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Freifach Einführung ins Programmieren
Direkt-Link: https://fginfo.ksbg.ch/ffprog
- Jeweils Dienstags, 16:25 - 17:58 im H21.
- Nach Möglichkeit soll ein eigener Laptop mitgebracht werden.
- Wir programmieren mit TigerJython.
Programmier-Projekt
Wer programmiert die schlauste Schlange?
Version 0.1 (vom 8.3.2017): tjsnake.zip. Tester sind willkommen.
Anleitung
- Archiv entpacken (wirklich entpacken, nur weil Windows die Dateien im Archiv anzeigt, sind diese deswegen noch nicht entpackt).
- game.py in Tigerjython starten.
- Für eigene Strategie ivo_beispiel_strategy.py kopieren und wie folgt benennen: name_xyz_strategie.py, nur Kleinbuchstaben a-z und _ (underscore). Die Datei muss mit dem eigenen Namen beginnen und mit strategie.py aufhören.
- In game.py:
- Die eigene Strategie importen (ganz oben im Code)
- Eigene Strategie ganz unten in game.py eintragen.
- Code studieren, Fragen stellen.
Dokumentation
Entweder direkt Kommentare im Code oder online.
TigerJython
- Lehrgang: http://www.tigerjython.ch
- Download der Programmierumgebung: online oder schulintern.
Programm
Dienstag 5. 6. 2018
Ausfall der Stunden
Dienstag 29. 5. 2018
Ziele:
- Strategie mit Skalarprodukt von der letzten Stunde verstehen.
- Zusatzfunktion erstellen, die die Möglichkeit einer Kopf-an-Kopf-Kollision erkennt und diese Richtung(en) vermeidet.
- Weitere Verbesserungen, wie z.B. kürzeste Wege zum Apfel berechnen.
Dienstag 22. 5. 2018
Ziel: Beispielstrategie für Snake kopieren und verbessern, dass die Äpfel direkt gefressen werden, zumindest, wenn sich der Schlangenkopf auf der gleichen $x$ oder $y$-Koordinate wie der Apfel befindet.
Variante: Sei $P$ die Position der Schlange, $A$ die position des Kopfs und $\vec{v}_0$ bis $\vec{v}_3$ die 4 Richtungsvektoren. Das Skalarprodukt zwischen dem Vektor $\vec{PA}$ und einem Richtungsvektor ist dann positiv, wenn sich die Schlange so dem Apfel nähert.
Es gilt $\vec{u} \cdot \vec{v} = |\vec{u}| \cdot |\vec{v}| \cdot \cos(\alpha)$ mit $\alpha = \angle(\vec{u}, \vec{v})$ aber auch $\vec{u} \cdot \vec{v} = u_x \cdot v_x + u_y\cdot v_y$. Das lässt sich auch auf 3 und mehr Dimensionen verallgemeinern.
# Aktuelle Position ermitteln x,y = self.params.x, self.params.y # print("(x,y)=(%d,%d) d=%d" % (x,y,d)) # Koordinaten vom Apfel apfx = self.params.apple[0] apfy = self.params.apple[1] # Richtungsvektoren durchlaufen for i in range(4): # Prüfen, ob nicht Gegenrichtung von d, egal, ist eh besetzt # Komponenten vom Richtungsvektor vx = Board.VECS[i][0] vy = Board.VECS[i][1] # Skalarprodukt berechnen, wenn positiv und moeglich, dann machen. s = vx*(apfx-x)+vy*(apfy-y) # Neue Position a,b = Board.move(x,y,i) if s>0 and (self.params.feld[a][b]==Board.EMPTY or self.params.feld[a][b]==Board.APPLE): return i
Dienstag 8. 5. 2018
Als Vorbereitung auf das Snake-Spiel: Wegfindung in einem Labyrinth:
- wegfinden.py
from gpanel import * import random import time width = 40 vecs = [[1,0],[0,1],[-1,0],[0,-1]] makeGPanel(0, width, 0, width) # Array mit Distanzen fuer alle Punkte, gefuellt mit -1 dist = [[-1 for y in range(width)] for x in range(width)] for i in range(800): x=random.randint(1,width-1) y=random.randint(1,width-1) fillRectangle(x,y,x+1,y+1) todo=[(0,0)] dist[0][0] = 0 waitTime = 0.002 maxDist = 0 setColor("red") while len(todo)>0: #waitTime*=0.99 #print(todo) pt = todo.pop(0) #vorne entfernen aktuelle_d = dist[pt[0]][pt[1]] if aktuelle_d>maxDist: maxDist = aktuelle_d setColor("blue") move(pt[0]+0.5, pt[1]+0.5) fillRectangle(0.5,0.5) time.sleep(waitTime) for d in range(4): p = (pt[0]+vecs[d][0], pt[1]+vecs[d][1]) if (p[0]>=0 and p[0]<width and p[1]>=0 and p[1]<width): #print(p, getPixelColor(p[0]+0.5, p[1]+0.5)) if getPixelColor(p[0]+0.5, p[1]+0.5)==makeColor("white"): setColor("red") move(p[0]+0.5, p[1]+0.5) fillRectangle(0.5,0.5) todo.append(p) # Hinten anfuegen dist[p[0]][p[1]] = aktuelle_d + 1 time.sleep(waitTime) print(maxDist) for x in range(width): for y in range(width): move(x+0.5,y+0.5) if dist[x][y]>=0: setColor(dist[x][y]/maxDist*255,255-dist[x][y]/maxDist*255,0) fillRectangle(0.5,0.5) else: setColor("black") fillRectangle(1,1)
Dienstag 8. 5. 2018
Primzahlen auf eine Spirale darstellen.
