном порядке» и вывести её на экран. В Python для эмуляции структуры данных «стек» можно использовать списки.
|
Решение:
|
|
С использованием стека задача решается следующим образом. Каждый символ заданной величины, начиная с первого, размещаем в стеке. В результате на вершине стека окажется последний символ, “под” ним — предпоследний и т.д. Извлекая символы из стека, выводим их на экран в порядке, обратном исходному.
Пример возможного решения:
word = 'экзистенциализм'
stack = list(word)
while len(stack)>0:
ch = stack.pop()
print(ch, end='')
|
3. Задания
|
1.
|
Задача:
|
|
Дана величина a строкового типа из четного количества символов. Получить и напечатать величину b, состоящую из символов первой половины величины a, записанных в обратном порядке, после которых идут символы второй половины величины a, также записанные в обратном порядке. Например, при а = «привет» b должно быть равно «ирптев».
|
Решение:
|
|
|
2.
|
Задача*:
|
|
Написать программу, которая определяет, является ли введенная скобочная структура правильной. Примеры правильных скобочных выражений: (), (())(), ()(), ((())), неправильных — )(, ())((), (, )))), ((()).
|
Решение:
|
|
|
Тест 8
|
0.
|
Выберете этап, который не входит в этапы создания программы:
|
|
А) проектирование Б) бенчмаркинг
В) написание кода Г) тестирование и отладка
|
Ответ: Б
|
|
|
0.
|
Какие парадигмы программирования существуют (множественный выбор)
|
|
А) структурное программирование
Б) объектно-ориентированное
В) функциональное программирование
Г) все ответы верны
|
Ответ:Г
|
|
|
0.
|
Что НЕ относится к принципам структурного программирования
|
|
А) Программа представляется в виде иерархической структуры блоков
Б) Разработка программы ведется методом «сверху вниз»
В) Разработка программы ведется методом «снизу вверх»
Г) Тело программы содержит управляющие структуры: последовательность, ветвление, цикл и подпрограммы
|
Ответ: В
|
|
|
0.
|
Линейный список с доступом только к последнему (верхнему) элементу называется
|
|
А) стеком Б) очередью
В) двухсторонней очередью Г) кольцом
|
Ответ: А
|
|
|
0.
|
Контейнер, работа в котором производиться по принципу FIFO (первый пришел - первый ушел) это –
|
|
А) Стек Б) Двухсторонняя очередь
В) Очередь Г) Список
|
Ответ: Г
|
|
|
0.
|
В чём особенности стека ?
|
|
А) открыт с обеих сторон на вставку и удаление
Б) доступен любой элемент
В) открыт с одной стороны на вставку и удаление
Г) закрыт с обеих сторон на вставку и удаление
|
Ответ:В
|
|
|
0.
|
Дана следующая последовательность стековых операций. Что будет на вершине стека, когда последовательность завершится?
m = Stack()
m.push('x')
m.push('y')
m.pop()
m.push('z')
m.peek()
|
|
А) 'x' Б) 'y' В) 'z' Г) стек пуст
|
Ответ:В
|
|
|
0.
|
Из всех приведенных ниже утверждений, касающихся объектов и классов, отметьте правильные.
|
|
1) значения полей описывают состояние объекта
2) методы класса описывают поведение объектов
3) поля класса могут быть разного типа
4) поля класса должны быть разного типа
5) в любом классе должно быть как минимум одно поле данных
|
Ответ:4
|
|
|
0.
|
Термин "наследование" обозначает, что...
|
|
А) В производных классах присутствует часть состояния родительского класса
Б) Производные классы содержат поля и методы родительского
В) Производные классы наследуют модификаторы доступа членов родительского класса
|
Ответ:Б
|
|
|
0.
|
Инкапсуляция – это:
|
|
А) Свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью.
Б) Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение)
В) Свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними в классе, и скрыть детали реализации от пользователя.
|
Ответ:В
|
|
|
Реализация задач на языке программирования Python
Ранее нами было рассмотрено традиционное программирование на Python, когда программа состояла из отдельных модулей, содержащих функции. Такой подход к программированию характерен для структурной парадигмы программирования (или императивной парадигмы) [5]. Структурное программирование большой шаг вперед в построении программ. Однако еще большим шагом выступает объектно-ориентированная парадигма. В названном подходе программа включает отдельные абстрактные типы данных (классы), которые объединяют в себе переменные (поля или свойствами класса), и функции (методы класса).
|
1. Теоретический материал
|
Объектно-ориентированная парадигма включает в себя три ключевых принципа [5]:
Инкапсуляция;
Полиморфизм;
Наследование.
Рассмотрим эти понятия на практических примерах. Инкапсуляция – это объединение в одном объекте программного кода и данных таким образом, что внутренняя часть объекта может быть скрыта от пользователя для внешней работы.
Приведем пример инкапсуляции в Python. Ниже определен класс (новый тип данных) и создан объект, называемый экземпляром класса. Имена классов в Python рекомендовано начинать с заглавной буквы "T", подчеркивая тем самым, что речь идет собственном о типе данных.
class TAnimal:
name = ""
def __init__(self, name):
self.name = name
def say(self):
print(self.name)
Теперь создадим экземпляр этого класса. Экземпляр класса представляет собой переменную, с которой можно работать обычным образом.
