Luku 2.5: Kuvia ja kuvauksia

Tästä sivusta:

Pääkysymyksiä: Saisiko lisää luokkia? Käsiteltäisiinkö kuvia hieman monipuolisemmin? Miten kätevöitän olioiden testaamista REPLissä?

Mitä käsitellään? Metodeita, jotka luovat ja palauttavat ilmentymiä; metodeita, jotka vastaanottavat viittauksia olioihin. toString-metodi. Kuvien asemointia, rajaamista yms.

Mitä tehdään? Useita ohjelmointitehtäviä tekstin lomassa.

Suuntaa antava työläysarvio:? Pari tuntia ilman lisätehtäviä? Uutta käsitteistöä on hädin tuskin lainkaan. Ohjelmointirutiinin puuttuessa tehtävät voivat kuitenkin takelluttaa.

Pistearvo: A50.

Oheismoduulit: Odds. Lopussa palataan taas lyhyesti Aliohjelmia-moduuliin.

Tavoite: sijainteja kuvissa

Pong-pelin mailan kulma on koordinaateissa (40,120), kun lasketaan pikseleinä koko kuvan vasemmasta yläkulmasta. Graafisessa ohjelmoinnissa käytetään usein koordinaatteja, jotka kasvavat vasemmalta oikealle ja ylhäältä alas.

Monissa ohjelmissa on käyttöä kaksiulotteisille koordinaateille. Koordinaattiparilla voimme mallintaa vaikkapa pelihahmon sijaintia pelissä. Grafiikkaa käsitellessä taas voimme ilmaista koordinaateilla tietyn kuvapisteen sijainnin, johon haluamme kohdistaa toimenpiteen:

• "Rajaa isosta kuvasta 400 pikseliä leveä ja korkea pala, jonka vasen yläkulma on 150 pikseliä vasemmasta reunasta ja 200 pikseliä yläreunasta."
• "Piirrä pieni kuva ison kuvan päälle niin, että pienen kuvan keskipiste on ison kuvan kohdassa (300,200) olevan pikselin päällä."
• "Piirrä piste pikselikoordinaatteihin (x,y), missä x ja y kertovat hiiren kursorin tämänhetkisen sijainnin näkymän vasemmasta yläkulmasta lukien."

Tulet pian oppimaan juuri tuontapaisia käskyjä. Ensin kehitämme käyttöömme tarvittavan koordinaatteja kuvaavan luokan ja siinä ohessa parantelemme viime luvun Odds-ohjelmaa.

Sijaintiluokka Pos

Koordinaattipareja kuvaavan luokkamme nimeksi tulkoon ytimekkäästi Pos englannin sanan position mukaan. Jos sitä voisi käyttää vaikka näin?

val eka = new Pos(50, 12.5)eka: Pos = Pos@3245f574
val toka = new Pos(-30, 100)toka: Pos = Pos@2fcad1a3
eka.xres0: Double = 50.0
eka.yres1: Double = 12.5
eka.descriptionres2: String = (50.0,12.5)
toka.descriptionres3: String = (-30.0,100.0)

Tuo on opituilla keinoilla suoraviivaista toteuttaa luokaksi:

class Pos(val x: Double, val y: Double) {

  def description = "(" + this.x + "," + this.y + ")"

}

Toki koordinaatteja voisi kuvata ohjelmassa Double-arvoilla ilman Pos-luokkaakin. Jotain sellaistahan vähän teimmekin luvuissa 1.7 ja 1.8, kun laskimme pisteiden välisiä etäisyyksiä. Mutta kuten tulee osoittautumaan, on edullista määritellä sijainnin käsitettä mallintamaan oma tietotyyppi, joka kytkee yhteen kaksi arvoa (x ja y) ja tarjoaa valikoiman metodeita tällaisten koordinaattiparien käsittelyyn.

Uusia ilmentymiä metodilla

Sijainneilla laskeminen

Sijainneilla voi laskea synnyttäen uusia sijainteja. Voidaan esimerkiksi määrittää sijainti, joka on tietyn matkan päässä "oikealle" jostakin toisesta sijainnista.

val vasenYlakulma = new Pos(40, 120)vasenYlakulma: Pos = Pos@2c8d4d39
val vahanOikealle = vasenYlakulma.addX(30)vahanOikealle: Pos = Pos@25b7325c

Huomaa: addX-metodi palautti viittauksen uuteen Pos-olioon, joka kuvaa sijaintia jonka x-koordinaatti on 30 yksikköä (esim. pikseliä) suurempi kuin metodikutsun kohdeoliolla. Tuolle uudelle oliolle, johon muuttuja vahanOikealle nyt viittaa, voi kutsua mitä vain Pos-olioiden metodia:

vahanOikealle.descriptionres4: String = (70.0,120.0)
val enemmanOikealle = vahanOikealle.addX(70)enemmanOikealle: Pos = Pos@2d9ff490
enemmanOikealle.descriptionres5: String = (140.0,120.0)

Metodin addX voi toteuttaa näin:

class Pos(val x: Double, val y: Double) {

  def description = "(" + this.x + "," + this.y + ")"

  def addX(dx: Double) = {
    val relativePosition = new Pos(this.x + dx, this.y)
    relativePosition
  }

}

Luodaan uusi Pos-olio kuvaamaan alkuperäisen suhteen määriteltyä koordinaattiparia.

Lasketaan uudet koordinaatit this-olion tietojen ja parametrimuuttujan dx ilmaiseman etäisyyden perusteella. X-koordinaatti saadaan summana; y-koordinaatti on sama kuin alkuperäisellä sijainnilla.

Palautetaan viittaus luotuun olioon.

