JAVA und OOP

1
JAVA und OOP

• Teil 2 Objektorientierung

2
Objektorientierung

• Daten und Methoden bilden eine Einheit
• Daten können nur mit festgelegten Methoden
  geändert werden
• Methoden können nicht auf fremde Daten angewandt
  werden.

3
Ziele der Objektorientierung

• Höhere Datensicherheit (durch Kapselung)
• Erleichterte Pflege des Quellcodes (durch
  Kapselung)
• Höhere Produktivität (durch Vererbung)
• Verbesserte Zugangskontrolle im Quellcode (durch
  Getter- und Setter Methoden)

4
Klassen

• Eine Klasse stellt den Bauplan für verschiedene
  aber gleichartige Dinge (Objekte) dar.
• In der Klasse werden die möglichen Eigenschaften
  der Objekte und ihre Verhaltensweisen in Form von
  Methoden festgelegt.

5
Objekte

• Ein Objekt gehört grundsätzlich zu einer Klasse
• Es gibt jedoch auch sogenannte abstrakte Klassen
  (abstract classes), die über keinerlei Objekte
  verfügen.

6
Instanzen

• Konkretisierung eines Objekts
• Instanzen benötigen
• realen Speicherplatz mit
• realen Werten.

7
Das Programm fahrkarte

• Das Programm fahrkarte simuliert eine Fahrkarte
  für den öffentlichen Nahverkehr.

8
Eigenschaften einer Fahrkarte

• Anzahl der Tarifzonen
• Datum
• Reduzierter Preis?
• Fahrpreis

9
Vorgänge im Fahrkartenautomaten (Methoden)

• Karte drucken
• Fahrpreis berechnen (von der Fahrstrecke
  abhängen )
• Karten zu ermäßigtem Preis?
• Vierfachnetzkarte
• Zählwerk

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Kapselung (encapsulation)Prinzip

• Möglichst alle Variablen sind intern vereinbart
  (private).
• Zugang nur über Getter- und Setter-Methoden

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Kapselung (encapsulation)Vorteile

• Sicherheit gegen Änderungen von außen
• Sicherheit bei Veränderungen im Innern
• Vereinfachte Nutzung
• Verringerte Dokumentationslast
• Zugangsberechtigungen

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Klassenkonstanten (class constants)

• Die Konstante dPreisProZone wird der Klasse
  fahrkarte selbst zugeordnet, es handelt sich
  somit um eine Klassenkonstante.

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Attribute von dPreisProZone

• final Inhalt kann nicht geändert werden
• static Klassenkonstante
• double Inhaltstyp (Kommazahl).

final static double dPreisProZone1.3 final
static double dPreisProZoneReduziert0.6
14
Klassenvariable (class fields)

• Beispiel Die Gesamtzahl aller in unserem
  Automaten erstellten Fahrkarten.
• Inhalt kann nicht in einer Konstanten gespeichert
  werden, da sich der Wert laufend ändert.
• Es macht wenig Sinn, diese Information einer
  einzelnen Fahrkarte zuzuordnen.
• Folgerung Klassenvariable

static int iVerkaufteKarten0
15
Kontrollfragen

• Unterscheiden Sie Klasse und Instanz auf der
  Grundlage der Programmiersprache JAVA
• Welche Eigenschaften (properties) einer Fahrkarte
  sollten Ihrer Meinung nach als Klassenkonstanten
  , Instanzvariablen oder als Klassenvariablen
  deklariert werden? Begründen Sie Ihre Antwort! 
• Beschreiben Sie das Konzept der Kapselung.
• Nennen Sie Vorteile der Kapselung 

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Vererbung

• Neue Definition Klasse dauerkarte als
  Erweiterung von fahrkarte
• Methoden und Eigenschaften, die dauerkarte von
  fahrkarte übernimmt, nennt man vererbte Methoden
  (inherited).
• fahrkarte ist Superklasse (superclass) zu
  dauerkarte.
• dauerkarte ist von fahrkarte abgeleitet.
• Jeder Dauerkarte besitzt alle Eigenschaften und
  Methoden einer normalen Fahrkarte !