Animal = TAnimal("Обезьяна")
Animal.say()
Создание класса начинается с ключевого слова class. Далее в блоке определяются поля (переменные) и методы (функции) класса. Методы определяются, как обычные функции и могут возвращать значения. Ключевое отличие заключается в том, что у всех методов есть обязательный первый параметр, который традиционно называется словом self. В данный параметр передается ссылка на экземпляр класса. Когда внутри класса в методе требуется обратиться к своему полю, необходимо задействовать конструкцию self.имя_поля. Заметим, что при вызове методов класса первый параметр не задается.
У классов присутствует специальная конструкция, с именем __init__, которая называется конструктором класса. Данная конструкция вызывается в момент создания экземпляра класса Animal = TAnimal("Обезьяна"). Конструкторы классов могут при этом иметь любое заданное количество параметров.
Допустим теперь требуется создать абстрактный тип данных для описания конкретного животного, например кошки. В данном случае целесообразно использовать еще один принцип объектно-ориентированного программирования – наследование классов. Данный принцип заключается в возможности определения новых классов, на базе уже существующих. При этом новый класс (класс-наследник) будет иметь все поля и методы наследуемого класса (родительский класс или суперкласс). Ниже представлен пример реализации наследования на языке Python.
class TAnimal:
name = ""
def __init__(self, name):
self.name = name
def say(self):
print(self.name)
class TCat(TAnimal):
def may(self):
print("Мяу!")
Cat = TCat("Кошка")
Cat.say()
Cat.may()
В примере показано, что у класса-наследника сохранился конструктор базового класса и метод say. Наследный класс, также как и исходный имеет конструктор, который принимает в качестве параметра название животного, что в данном случае может оказаться излишним. Для разрешения данной проблемы мы воспользуемся еще одним принципом объектно-ориентированного программирования – механизмом полиморфизма. Полиморфизм – это возможность замены методов у классов наследников при наследовании. Приведем пример кода, в котором нет необходимости передавать в конструкторе название класса "Кошка".
class TCat(TAnimal):
def __init__(self):
super().__init__("Кошка")
def may(self):
print("Мяу!")
Cat = TCat()
Cat.say()
Cat.may()
Результат работы данного кода будет идентичным, однако теперь при использовании класса-наследника нет необходимости передавать параметры в конструкторе. Полиморфное перекрытие методов достигается путем простого объявлением метода в классе-наследнике (в данном случае конструктора). Если в результате написания кода метода возникает необходимость вызвать метод родительского класса, то для этого можно использовать функцию super(), которая просто возвращает ссылку на родительский класс. Рассмотрим еще один пример полиморфного поведения. Допустим есть класс:
class TDo:
def Operation(self, x, y):
return x + y
def Run(self):
x = int(input("Enter x > "))
y = int(input("Enter y > "))
z = self.Operation(x, y)
print("Result = " + z.__str__())
Do = TDo()
Do.Run()
Используя полиморфизм можно заменить реализацию метода Operation на другую в классе-наследнике:
class TDo2(TDo):
def Operation(self, x, y):
return x * y
|
2. Пример
|
Задача:
|
|
Разработать абстрактную виртуальную модель процесса обучения. В программе должны быть классы: ученики, учитель, кладезь знаний.
|
Решение (код программы):
|
|
Для реализации виртуальной модели обучения нам потребуется три класса – "учитель", "ученик", "данные". Классы учителя и ученика во многом схожи, следовательно, их они могут наследоваться от родительского класса "человек". Однако в контексте данной задачи у учителя и ученика вряд ли найдутся общие атрибуты.
Определим, что должны уметь объекты для решения задачи "увеличить знания":
Ученик должен уметь брать информацию и превращать ее в свои знания.
Учитель должен уметь учить группу учеников.
Данные могут представлять собой список знаний. Элементы будут извлекаться по индексу.
class Data:
def __init__(self, *info):
self.info = list(info)
def __getitem__(self, i):
return self.info[i]
class Teacher:
def teach(self, info, *pupil):
for i in pupil:
i.take(info)
class Pupil:
def __init__(self):
self.knowledge = []
def take(self, info):
self.knowledge.append(info)
lesson = Data('class', 'object', 'inheritance', 'polymorphism', 'encapsulation')
marIvanna = Teacher()
vasy = Pupil()
pety = Pupil()
marIvanna.teach(lesson[2], vasy, pety)
marIvanna.teach(lesson[0], pety)
print(vasy.knowledge)
print(pety.knowledge)
|
3. Задания
|
1.
|
Задача:
|
|
Напишите программу со следующим функционалом. В программе должен присутствовать класс "Воин". От него создаются два экземпляра-юнита с индикатором здоровья в 100 единиц. В случайном порядке юниты атакуют друг друга, при этом атакующий экземпляр здоровья не теряет, а здоровье атакуемого уменьшается на 20 единиц после каждого удара. После каждой атаки необходимо выводить сообщение, какой юнит атаковал, и сколько у противника осталось здоровья. Как только у кого-то заканчивается ресурс здоровья, программа завершается сообщением о том, кто одержал победу.
|
|
Решение (код программы):
|
|
| |
Скачать 86.29 Kb.