Äskeisessä versiossa käytettiin paikallista muuttujaa relativePosition vain välivaiheen korostamiseksi: ensin luodaan olio, sitten palautetaan viittaus. Lyhyemminkin voimme kyllä kirjoittaa:

class Pos(val x: Double, val y: Double) {

  def description = "(" + this.x + "," + this.y + ")"

  def addX(dx: Double) = new Pos(this.x + dx, this.y)

}

On kutsuvan koodin asia, mitä se tekee metodin palauttamalla viittauksella. Ylempänä sijoitimme addX-metodin palauttaman viittauksen muuttujaan (enemmanOikealle), mutta metodikutsua voi myös käyttää osana isompaa lauseketta. Metodikutsuja voi esimerkiksi ketjuttaa:

enemmanOikealle.addX(100).descriptionres6: String = (240.0,120.0)

Sijaintiolion metodi addX palauttaa viittauksen toiseen sijaintiolioon. Tuota toista sijaintia ei laiteta mihinkään talteen, vaan sille vain saman tien kutsutaan description-metodia, joka palauttaa merkkijonon.

Vastaavasti kuin addX voidaan tietysti määritellä metodi addY. Alla on tehty niin; sieltä löytyy myös metodi add, joka huomioi molemmat koordinaatit.

class Pos(val x: Double, val y: Double) {

  def description = "(" + this.x + "," + this.y + ")"

  def addX(dx: Double) = new Pos(this.x + dx, this.y)

  def addY(dy: Double) = new Pos(this.x, this.y + dy)

  def add(dx: Double, dy: Double) = new Pos(this.x + dx, this.y + dy)

}

Kysymys 1

Olkoon Pos-luokka määritelty noin. Alla on lisäksi käskysarja, joka käyttää luokkaa.

val kokeilu = new Pos(100, 200)
kokeilu.addX(1000)
kokeilu.addY(500)
kokeilu.add(10, 20)
println(kokeilu.description)

Mikä seuraavista kuvaa luokkaa ja käskysarjan toimintaa?

Pos-oliot ovat muuttumattomia. Kaikki niiden metodit ovat vaikutuksettomia. Laskutoimitukset tuottavat uusia Pos-olioita, eivät muokkaa olemassa olevia. Esimerkkikoodi tulostaa (100.0,200.0).

Pos-olioilla on muuttuva tila: ainakin osa metodeista muuttaa olion tilaa. Äskeisen esimerkin käskyt muokkaavat koordinaattiparia, joten koodi tulostaa lopulta (1110.0,720.0).

Ei kumpikaan edellisistä.

Nyt meillä on jo hyvä alku Pos-luokalle; lisäämme siihen kohta muitakin metodeita. Yleisemmällä tasolla voimme todeta, että olemme määritelleet paitsi erään tietotyypin, myös sääntöjä, jotka määräävät, millaisella logiikalla uusia kyseisen tyyppisiä arvoja syntyy, kun niillä lasketaan.

Odds-tehtävä (osa 2/9)

Johdanto

Palataan luvussa 2.4 aloittamaamme Odds-ohjelmaan.

Tarkastellaan kahta tapahtumaa, vaikkapa kuutosen heittämistä nopalla (Odds 5/1) ja klaavan heittämistä kolikolla (Odds 1/1).

val six = new Odds(5, 1)six: o1.Odds = o1.Odds@60a6fd
val tails = new Odds(1, 1)tails: o1.Odds = o1.Odds@111a008

Odds sille, että kuutonen ei toteudu, saadaan kääntämällä luvut toisin päin: 1/5. Kruunan heittäminen taas on klaavan kanssa yhtä todennäköistä, ja 1/1 onkin molemmin päin sama.

Yleisemmin: jos Odds-olio kuvaa tapausta a₁/a₂, niin käänteisen tapahtuman Odds on a₂/a₁.

Tehtävänanto

Täydennä Odds-luokkaa vaikutuksettomalla metodilla not, jonka avulla voi muodostaa käänteistapauksia kuvaavia olioita. Sen pitää toimia näin:

val somethingOtherThanSix = six.notres7: Odds = o1.Odds@56258cb3
somethingOtherThanSix.fractionalres8: String = 1/5
tails.not.fractionalres9: String = 1/1
new Odds(10, 19).not.fractionalres10: String = 19/10

Ohjeita ja vinkkejä

• not-metodin on siis luotava uusi Odds-olio ja palautettava viittaus siihen. Se ei saa palauttaa pelkkää merkkijonoa, lukua, tms.
• Huomattavan pieni määrä koodia riittää.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Olioihin viittaavia parametreja

Etäisyysmetodeita pseudokoodina

Tehdään Pos-luokkaamme metodit xDiff ja yDiff, joilla saa laskettua kahden Posin välisen etäisyyden yhden koordinaattiakselin suunnassa.

val eka = new Pos(50, 12.5)eka: Pos = Pos@3245f574
val toka = new Pos(-30, 100)toka: Pos = Pos@2fcad1a3
val xKoordinaattienErotus = toka.xDiff(eka)xKoordinaattienErotus: Double = 80.0
toka.yDiff(eka)res11: Double = -87.5
eka.yDiff(toka)res12: Double = 87.5
eka.xDiff(new Pos(60, 20))res13: Double = 10.0

Tässä ensimmäinen hahmotelma metodien toteutuksesta. Se ei vielä ole Scalaa:

class Pos(val x: Double, val y: Double) {
  // ...

  def xDiff(another: Pos) = palauta luku, joka on parametriksi annetun sijaintiolion
                            x-koordinaatin ja oman x-koordinaattisi erotus

  def yDiff(another: Pos) = (sama mutta y-koordinaatille)
}

Yllä oleva hahmotelma on eräänlaista pseudokoodia ("valekoodia"; pseudocode) eli ohjelmakoodia muistuttavaa mutta vain ihmislukijalle tarkoitettua tekstiä. Tässä pseudokoodissamme osa ilmaisuista on jo valmista Scalaa, mutta eräitä keskeisiä kohtia on vasta ideoitu suomeksi.

Pseudokoodi Scalaksi

Miten toteuttaisit yllä olevan pseudokoodin Scalalla? Mieti ensin itse! Kirjoita tarvittava koodi vaikka paperille. Se ei ole pitkä.

Voit myös katsoa seuraavan animaation, joka voi auttaa ratkaisun löytämisessä. Valmis ohjelmakoodi löytyy aivan animaation lopusta. Juuri ennen paljastusta tulee varoitus, jottet näytä sitä itsellesi vahingossa etukäteen.