• package eins.munz.fahrkarte
• public class dauerkarte extends fahrkarte

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Erweiterungen zu Fahrkarten

1. Erweitern Sie die Ausgabemethode für die
   Dauerkarten so, dass die Inhabernamen mit
   ausgedruckt werden.
2. Ändern Sie das Konzept Kartenzahl so ab, dass
   nach Erreichen eines Schwellenwertes beim
   Ausdrucken einer Fahrkarte ein entsprechender
   Hinweis erscheint.

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Verwandte Aufgaben

• Realisieren Sie die folgenden Ideen in Ihrem
  Programm.
• Wenn man gleichzeitig Hin- und Rückfahrt bucht,
  reduziert sich der Gesamtpreis.
• Wie wärs mit einer Rabattstaffel für Großkunden?
• Wer ein Fahrrad oder einen Hund im Bus befördern
  möchte, braucht eine besondere Fahrkarte.
• Sonntags fahren alle (auch Hunde) zum reduzierten
  Preis!

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Weitere Klassendefinitionen

• Formulieren Sie schriftlich in Umgangssprache
  (also ohne JAVA) eine mögliche Klassendefinition
  (mit Eigenschaften und Methoden) für folgende
  Alltagsgegenstände
• Getränkedosen
• Autos
• Computermaus
• Bücher in einem Ausleihesystem
• Abiturnoten eines Schülers bzw. einer Schülerin

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Standardkreis

• Eigenschaften
• Mittelpunktskoordinaten
• Radius
• Methoden
• Flächeninhalt berechnen
• Umfang berechnen
• feststellen, ob er sich mit einem anderen Kreis
  schneidet.

21
kreis2.java

• public class kreis2
• public int iMitteX,iMitteY, iRadius
• public double dUmfang, dInhalt
• public static double PI()
• return Math.atan(1)4
• public void dRechneUmfang()
• dUmfang2PI()iRadius
• public void dRechneInhalt()
• dInhaltPI()iRadiusiRadius
• public int iAnzahlSchnittpunkte(kreis2 k)

22
Konstruktor zu kreis2.java

• / Creates new kreis2 constructor/
• public kreis2(int iMitteX,int iMitteY, int
  iRadius)
• this.iMitteXiMitteX
• this.iMitteYiMitteY
• this.iRadiusiRadius
• dRechneUmfang()
• dRechneInhalt()

23
kreis3.java

• public class kreis3
• private int iMitteX,iMitteY, iRadius
• private double dUmfang, dInhalt
• private void dRechneUmfang()
• dUmfang2Math.PIiRadius
• private void dRechneInhalt()
• InhaltMath.PIiRadius
  iRadius

24
Setter

• public void setRadius(int iRadius)
• this.iRadiusiRadius
• dRechneUmfang()
• dRechneInhalt()

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Ausgabe

• public void ausgabe()
• System.out.println("Radius "iRadius)
• System.out.println("Umfang "dUmfang)
• System.out.println("Flächeninhalt
  "dInhalt)

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Objekte vergleichen

• public boolean equals(kreis3 k2)
• return (this.iRadiusk2.iRadius)
• (this.iMitteXk2.iMitteX)
• (this.iMitteYk2.iMitteY)

27
Schule
Schule NameSchulklassen ..........................
. Versetzung durchführen neue Schulklasse erzeugen
28
Schulklasse
Schulklasse NameSchüler Gewichtung
schriftlich-mündlich Klassenlehrer Schnitt aller
Gesamtnoten ......................................
...... Schnitt berechnen neuen Schüler erzeugen
29
Schüler
SchülerName Durchschnittsnote schriftliche
Note mündliche Note bestanden ....................
................. Noten eingeben Notenschnitt
berechnen feststellen, ob bestanden
30
Attribute

• public
• Die Variable oder Methode ist in der Klasse
  selbst, in an-geleiteten Klassen und in
  übergeordneten Klassen, die unsere Klasse
  aufrufen, sichtbar (liberale Variante).
• private
• Die Variable oder Methode ist nur in der Klasse
  sichtbar. in der sie vereinbart wurde (sichere
  Variante). Untergeordnete (abgeleitete) oder
  übergeordnete (aufrufende) Klassen sehen diese
  Variable nicht.
• protected
• Variablen mit diesem Attribut sind in der eigenen
  Klasse und in abgeleiteten Klassen sichtbar.
  Aufrufer sehen diese Variablen nur, wenn sie im
  gleichen Paket aufrufen.