Die Spirale soll “quadratisch” aussehen, d.h. man bewegt sich nur in die Achsenrichtungen um ganze Pixel (Bildpunkte) fort.
Man startet in der Mitte und geht dann reihum und zählt die Schritte (in Pixeln). Immer wenn die Schrittnummer prim ist, wird der entsprechende Pixel markiert.
Implementation
Die vier Richtungsvektoren werden in ein zweidimensionales Array gespeichert (Arrays sollten im Plural bezeichnet werden):
vecs=[[1,0],[0,1],[-1,0],[0,-1]]; # Vier Richtungen, im trigonometrischen Umlaufsinn
Die aktuelle Richtung wird als Zahl zwischen 0 und 3 dargestellt. Eine Drehung um 90 Grad heisst also 1 addieren oder subtrahieren und nötigenfalls wieder auf den Bereicht 0 bis 3 anpassen. Dafür eignet sich die Modulo-Operation:
dir = 0 # #... # dir = (dir+1)%4 # Drehung um +90 Grad dir = (dir+3)%4 # Drehung im -90 Grad dir = (dir+2)%4 # Drehung um 180 Grad
Die aktuelle Position wird mit zwei Variablen gespeichert. Die Position kann dann in eine Richtung verschoben werden:
x = 10 y = 32 # Verschiebung in Richtung dir (Zahl von 0 bis 3) x = x+vecs[dir][0] y = y+vecs[dir][1]
Und mehr
Implementieren Sie z.B. so was: http://www.naturalnumbers.org/sparticle.html
Dienstag 24. 4. 2018
Sieb des Eratosthenes.
Idee: Erst wird jede 2. Zahl weggestrichen (ausser die 2), dann jede dritte, jede fünfte, jede siebte, etc. Übrig bleiben die Primzahlen.
Implementation: Array, bzw. Liste von n Wahrheitswerten (True oder False):
- eratosthenes.py
import time start = time.time() n = 10000 prim = [i>1 for i in range(n+1)] zwischen = time.time()-start p = 2 while p*p<=n: # Vielfache von p wegstreichen: x = p*p while (x<=n): prim[x]=False x+=p # Kurzform fuer i=i+p # Naechste Primzahl bestimmen p+=1 while prim[p]==False: # Schoener: while not prim[p] p+=1 berechnung = time.time()-start - zwischen # Ausgabe: for i in range(n+1): if prim[i]: print(i) print("Initialisierung ",zwischen) print("Berechnung ",berechnung) print("Total ", time.time()-start)
Mehr zu Listen und Arrays: http://www.tigerjython.ch/index.php?inhalt_links=navigation.inc.php&inhalt_mitte=grafik/listen.inc.php
Dienstag 3. 4. 2018
Primzahlen auflisten:
import math import time start = time.time() for i in range(2,500): prime = True for t in range(2,int(math.sqrt(i))+1): if i % t==0: prime = False break if prime: print i, if i%50==0: print print print(time.time()-start)
Optimierung: Ersetzen Sie range durch xrange. Hintergrund: range erzeugt ein ganzes Array (Feld) von entsprechend vielen Werten im Speicher. xrange ist ein Iterator und erzeugt ein Wert nach dem anderen (konstanter, kleiner Speicherbedarf). Python 3 hat kein xrange, dort funktioniert range wie xrange.
Dienstag 27. 3. 2018
Lernziele:
Mögliche Zusatzaufgaben
- Zeichnen Sie $n$ Kreise, die alle durch einen gegebenen Punkt gehen und deren Zentren gleichmässig auf einem gegebenen Kreis verteilt sind. Die Hüllkurve, die man erhält ist eine der Kardioide verwandte Form (bzw. genau jene, wenn der gegebene Punkt auf dem gegebenen Kreis liegt).
- Schreiben Sie ein Programm, das nacheinander Primzahlen ausgibt. Hinweis:
a % b
berechnet der Rest der Division vona
durchb
und wird a modulo b gelesen. Beispiele: 18 % 5 ergibt 3, 49 % 7 ergibt 0.
Dienstag 5. 3. 2018
- Freifach freiwillig bereits ab 15:35 (um den ersten Dienstag nachzuholen). Das Zimmer wird offen sein, ich werde aber wohl noch ca. 30 min für eine Sitzung weg sein…
Lektionsziele
Dienstag 27. 2. 2018
- Freifach freiwillig bereits ab 15:35 (um den ersten Dienstag nachzuholen).
Lektionsziele (mit “obligatorischen” Aufgaben, die aber auch sinngemäss abgwandelt werden können):
- Wiederholung (A4)
- Funktionen (A2 oder A3)
- Parameter (A2)
- Variablen (A4).
Dateien mit Funktionen einbinden
- importtest.py
def hello(): print("Hello world") if __name__=="__main__": print("Nur wenn diese Datei ausgefuehrt wird")
- othertest.py
import importtest importtest.hello()
- yetanother.py
import hello from importtest hello()