Huomasithan, miten metodin koodissa voi viitata sekä metodia suorittavan olion omiin ominaisuuksiin (esim. this.x) että toisen olion ominaisuuksiin (tässä muuttujan another kautta: another.x)?

Huomaa vielä: another on tässä ihan tavallinen muuttujan nimi, ei mikään ohjelmointikielen avainsana kuten this. Tuon sanan voisi korvata toisellakin vaikuttamatta ohjelman toimintaan.

Kysymys 1

Suoritetaan nämä käskyt:

val eka  = new Pos(50, 12.5)
val toka = new Pos(-30, 100)
toka.xDiff(eka)

Mitkä kaikki seuraavista väittämistä pitävät paikkansa sinä aikana, kun on siirrytty viimeisen rivin metodikutsun sisään suorittamaan tuon metodin koodia?

toka ja this viittaavat samaan olioon.

eka ja another viittaavat samaan olioon.

toka ja another viittaavat samaan olioon.

eka, toka ja another viittaavat kukin eri olioon.

Vielä yksi etäisyysmetodi

Luonnostellaan metodi distance, joka laskee sijaintien etäisyyden suoraa viivaa pitkin:

val eka = new Pos(50, 12.5)eka: Pos = Pos@3245f574
val toka = new Pos(-30, 100)toka: Pos = Pos@2fcad1a3
toka.distance(eka)res14: Double = 118.55905701379376
eka.distance(toka)res15: Double = 118.55905701379376

Seuraava pseudokoodi hyödyntää suorakulmaisen kolmion lisäksi ajatusta sitä, että olio voi kutsua omaa metodiaan eli "kysyä itseltään asioita" (vrt. Henkilo-luokka edellisen luvun lopussa).

class Pos(val x: Double, val y: Double) {
  // ...

  def xDiff(another: Pos) = another.x - this.x

  def yDiff(another: Pos) = another.y - this.y

  def distance(somePos: Pos) = Kysy itseltäsi, mitkä ovat oma xDiffisi ja yDiffisi
                               parametrina annettuun sijaintiolioon verrattuna. Laske
                               etäisyys sellaisesta suorakulmaisesta kolmiosta, jossa nuo
                               kaksi ovat kateettien mitat.
}

Oman metodin kutsuminen sujuu yksinkertaisesti muodossa this.metodi(parametrit):

import scala.math.hypot

class Pos(val x: Double, val y: Double) {
  // ...

  def xDiff(another: Pos) = another.x - this.x

  def yDiff(another: Pos) = another.y - this.y

  def distance(somePos: Pos) = hypot(this.xDiff(somePos), this.yDiff(somePos))

}

Olio, joka vastaanottaa distance-metodikutsun, kutsuu omia xDiff- ja yDiff-metodeitaan.

Matematiikkapakkauksen hypot-funktio (luku 1.6) hoitaa loput.

Tässä parametrimuuttuja on tarkoituksella nimetty eri tavoin. Kyllä another tms. kävisi myös.

Pseudokoodista

Ohjelmoijat käyttävät pseudokoodia muun muassa algoritmien hahmottelemiseen sekä ratkaisujen kuvailemiseen enemmän tai vähemmän ohjelmointikieliriippumattomasti.

On paljon erilaisia tapoja kirjoittaa pseudokoodia. Yllä olevan kaltaista pseudokoodia, joka sekoittaa puhdasta Scalaa ja varsin vapaamuotoista suomea, käytetään jatkossa taajasti tässä kurssimateriaalissa; pseudokoodin merkkinä ovat tuollaiset terveen persikkaiset laatikot. Monesti teemme niin, että ensin laaditaan suurpiirteinen pseudokoodikuvaus ratkaisusta, sitten yksityiskohtaisempi pseudokoodi ja lopulta pseudokoodin kuvaama ajatus kirjoitetaan Scalaksi.

Voit — ja kannattaa! — itsekin luonnostella kurssin ohjelmointitehtävien ratkaisuja pseudokoodina joko paperilla tai editorissa.

Olioiden tekstikuvauksista

Tässä välissä käytämme hetken näppäröittääksemme Pos- ja Odds-luokkien käyttöä.

Ikävää mössöä

Aiemmassa REPL-esimerkissä luki näin:

val eka = new Pos(50, 12.5)eka: Pos = Pos@3245f574

Vastaavaa merkkipuuroa saa näkyviin näinkin:

println(eka)Pos@3245f574
"Sijainti on: " + ekares16: String = Sijainti on: Pos@3245f574

Nuo Pos@3245f574-merkinnät eivät ole kovin kauniita tai hyödyllisiä. description-metodin palauttama kuvaus kertoo paljon enemmän luodusta Pos-oliosta. Vastaavasti Odds-olioiden kanssa jouduimme kutsumaan fractional-metodia aina uudestaan.

On käytännöllistä pystyä muodostamaan oliosta merkkijonomuotoinen kuvaus. Sellaiset ovat usein hyödyllisiä luokkia koekäytettäessä ja testattaessa (esim. REPLissä) sekä monissa virheenetsintätilanteissa.

Koska tarve on yleinen, olisi kiva, jos kuvauksien käsittely olisi mahdollisimman kätevää. Esimerkiksi Pos-luokka voisikin toimia REPLissä seuraavasti.

val eka = new Pos(50, 12.5)eka: Pos = (50.0,12.5)
println(eka)(50.0,12.5)
"Sijainti on: " + ekares17: String = Sijainti on: (50.0,12.5)

Toive: kun REPLiin kirjoittaa Pos-tyyppisen lausekkeen, tulostuu sijainnin kuvaus eikä epäselvä merkintä kuten Pos@3245f574.

Toive: viittauksen olioon voi antaa println-käskylle parametriksi, ja tällöin tulostuu olion merkkijonokuvaus. Ei tarvitse erikseen sanoa println(eka.description) tai vastaavaa.

Toive: myös silloin, kun plus-operaattori yhdistää merkkijonon ja viittauksen Pos-olioon, saadaan merkkijono, jonka osana on olion merkkijonokuvaus.

Kaikki toiveemme toteutuvat.