31
Überladung

• Zwei Prozeduren mit gleichem Namen, die sich
  aufgrund der Anzahl bzw. Typen der Parameter
  unterscheiden.

32
Überladung (Beispiel)
public schulemain(String name)
this.sNamename System.out.println(sName)

schulemain gymLoerrach new
schulemain("Gymnasium Loerrach")
--------------------------------------------------
---------------------
//zweiter Konstruktor / überladen public
schulemain() this.sName"Die arme Schule hat
keinen Namen." System.out.println(sName)
schulemain gymLoerrach new schulemain()
33
Die Klasse schulklasse

• public class schulklasse
• public String sName
• private String sLehrer
• private double dGewichtung
• / Creates new schulklasse /
• public schulklasse(String name, String lName,
  double gewichtung)
• this.sNamename
• this.sLehrerlName
• this.dGewichtunggewichtung
• System.out.println
• (this.sName" "this.sLehrer" "
  this.dGewichtung)

34
Aufrufe von schulklasse

• schulklasse klasse1new schulklasse("11a",
  Munz",1.5)
• schulklasse klasse2new schulklasse("12a",
  "Henne",2)

35
Die Klasse schueler

• public class schueler
• public String sName
• private double dDurchschnitt
• protected boolean bHatBestanden
• private int iMuendlich
• private int iSchriftlich
• public void ausgabe(String Klassenname)
• System.out.print(Klassenname" ")
• System.out.print(this.sName" ")
• System.out.print(this.dDurchschnitt" ")
• System.out.println(this.bHatBestanden)

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Setter und Konstruktor

• public void SetSchuelerdaten(String name, double
  schnitt,boolean hatBestanden, int muendlich, int
  schriftlich)
• this.sNamename
• this.dDurchschnittschnitt
• this.bHatBestandenhatBestanden
• / Creates new schueler /
• public schueler(String name)
• SetSchuelerdaten(name,0,false,0,0)
• ausgabe("test")

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Testmethoden
Methode Eingabe(n) Setter Methode AusgabeGetter Meth. Ergeb-nis Da-tum Tes-ter
Konstruktor SCHULE-MAIN "Gymnasium Loerrach" "Gymnasium Loerrach" ok 29.12.01 Pl
Konstruktor SCHUL-KLASSE ("11a",Munz",1)("7b","Henne",3)("8a","Lost",1.5) ("11a",Munz",1)("7b","Henne",3)("8a","Lost",1.5) ok 29.12.01 He
setNoten 0,01,123,3213,1212,13 0,01,123,3213,1212,13 ok neg Ein-gab. feh-len 30.12.01 Pl
38
Weiterführende Testaufgaben

• 1) Testen sie Ihr Programm gemäß den oben
  beschriebenen Methoden.
• 2) Entwerfen Sie weitere Testfälle.
• 3) Lösen Sie die im Text erwähnten Probleme.
• 4) Definieren Sie vier verschiedene
  Standardschüler(innen) bzw. Standardklassen, die
  möglichst viele Testfälle abdecken.
• 5) Konzipieren Sie weitere Methoden zur
  Oberstufenverwaltung.
• 6) Informieren Sie sich bei Ihrer Schulleitung
  über die tat-sächlich für die Oberstufenverwaltung
  eingesetzte Software. Welche Methoden der
  kommerziellen Software könnten Sie ebenfalls
  erstellen?

39
Container

• Definition
• WINDOWS Fenster der obersten hierarchischen Stufe
  (das allumfassende Fenster, in dem das gesamte
  Programm abläuft).
•  Name
• contentPane, zusammen gesetzt aus content
  Inhalt und Pane (Fenster-) Scheibe.

40
Layout
Grid
Flow
Border
41
Beispiel Euro

• Erstellen Sie ein JAVA Programm, das einen
  Eurobetrag in eine andere Währung (z.B. US
  Dollar) umrechnet. Verwenden Sie eine GUI -
  Oberfläche für das Programm.
• Passen Sie die Umrechnung dem aktuellen
  Dollarkurs an.
• Erweitern Sie das Programm so, dass auch
  Schweizer Franken umgerechnet werden können.