Eroon mössöstä toString-metodilla

Mitä nuo @3245f574-rimpsut oikeastaan ovat? Muistiosoitteitako?

Näkemämme @-merkkiä seuraavat numerojen ja kirjainten muodostamat pätkät ovat olion ns. hajautusarvoja (hash code). Hajautusarvoilla on merkitystä mm. hakurakenteiden (luku 8.4) yhteydessä. Hajautusarvo ei ole fyysisen muistipaikan osoite eikä muutenkaan mikään yksiselitteinen tunniste, jolla pääsisi olioon käsiksi.

Hajautusarvo tulostuu mm. REPLiin, koska on satuttu määrittelemään niin, että se on osa sitä merkintää, jolla Scala-olioita oletusarvoisesti kuvataan merkkijonoina. Tästä oletusarvoisesta esitystavasta voi poiketa, kuten tässä luvussa näet.

Kaikille Scala-olioille on aina automaattisesti määritelty parametriton metodi nimeltä toString, joka tuottaa merkkijonokuvauksen oliosta. Sitä voi kutsua Pos-olioillekin, mutta ilman lisämäärittelyjä se tuottaa vain tutunnäköisen epähavainnollisen merkkijonon:

eka.toStringres18: String = Pos@3245f574

Kuitenkin voimme määritellä, että tietyntyyppisille oliolle kuvaus muodostetaan tietyllä luokkakohtaisella tavalla. Toisin sanoen: korvataan epähavainnollinen oletusversio toString-metodista sellaisella, joka sopii tiettyyn luokkaan. Kun tämä on tehty, tulee korvaava toString-toteutus kutsutuksi tietyissä yhteyksissä automaattisesti, ilman että kutsumista tarvitsee erikseen koodiin kirjoittaa. Esimerkiksi REPL kutsuu aina olion toString-metodia, kun sen tulee näyttää olioarvoisen lausekkeen arvo. Samoin println-funktio osaa kutsua sille annetun olion toString-metodia määrittääkseen, mitkä merkit pitäisi tulostaa.

Alla on hieman muokattu versio Pos-luokasta. Kun luokka on määritelty näin, niin se toimii REPLissä juuri niin kuin yllä toivottiin.

class Pos(val x: Double, val y: Double) {

  override def toString = "(" + this.x + "," + this.y + ")"

  // ...
}

description-metodin nimeksi on vaihdettu toString.

Määrittelyn alkuun on lisätty override-sana merkiksi siitä, että korvataan olioiden oletusarvoinen toString-toteutus.

Tässä käytettiin samaa sanaa override kuin edellisen luvun lopun Teräsmies-esimerkissä, ja kyse on tosiaan samasta asiasta: aiemmassa esimerkissä korvasimme henkilöluokallemme yleisesti määritellyn metodin tietyssä sen ilmentymässä, nyt korvasimme kaikille Scala-olioille yleisesti määritellyn metodin kaikissa tietyn luokan olioissa.

Odds-tehtävä (osa 3/9)

Kehitä Odds-luokkaan toString-metodi:

• toStringin tulee palauttaa täsmälleen samanlainen merkkijono kuin minkä fractional-metodikin palauttaa.
• Älä kuitenkaan poista fractional-metodia. Voit sen sijaan toteuttaa toString-metodin niin, että kutsut siitä fractionalia.

Kokeile ratkaisusi toimivuutta REPLissä. Kun luot Odds-olion, näkyykö o1.Odds@a5e42e-tyyppisen rimpsun sijaan selkeämpi tuloste?

Kun metodisi toimii, tämän pitäisi tulostaa yksinkertaisesti 1/1000000:

println(new Odds(1, 1000000))

Kokeile myös seuraavaa.

val six = new Odds(5, 1)
println("The odds are: " + six)
println("The reverse odds are: " + six.not)

Tuossa yhdistetään merkkijonoihin viittauksia Odds-olioihin. Käytännössä siis rivit kutsuvat toString-metodia, yhdistävät sen palautusarvon toiseen merkkijonoon ja välittävät yhdistelmämerkkijonon println-käskylle.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Pikkutehtävä: rekursio ja toString-metodi

Kysymys 1

Määritellään pieni kokeilufunktio. Voit itsekin määritellä sen vaikka REPLissä.

def kokeilu: Int = 1 + kokeilu

Tämä parametriton funktiomme siis palauttaa luvun, joka muodostetaan laskemalla yhteen ykkönen ja toinen luku, joka saadaan kutsumalla funktiota itseään.

Toisin sanoen palautusarvon saamiseksi pitäisi laskea yksi plus kokeilu-funktion palautusarvo, joka on yksi plus kokeilu-funktion palautusarvo, joka on yksi plus kokeilu-funktion palautusarvo jne. Syntyy loputon rekursio (eli loputon itseensä viittaaminen).

Mitä tästä seuraa käytännössä? Arvaa tai kokeile ja lue tehtävästä saamasi palaute. (Voit kopioida funktion määrittelyn REPLiin ja koettaa kutsua sitä.)

Tuollainen rekursio on kielletty. Koodi tuottaa käännösaikaisen virheilmoituksen. Koodia ei voi ajaa.

Rekursion vuoksi tuo osa laskutoimituksesta jää pois ja saadaan palautusarvo 1 + 0 eli 1.

Rekursion vuoksi saadaan palautusarvona erittäin suurta lukua tai ääretöntä kuvaava lukuarvo.

Rekursion vuoksi kokeilu-funktio kutsuu itseään aina vain uudelleen kunnes kutsupinolle varattu muisti loppuu. Silloin funktio kaatuu ajonaikaiseen virhetilanteeseen.

Ei mikään edellisistä.

Kysymys 2

Aiemmin tässä luvussa toteutimme sijaintien toString-metodin näin:

override def toString = "(" + this.x + "," + this.y + ")"

Saman voi tehdä myös merkkijonoupotuksella:

override def toString = s"(${this.x},${this.y})"

Tämä lyhyempikin toimii, koska this-sanat saa tässä jättää pois (luku 2.2):

override def toString = s"($x,$y)"

Seuraava sen sijaan ei toimi.

override def toString = s"($this.x,$this.y)"

Syy on aiemmista luvuista tuttu: merkkijonoupotuksen dollarimerkki "tarttuu" vain sanaan this, ei koko lausekkeeseen this.x.

Tuo koodi siis tarkoittaa oleellisesti samaa kuin nämä yhtä toimimattomat:

override def toString = s"(${this}.x,${this}.y)"

override def toString = "(" + this.toString + ".x," + this.toString + ".y)"

override def toString = "(" + this + ".x," + this + ".y)"

Kaikissa näissä virheellisissä versioissa on sama rekursiivinen logiikka:

Muodosta this-olion kuvaus sulkumerkistä ja this-olion kuvauksesta, joka muodostetaan sulkumerkistä ja this-olion kuvauksesta, joka muodostetaan sulkumerkistä ja this-olion kuvauksesta ja niin edelleen.

Mitä tästä virheestä seuraa käytännössä? Miten nämä virheelliset versiot käyttäytyvät?

Tuollainen rekursio on kielletty. Koodi tuottaa käännösaikaisen virheilmoituksen. Sitä ei voi ajaa.

Rekursiivinen osa kuvauksesta jää pois ja kuvaukseksi tulee merkkijono "(.x,.y)"

Rekursiivinen osa kuvauksesta korvautuu tavanomaiselle toString-tekstillä. Kuvaukseksi tulee muotoa "(Pos@3245f574.x,Pos@3245f574.y)" oleva merkkijono.

toString-metodi kutsuu itseään aina vain uudelleen kunnes kutsupinolle varattu muisti loppuu. Silloin metodi kaatuu ajonaikaiseen virhetilanteeseen.

Ei mikään edellisistä.

Odds-tehtävä (osa 4/9)

Myös tässä tehtävässä laadittavien metodien testaaminen on kätevämpää nyt, kun toString on kunnossa.

Pohjustus

Tarkastellaan taas kuutosen heittämistä nopalla (5/1) ja klaavan heittämistä kolikolla (1/1).

Todennäköisyys sille, että noppaa ja kolikkoa kerran heittämällä saadaan sekä kuutonen että klaava voidaan kuvata Odds-oliona 11/1. Yleisemmin: jos alkuperäiset todennäköisyydet ovat a₁/a₂ ja b₁/b₂, niin todennäköisyys molempien toteutumiselle saadaan laskemalla (a₁*b₁+a₁*b₂+a₂*b₁)/(a₂*b₂). Esimerkkitapauksessamme alkuperäiset luvut ovat 5/1 ja 1/1, joten saadaan (5*1+5*1+1*1)/(1*1) eli 11/1.

Todennäköisyys sille, että saadaan joko kuutonen tai klaava tai molemmat, voidaan kuvata Odds-oliona 5/7. Vastaava kaava on (a₁*b₁)/(a₁*b₂+a₂*b₁+a₂*b₂). Esimerkkitapauksessamme siis 5/1 ja 1/1 tuottavat tuloksen (5*1)/(5*1+1*1+1*1) eli 5/7.

Tehtävänanto

Kirjoita Odds-luokkaan kaksi vaikutuksetonta metodia, joilla voidaan määrittää todennäköisyydet sille, että kumpikin kahdesta tapahtumasta (both) tai ainakin toinen (either) toteutuu. Metodien tulee toimia tähän tapaan:

val six = new Odds(5, 1)six: o1.Odds = 5/1
val tails = new Odds(1, 1)tails: o1.Odds = 1/1
val sixAndTails = six.both(tails)sixAndTails: o1.Odds = 11/1
six.either(tails)res19: o1.Odds = 5/7

Ohjeita ja vinkkejä

• Huomaa metodien palautusarvojen tyypit. Metodit palauttavat viittauksia Odds-olioihin, eivät esimerkiksi merkkijonoja.
• Tarvittava matematiikka on annettu yllä. Ratkaisussasi sinun täytyy vain:
  • Kirjoittaa nuo annetut kaavat Scalaksi.
  • Luoda uusi Odds-olio, johon laskutulokset on tallennettu, ja palauttaa viittaus siihen.
• Vrt. not-metodi; nyt on vain pidemmät kaavat. Vrt. myös Pos-luokkaan toteuttamamme add-metodit, jotka luovat uusia Pos-olioita.
• Pyydä vinkkiä henkilökunnalta, jos jäät jumiin!

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Tarkoitushan oli hyödyntää sijaintiluokkaa kuvien käsittelyssä

Pos-luokka on tarjolla kurssipakkauksessa o1. Tulemme käyttämään sitä paljon.

val vasenYlakulma = new Pos(0, 0)vasenYlakulma: Pos = (0.0,0.0)

Luokasta löytyvät tässä luvussa esitellyt metodit ja aika monta muutakin.

Lisäksi tutulla Pic-luokalla on monia toistaiseksi epätuttuja metodeita, joita kutsuessa voimme kohdentaa kuvankäsittelytoimintoja Pos-tyyppisillä parametreilla.

Kuvien asemointi kuvaan

val taivas = rectangle(1000, 400, LightBlue)taivas: Pic = rectangle-shape
val otokka = Pic("ladybug.png")otokka: Pic = ladybug.png
val yhdistelma = taivas.place(otokka, new Pos(100, 300))yhdistelma: Pic = combined pic
show(yhdistelma)

place-metodille kerrotaan mihin kohtaan alempaa kuvaa päälle asemoitavan kuvan keskipiste halutaan.

Metodi palauttaa viittauksen kuvien yhdistelmää vastaavaan olioon samaan tapaan kuin aiemmin kohdatut above, leftOf jne.

Voit kokeilla itse myös muilla lukuarvoilla ja kuvilla. Kokeile myös lisätä useita kuvia eri paikkoihin samaa taustaa vasten. Vaikka näin:

val taivas = rectangle(1000, 400, LightBlue)taivas: Pic = rectangle-shape
val otokka = Pic("ladybug.png")otokka: Pic = ladybug.png
val monoliitti = rectangle(100, 300, Black)monoliitti: Pic = rectangle-shape
val otokanSijainti = new Pos(400, 200)otokanSijainti: Pos = (500,200)
val kuva = taivas.place(otokka, otokanSijainti).place(monoliitti, otokanSijainti.addX(150))kuva: Pic = combined pic
show(kuva)

Tämä on lisäesimerkki siitä, että metodikutsuja voi laittaa...