42
Temperaturumrechnung

• Nach Eingabe einer Temperatur in Grad Celsius ist
  die Angabe in Grad Réaumur und Grad Fahrenheit
  umzurechnen. Dabei gelten folgende Umrechnungen
  0C 0R 32F und 100C80R212F.
• Ändern Sie Teil 1) wie folgt ab Nach Eingabe
  einer Temperatur in Grad Celsius in Grad Réaumur
  oder in Fahrenheit sind die jeweils anderen
  Temperaturen zu berechnen.
• Fügen Sie eine Kelvin-Skala ein.

43

• Auerbacher TelekomIhre Rechnung
• Rechnungsdatum 27.1.02
• Rechnungsmonat Januar 2002
• Kundennummer 1234567890
• Munz Udo
• Blauenstr. 47
• 79589 Binzen
•  
• Artikel oder Leistung Menge Nettobetrag
  Nettogesamtbetrag Ust in
•  
• T- DSL Telefonanschluss 1 28,55 28,55 16
• 83 City-Verbindungen 106 0,0264 2,80 16
• 29 Deutschlandverbindungen 250 0,0396 9,90 16
•  
• T-DSL Flat 21,55 16
•  
• ZWISCHENSUMME xxx
• Umsatzsteuer 16 auf xxx yyy

44
Telefon-rechnung

• Erstellen Sie ein JAVA - Programm, das aus der
  Anzahl der genutzten Telefoneinheiten den
  Gesamtpreis inkl. Grundgebühr berechnet. Die
  Preise entnehme man der oben abgebildeten
  Telefonrechnung. Der Grundpreis und die Gebühr
  einer einzelnen Telefoneinheit sollen als lokale
  Konstante (final) realisiert werden.

45
Aufgaben 1-3

1. Erweitern Sie das Programm Telefon so, dass der
   Grundpreis und der Preis für eine einzelne
   Gebühreneinheit auf der Oberfläche sichtbar sind.
2. Erstellen Sie ein entsprechendes Programm für
   Handy- Gebühren. Es genügt, die Gebühren zur
   Standardnutzerzeit (höchste Gebührenklasse) zu
   errechnen. Eingegeben wird nun nicht mehr die
   Anzahl der Gebühreneinheiten, sondern die
   Gesamtzeit der Verbindungen.
3. Schreiben Sie ein JAVA - Programm, das nach
   Eingabe der Anzahl den Kaufpreis für Disketten
   (bzw. CD-Rohlinge) inklusive 16 Mehrwertsteuer
   bestimmt.

46
Aufgaben 4-6

1. Erweitern Sie das Programm so, dass mehrere
   Produkte (z.B. CD-Rohlinge und Disketten und
   Tintenpatronen und...) geordert werden können.
   Das Programm soll alles fein säuberlich auf der
   Oberfläche auflisten und den Gesamtpreis
   berechnen.
2. Erstellen Sie ein Programm, das Antwort auf die
   Frage gibt Wie lange kann ich mit einem
   vorgegebenen Betrag telefonieren? Man
   differenziere nach Entfernungszonen.
3. Rechnen Sie einen in Sekunden vorgegebenen Wert
   um in eine Zeitangabe von Tagen, Stunden, Minuten
   und Sekunden.

47
Aufgaben 7-8

1. Rechnen Sie einen in Tagen, Stunden, Minuten und
   Sekunden vorgegebenen Wert in eine Zeitangabe von
   Sekunden um.
2. Berechnen Sie aus zwei Zeitangaben eines Tages
   die Dauer der Zeitspanne dazwischen in Sekunde

48
Münzen zählen

• Erstellen Sie ein einfaches Zählprogramm, das
  Euromünzen durch Mausklick aufsummieren soll.
  Die Benutzeroberfläche soll verschiedene Buttons
  für verschiedene Münzen enthalten und das
  Ergebnis (Summe) anzeigen.

49
Komponenten

• Notwendige Komponenten
• Mindestens sieben verschiedene Buttons zur
  Eingabe
• Anzeige für das Endergebnis
• Überschrift
• Hilfreiche Komponente Fehlerkorrektur
• Letzte Eingabe (Mausklick) rückgängig machen.