... paitsi sisäkkäin...

... myös ketjuun. Tässä ensimmäisen lisäyksen tuottamaan kuvaan asemoidaan myös toinen kuva.

Asemointitehtäviä

Ota esille Aliohjelmia-moduuli ja sen aliohjelmia.scala. Vaikkei nyt ihan nenäpäivä olisikaan, niin ole hengessä mukana ja kirjoita sinne funktio nenita, jota voi käyttää näin:

val alkuperainen = Pic("defense.png")alkuperainen: Pic = defense.png
val uusittu = nenita(alkuperainen, new Pos(240, 245))uusittu: Pic = combined pic
show(uusittu)

nenita-funktio palauttaa uuden kuvan, jossa ensimmäisen parametrin osoittaman taideteoksen päälle on piiretty punainen ympyrä, jonka halkaisija on viisitoista pikseliä.

Toinen parametri kertoo kohdan, johon tuo punainen "nenä" piirretään.

nenita-funktio ei laita muodostamaansa kuvaa näkyviin, vaan palauttaa sen. Tuon kuvan voi kyllä laittaa näkyviin antamalla sen parametriksi show’lle.

Huomaa testatessasi avata REPLiin juuri Aliohjelmia-moduuli.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Kysymys 1

place-metodin lisäksi on olemassa against-metodi, joka ikään kuin tekee saman toisin päin. Nämä kaksi tuottavat saman lopputuloksen.

tausta.place(pikkukuva, sijainti)

pikkukuva.against(tausta, sijainti)

Voit käyttää kumpaa vain; ei sillä niin väliä. Joskus toinen tavoista on luontevampi kuin toinen.

Varsinkin tuo against vaikuttaa kovasti samantapaiselta kuin luvussa 2.3 jo mainittu onto-metodi, jolla laitoimme kuvan toisen kuvan keskikohdan päälle (esim. tähden lipun keskelle). Ja itse asiassa myös onto-metodille voi antaa toiseksi parametriksi sijainnin.

Vertaile onto-, against, ja place-metodien toimintaa REPLissä ja valitse alta paikkansa pitävät väitteet.

Voit kokeilla esimerkiksi näitä:

val runko = rectangle(30, 250, SaddleBrown)
val lehvisto = circle(200, ForestGreen)
val puu = runko.onto(lehvisto, new Pos(100, 225))

val runko = rectangle(30, 250, SaddleBrown)
val lehvisto = circle(200, ForestGreen)
val puu = runko.against(lehvisto, new Pos(100, 225))

Jos päälle asemoitava kuva ei mahdu kokonaan taemman päälle, onto tuottaa yhdistelmäkuvan, jossa etummainen kuva näkyy kokonaan (ja takimmainenkin niiltä osin kuin ei ole etummaisen takana).

Jos päälle asemoitava kuva ei mahdu kokonaan taemman päälle, against tuottaa yhdistelmäkuvan, jossa etummainen kuva näkyy kokonaan (ja takimmainenkin niiltä osin kuin ei ole etummaisen takana).

Jos päälle asemoitava kuva ei mahdu kokonaan taemman päälle, place tuottaa yhdistelmäkuvan, jossa ylimenevä osa etummaisesta kuvasta ei näy.

Jälleen kerran: jokaisen metodin yksityiskohtia ei tarvitse opetella heti muistamaan ulkoa. Palaa tähän lukuun tai Pic-luokan dokumentaatioon kertaamaan tarpeen mukaan.

Luvun lopussa on esitelty vielä eräitä muita kuvien toimintoja. Niiden tunteminen ei ole jatkon kannalta välttämätöntä, mutta niistä voi olla muuten iloa ja näiden lisätehtävien tekeminen voi parantaa ohjelmointirutiiniasi.

Kuvan rajaaminen

crop-metodi

Rajausmetodia crop voi käyttää esimerkiksi näin:

val kuva = Pic("valkoparta.png")kuva: Pic = valkoparta.png
show(kuva)show(kuva.crop(new Pos(40, 160), 125, 200))

Ensimmäinen parametri on kuvasta valitun rajauksen vasen yläkulma.

Toinen ja kolmas parametri kertovat rajauksen leveyden ja korkeuden pikseleinä.

Tehtävä: cropataan vasemmalta ja oikealta

Laadi vaikutuksettomat funktiot vasemmalta ja oikealta, joilla voi poimia kuvasta vasemman tai oikean laidan. Ensimmäiseksi parametriksi annetaan alkuperäinen kuva. Toiseksi parametriksi annetaan Double, joka kertoo rajauksen koon suhteessa alkuperäisen kuvan leveyteen. Esimerkiksi vasemmalta(puu, 33.3) palauttaa kuvan, jossa on 33,3 % puun vasemmasta reunasta lukien, ja oikealta(puu, 50) palauttaa puun kuvan oikean puoliskon.

Voit olettaa, että annettu luku on välillä 0–100. Muista, että kuvilla on ominaisuudet width ja height ja että koordinaatit alkavat nollasta. Viidenkymmenen pikselin levyisen kuvan x-koordinaatit ovat siis välillä 0–49.

Kirjoita aliohjelmia.scalaan samannimisessä moduulissa.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Ratkaise kuva-arvoitus

MAD-lehden keskiaukeamalla julkaistiin vuoteen 2010 saakka kantaaottavia visuaalisia vitsejä, joiden jekku paljastui taittamalla keskiosa piiloon vasemman ja oikean reunan alle.

Laadi vaikutukseton funktio, jolla voi virtuaalisesti taitella kuvan samaan tapaan. Funktion tulee ottaa parametreiksi kuva ja prosenttiosuus, joka jätetään näkyviin sekä vasemmalta että oikealta. Käyttöesimerkki:

val taittelematon = Pic("https://i.imgur.com/Rj6fcr6.png")taittelematon: Pic = https://i.imgur.com/Rj6fcr6.png
show(taittelematon)val taiteltu = taittele(taittelematon, 26.2)taiteltu: Pic = combined pic
show(taiteltu)

Käytä edellisen tehtävän vasemmalta- ja oikealta-funktioita. Asemoi palat vierekkäin luvun 2.3 konstein.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Kätevämpää kuvien asemointia

Kuvien ankkurit

Palataan leppäkerttuesimerkkiin:

val taivas = rectangle(1000, 400, LightBlue)taivas: Pic = rectangle-shape
val otokka = Pic("ladybug.png")otokka: Pic = ladybug.png
val yhdistelma = taivas.place(otokka, new Pos(100, 300))yhdistelma: Pic = combined pic

Näin syntyvässä yhdistelmässä koordinaatteihin (100,300) tulee asemoiduksi nimenomaan ötökkäkuvan keskikohta. Jos olisimme käyttäneet koordinaatteja (0,0), taustan vasempaan yläkulmaan tulisi näkyviin ötökän oikea alaneljännes. (Kokeile!) Voit ajatella, että ötökän keskellä on nasta, josta ötökkä kiinnitetään. Tosin kutsumme tuota kiinnityskohtaa nastan sijaan ankkuriksi:

otokka.anchorres20: Anchor = Center

Kaikilla Pic-olioilla on kiinnityskohta, minkä voi todeta anchor-muuttujan arvon katsomalla.

Ellei toisin määritellä, ankkuri on kuvan äärikoordinaattien puolivälistä löytyvä keskikohta, joka on tässä kuvailtu sanalla Center.

Ankkureita varten on o1-pakkauksessa oma tietotyyppinsä Anchor.

Varsin moneen tarkoitukseen sopii hyvin ankkuroida kuva keskeltä. Kuitenkin vaihtoehdoillekin on usein käyttöä, ja niitä kyllä löytyy. Tutkitaan:

show(taivas.place(otokka, Center, new Pos(0, 0)))

Keskimmäinen parametri on tyyppiä Anchor ja kertoo, että juuri ötökän keskikohta tulee sijoittaa kohtaan (0,0). Huomaa, että kyseessä ei ole merkkijono eikä tämä arvo siis ole lainausmerkeissä.

Tuo käsky siis vielä toimi ihan tutusti ja ankkuroi kuvan keskikohdastaan, mutta samalla se paljasti, että voimme vaihtaa kiinnityskohtaa. Kokeile näitä:

show(taivas.place(otokka, TopLeft, new Pos(0, 0)))show(taivas.place(otokka, CenterLeft, new Pos(0, 0)))

Entä miksei seuraava place-käsky "tee mitään"?

show(taivas.place(otokka, TopRight, new Pos(0, 0)))

Ankkuriparametreiksi sopivat TopLeft, TopCenter, TopRight, CenterLeft, Center, CenterRight, BottomLeft, BottomCenter ja BottomRight.

Ankkuri vasten ankkuria

Edellä käytimme absoluuttisia koordinaatteja kuten (0,0) kirjataksemme mihin kohtaan taustakuvaa ylemmän kuvan ankkuri kiinnitetään. Samaan tapaan alla on käytetty sijaintia (100,225).

val runko    = rectangle(30, 250, SaddleBrown)
val lehvisto = circle(200, ForestGreen)
val puu      = runko.onto(lehvisto, new Pos(100, 225))

Nuo luvut eivät toimi sattumalta. Ne on pitänyt laskea sillä perusteella, että:

100 on puolivälissä lehvistöä.

225 on 125 pistettä (eli puolet rungon mitasta) alempana kuin lehvistön puoliväli.

Erikseen ohjelman ulkopuolella laskeskelemalla on näin saatu aikaan, että rungon yläreunan keskusta on juuri lehvistön keskipisteen kohdalla. Hieman vaivalloista, ja mikä tärkeämpää, jos muutamme lehvistön tai rungon kokoa, meidän pitää muistaa ja viitsiä laskea myös nuo luvut uudestaan. Ikävää on sekin, että koodin lukija joutuu miettimään, mistä nuo luvut nyt tulivatkaan.

Kätevämpi ja kauniimpi koodi:

val runko    = rectangle(30, 250, SaddleBrown)
val lehvisto = circle(200, ForestGreen)
val puu      = runko.onto(lehvisto, TopCenter, Center)

Pic-luokan metodit sallivat meidän määritellä ankkurilla paitsi päälle kiinnitettävän kuvan kohdan (rungon yläreunan keskikohta) myös taemman kuvan kohdan, johon se kiinnitetään (lehvistön keskipiste).

Tässä vielä koottu esimerkki, jossa muodostetaan opittuja käskyjä käyttäen maisema, jossa on taivas, maa, puu ja ötökkä. Voit tutustua esimerkin koodiin, ennustaa millainen kuvasta tulee ja katsoa ennustitko oikein.

val taivas = rectangle(1000, 400, LightBlue)
val maa    = rectangle(1000, 50,  SandyBrown)

val otokka = Pic("ladybug.png")

val runko    = rectangle(30, 250, SaddleBrown)
val lehvisto = circle(200, ForestGreen)
val puu      = runko.onto(lehvisto, TopCenter, Center)
val maaJaPuu = puu.onto(maa, BottomCenter, new Pos(500, 30))

val maisema  = taivas.place(maaJaPuu, BottomLeft, BottomLeft)
                     .place(otokka, new Pos(100, 300))

Ankkurointitehtävä

Laadi vaikutukseton funktio tsekinLippu, joka:

• ottaa ainoaksi parametrikseen lipun leveyden Doublena, ja
• palauttaa tuonlevyisen kuvan Tšekin lipusta, jonka:
  • korkeus on kaksi kolmasosaa leveydestä,
  • vasemmassa laidassa on tasakylkinen kolmio, jonka kärki ylettää lipun keskipisteeseen,
  • värit ovat MidnightBlue, White ja Crimson.

Tasakylkisen kolmion saa käskyllä triangle(leveys, korkeus, väri). Näin luodun kolmion kyljet ovat sivuilla ja pohja alhaalla.