50
Banknotenaufgaben

• Erweitern Sie das Programm so, dass auch die
  Beträge von Euroscheinen abgearbeitet werden
  können.
• Ordnen Sie die Buttons in einer Form an, die
  ergonomisch sinnvoll ist. Dabei müssen nicht
  alle Buttons gleich groß bleiben. Erläutern Sie
  Ihren Ansatz.
• Wie kann man mehrere Eingaben rückgängig machen?
• Ist es sinnvoll, jede Eingabe auch in der Ausgabe
  anzuzeigen?

51
Elementarer Kreis

• Der Radius r bleibt konstant, der Winkel w gegen
  die Horizontale ändert sich zwischen Null und 2
  (Bogenmaß!).

52
Polarkoordinaten

• Radius und Winkel legen den Punkt fest

53
Kreis und Spirale

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Kreisaufgaben 1-3

1. Wie ändert sich das Ergebnis, wenn man die
   Schleife bis 4Pi laufen läßt?
2. Ändern Sie die Schleife so, dass der Anfangswert
   Null benutzt werden kann.
3. Überlegen Sie, ob man das Problem auch mit einer
   for-Schleife lösen könnte. Begründen Sie Ihr
   Ergebnis.

55
Kreisaufgaben 4-6

1. Erstellen Sie ein Konzept für eine Kreisprogramm
   ohne Polarkoordinaten.
2. Erzeugen Sie aus dem Kreisprogramm die
   Graphikdarstellung einer Spirale. Welche
   Änderungen sind nötig?
3. Was berechnet folgende Anweisung dPi
   Math.atan(1)4.0 ?

56
Array

• Mehrere Variablen des gleichen Grundtyps
  (primitive type, z.B. int oder double), die den
  gleichen Variablennamen tragen und durch einen
  ganzzahligen Index unterschieden werden können.
• Der Index beginnt stets bei Null und endet dort,
  wo der maximale Index erreicht ist. Dieser
  maximale Index wird bei der Deklaration
  festgelegt. Eine Vereinbarung der Form feld
  int20 reserviert den Speicherplatz für 21 (!)
  Integervariablen.

57
ArrayLists

• Ähnelt in Funktion dem Array, kann jedoch
  dynamisch, also zur Run-Time (Laufzeit),
  erweitert werden!

58
Variable vom Typ ArrayList

• protected static ArrayList
• alFeldnew ArrayList()
• Static
• alFeld.add(BigInteger.valueOf(1))
• alFeld.add(BigInteger.valueOf(1))

59
Fibonacci Folge

• 1,1,
• 1,1,2,
• 1,1,2,3,
• 1,1,2,3,5,
• 1,1,2,3,5,8
• 1,1,2,3,5,8,13,...

an1anan-1 für n N, ngt1 und a11
a21
60
Fibo rechnet neues Folgeglied

• public static BigInteger fibo(int i)
• for (int iLaengealFeld.size()iLaengeltiiLaenge
  )
• BigInteger letzteFibo
• (BigInteger) alFeld.get(iLaenge-1)
• BigInteger vorletzteFibo
• (BigInteger) alFeld.get(iLaenge-2)
• BigInteger naechsteFibo
  letzteFibo.add(vorletzteFibo)
• alFeld.add(naechsteFibo)
• return (BigInteger) alFeld.get(i-1)

61
Fibo Hauptprogramm

• public static void main(String args)
• for (int iLauf111 iLauflt141 iLauf)
• System.out.println(fibo(iLauf))
• System.out.println(fibo(115))
• System.out.println(fibo(140))
• System.out.println(fibo(141))

62
Fibonacci Ausgabe

• 4517090495650391871408712937
• 7308805952221443105020355490
• 11825896447871834976429068427
• 19134702400093278081449423917
• 30960598847965113057878492344
• 50095301248058391139327916261
• 81055900096023504197206408605
• ...............

• 781774079430987230203437
• 1264937032042997393488322
• 2046711111473984623691759
• 3311648143516982017180081
• 5358359254990966640871840
• 8670007398507948658051921
• 14028366653498915298923761
• 22698374052006863956975682
• 36726740705505779255899443
• 59425114757512643212875125
• 96151855463018422468774568
• 155576970220531065681649693
• 251728825683549488150424261
• 407305795904080553832073954
• 659034621587630041982498215
• 1066340417491710595814572169
• 1725375039079340637797070384
• 2791715456571051233611642553

63
Arrays sortieren über Minimum

• arraySort sucht man in einem bestehenden Feld
  zuerst das kleinste Feldelement (Minimum),
  sichert es in einer Hilfsvariablen, verschiebt
  alle darunter liegenden Feldelemente um eine
  Position nach oben und heftet das zuvor gerettete
  Minimum ans Ende des Feldes. Damit haben wir das
  Minimum sicher im letzten Feldelement unter
  gebracht.
• Im nächsten Durchgang sucht man nur noch bis zum
  vorletzten Element nach einem Minimum und
  verfährt erneut wie oben. Mit jedem Durchgang
  sitzt ein weiteres Element an der richtigen
  Stelle.