Tehtävän voi periaatteessa ratkaista ilmankin, mutta se on hyvä tilaisuus harjoitella ankkurien käyttöä. Harjoittele ankkurien käyttöä.

Keksitkö useita tapoja asemoida kolmion?

Kirjoita tämäkin funktio Aliohjelmia-moduuliin, aliohjelmia.scalaan.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

Yhteenvetoa

• Määrittelemällä luokkaan metodeita voimme luoda säännöstön, jonka säätelee, miten tietynlaisia arvoja — tuon luokan ilmentymiä — voi yhdistellä ja miten tällöin syntyy uusia ilmentymiä.
  • Esimerkkejä tällaisesta kurssillamme ovat luokat Pos, Odds ja Pic.
  • Vertaa: matemaattinen säännöstö, joka määrää, miten lukuja eri operaatioin yhdistelemällä syntyy uusia lukuja.
• Ohjelmoija voi käyttää pseudokoodia eli ohjelmakoodia muistuttavaa tekstiä työvälineenä esimerkiksi ratkaisuja hahmotellessaan.
• Scala-luokkaan voi laatia toString-nimisen metodin, joka palauttaa kuvauksen oliosta. Tämä voi kätevöittää muun muassa kyseisentyyppisten olioiden testausta.
• Pakkauksen o1 tarjoama Pos-luokka kuvaa koordinaattipareja. Yhdessä Pic-luokan kanssa käytettynä se mahdollistaa monia kuvankäsittelytoimintoja.
• Lukuun liittyviä termejä sanastosivulla: luokka, ilmentymä, viittaus; pseudokoodi; toString, korvata; ankkuri.

Palaute

Huomaathan, että tämä on henkilökohtainen osio! Vaikka olisit tehnyt lukuun liittyvät tehtävät parin kanssa, täytä palautelomake itse.

Ajankäyttö: (*) Pakollinen

Kirjoita alle, kuinka monta minuuttia olet käyttänyt kokonaisuudessaan oppimateriaalin tähän lukuun (materiaalin lukeminen, tehtävien tekeminen jne.). Viidentoista minuutin tai puolen tunnin tarkkuus riittää hyvin.

"Minusta tuntuu, että olen tajunnut oleellisimmat asiat tästä luvusta." (*) Pakollinen

täysin samaa mieltä

jokseenkin samaa mieltä

jokseenkin eri mieltä

täysin eri mieltä

en osaa sanoa / en kommentoi

Sanallinen kommentti tai kysymys:

Sanallinen palaute ei ole pakollista. Kysy silti mieluusti jotain, anna palautetta tai pohdiskele! (Oikea paikka kiireellisille keskeneräisen tehtävän ratkaisemiseen liittyville pyynnöille on kuitenkin Piazza tai harjoitusryhmä, sillä emme välttämättä ehdi reagoida näihin palautteisiin kierroksen ollessa auki.)

Tekijät

Tämän oppimateriaalin kehitystyössä on käytetty apuna tuhansilta opiskelijoilta kerättyä palautetta. Kiitos!

Materiaalin luvut tehtävineen ja viikkokoosteineen on laatinut Juha Sorva.

Liitesivut (sanasto, Scala-kooste, usein kysytyt kysymykset jne.) on kirjoittanut Juha Sorva sikäli kuin sivulla ei ole toisin mainittu.

Tehtävien automaattisen arvioinnin ovat toteuttaneet: (aakkosjärjestyksessä) Riku Autio, Nikolas Drosdek, Joonatan Honkamaa, Jaakko Kantojärvi, Niklas Kröger, Teemu Lehtinen, Strasdosky Otewa, Timi Seppälä, Teemu Sirkiä ja Aleksi Vartiainen.

Lukujen alkuja koristavat kuvat ja muut vastaavat kuvituskuvat on piirtänyt Christina Lassheikki.

Yksityiskohtaiset animaatiot Scala-ohjelmien suorituksen vaiheista suunnittelivat Juha Sorva ja Teemu Sirkiä. Teemu Sirkiä ja Riku Autio toteuttivat ne apunaan Teemun aiemmin rakentamat työkalut Jsvee- ja Kelmu.

Muut diagrammit ja materiaaliin upotetut vuorovaikutteiset esitykset laati Juha Sorva.

O1Library-ohjelmakirjaston ovat kehittäneet Aleksi Lukkarinen ja Juha Sorva. Useat sen keskeisistä osista tukeutuvat Aleksin SMCL-kirjastoon.

Tapa, jolla käytämme O1Libraryn työkaluja (kuten Pic) yksinkertaiseen graafiseen ohjelmointiin, on saanut vaikutteita tekijöiden Flatt, Felleisen, Findler ja Krishnamurthi oppikirjasta How to Design Programs sekä Stephen Blochin oppikirjasta Picturing Programs.

Oppimisalusta A+ luotiin alun perin Aallon LeTech-tutkimusryhmässä pitkälti opiskelijavoimin. Nykyään tätä avoimen lähdekoodin projektia kehittää Tietotekniikan laitoksen opetusteknologiatiimi ja tarjoaa palveluna laitoksen IT-tuki. Pääkehittäjänä on tällä hetkellä Markku Riekkinen, jonka lisäksi A+:aa ovat kehittäneet kymmenet Aallon opiskelijat ja muut.

A+ Courses -lisäosa, joka tukee A+:aa ja O1-kurssia IntelliJ-ohjelmointiympäristössä, on toinen avoin projekti. Sen ovat luoneet Nikolai Denissov, Olli Kiljunen ja Nikolas Drosdek yhteistyössä Juha Sorvan, Otto Seppälän, Arto Hellaksen ja muiden kanssa.

Kurssin tämänhetkinen henkilökunta löytyy luvusta 1.1.

Lisäkiitokset tähän lukuun

MAD-lehden taittokuvavitsit loi Al Jaffee.

Nenittämämme maalauksen maalasi Akseli Gallén-Kallela.

Palautusta lähetetään...

×

Identtinen palautus

Tämä palautus on identtinen aikaisemman palautuksen kanssa. Oletko varma, että haluat lähettää palautuksen?

Peruuta Lähetä