64
Sortierfortschritt
9216 7489 4291 8611 1430 8334 4020 9400 899 2787
9216 7489 4291 8611 1430 8334 4020 9400 2787 899
9216 7489 4291 8611 8334 4020 9400 2787 1430 899
9216 7489 4291 8611 8334 4020 9400 2787 1430 899
9216 7489 4291 8611 8334 9400 4020 2787 1430 899
9216 7489 8611 8334 9400 4291 4020 2787 1430 899
9216 8611 8334 9400 7489 4291 4020 2787 1430 899
9216 8611 9400 8334 7489 4291 4020 2787 1430 899
9216 9400 8611 8334 7489 4291 4020 2787 1430 899
65
Sortieraufgaben 1-3

1. Erweitern Sie das oben beschriebene Verfahren so,
   dass eine wirklich große Anzahl Integerzahlen
   sortiert werden kann.
2. Verändern Sie das obige Programm so, dass nach
   Bestimmung des Minimums nur ein einziger Tausch
   erfolgt (aktuelles Minimum an den Schluss,
   dortige Zahl an bisherige Position des Minimums).
   
3. Führen Sie den oben beschriebenen
   Sortieralgorithmus mit einer ArrayList statt
   einem Array durch. Welche Probleme tauchen auf?

66
Sortieraufgaben 4-5

1. Sortieren Sie ein Integerfeld bei der Entstehung.
   Sobald ein neuer (Zufalls-)Wert berechnet wurde,
   sucht man seine adäquate Position im Feld,
   schafft Platz durch Verschieben (Nach oben oder
   nach unten? Nach oben und unten?) und fügt
   anschließend ein .
2. Sortieren Sie ein Integerfeld bei der Entstehung,
   in dem Sie eine Vorsortierung einsetzen. Diese
   funktioniert so, dass man bei jeder neuen Zahl
   entscheidet, ob sie zur ersten oder zweiten
   Hälfte des Felde gehört. Danach muss mit einem
   anderen Verfahren genauer sortiert werden.

67
Sortieraufgaben 6-8

1. Sortieren Sie ein Integerfeld über die Bestimmung
   des Maximums mit anschließendem Verschieben
   innerhalb des Feldes.
2. Ändern Sie Ihr Sortierprogramm so ab, dass ein
   String-Array String20 sortiert werden kann.
   Benutzen Sie die Standardmethode compareTo.
   (Siehe stringSort)
3. Bewerten Sie die verschiedenen Verfahren.
   Welches Verfahren eignet sich für vorsortierte
   Zahlen?

68
Trigonometrische Tabelle
69
Tabellenaufgaben 1-3

1. Begründen Sie, warum im Beispiel Zufall1.java
   nicht direkt nach den Strings sortiert wird,
   sondern diese erst in Integer konvertiert werden.
2. Informieren Sie sich bei www.java.sun.com über
   die Funktion Random(). Welche Wirkung hat ein
   Parameter?
3. Erweitern Sie unsere trigonometrische Tabelle auf
   die Tangensfunktion. Beachten Sie eventuelle
   Definitionslücken.

70
Tabellenaufgaben 4-7

1. Erstellen Sie eine Tabelle zur Umrechnung von
   Bogen- in Gradmaß
2. Tabellieren Sie die Temperaturskalen Celsius,
   Réaumur, Kelvin und Fahrenheit.
3. Bauen Sie das BubbleSort-Verfahren so um, dass
   man wahlweise nach oben oder nach unten sortieren
   kann.
4. Erweitern Sie das BubbleSort- Verfahren so, dass
   ein einzelner Durchgang der inneren Schleife pro
   Knopfdruck durchgeführt wird. So erkennt man,
   wie die Tabelle immer weiter sortiert wird.