Luku 8.3: Robottisimulaattori

Tästä sivusta:

Pääkysymyksiä: Miten yhdistän oppimiani asioita suuremmassa ohjelmakokonaisuudessa?

Mitä käsitellään? Esimerkkiohjelmaa. Ei varsinaisesti uusia asioita, mutta toistaiseksi monimutkaisin kurssilla käsitellyistä ohjelmakokonaisuuksista.

Mitä tehdään? Ohjelmoidaan.

Suuntaa antava työläysarvio:? Pari tuntia?

Pistearvo: B50.

Oheismoduulit: Robots (uusi).

Johdanto

Virtuaalirobotit asuvat robottimaailmaksi kutsutussa ruudukossa. Ne toimivat kukin vuorollaan, lähinnä etenevät ja kääntyvät.

Tämän kierroksen pihvi tai seitan on ohjelmointiharjoitus, jossa rakennat robottisimulaattorin. Simulaattorin "robottimaailma" on ruudukko, jossa kooltaan ja älyltään vähäiset "robotit" elävät virtuaalista elämäänsä.

Ohjelmointitehtävä jakautuu yhdeksään vaiheeseen, joista kaksi ensimmäistä ovat tässä luvussa ja loput luvuissa 8.4 ja 9.1.

Otetaan ennen varsinaisia työvaiheita yleiskatsaus Robots-ohjelmaan.

Robots-moduuli

Robots-moduuli jakautuu kahteen pakkaukseen. Pakkauksen o1.robots sisältö mallintaa simulaattorin sisäistä toimintaa, ja o1.robots.gui tarjoaa graafisen käyttöliittymän. Käyttöliittymä on annettu valmiina, eikä sitä käsitellä tässä sen tarkemmin.

Robottisimulaattorin tukena käytämme samaa Grid-tyyppiä, jota käytit lukujen 8.1 ja 8.2 ohjelmissa.

Alla on ensin taulukossa tiiviit kuvaukset simulaattorin tärkeimmistä osista erikseen ja sitten kaavio, joka korostaa osien välisiä suhteita.

Pakkaus	Komponentti	Kuvaus	Tila
o1	luokka GridPos	Kuvaa koordinaattipareja. (Tuttu mm. luvusta 6.3.)	valmis
o1	piirreluokka Grid	Kuvaa ruudukkoja yleiskäsitteenä. (Tuttu luvuista 8.1 ja 8.2)	valmis
o1	luetelmatyyppi CompassDir	Kuvaa pääilmansuuntia. Tästä luokasta on täsmälleen neljä ilmentymää, jotka edustavat pohjoista, itää, etelää ja länttä. (Tuttu luvusta 6.3.)	valmis
o1.robots	luokka RobotBody	Kuvaa robotin fyysistä olemusta. Kullakin RobotBody-oliolla on mm. sijainti ja katsomissuunta. Robotti voi olla rikki tai ehjä.	annettu puutteellisena
o1.robots	piirreluokka RobotBrain	Kuvaa robotin “tekoälyä” yleiskäsitteenä.	annettu puutteellisena
o1.robots	luokat Spinbot, Nosebot, Staggerbot, Lovebot ja Psychobot	RobotBrain-luokan alatyyppejä. Kukin näistä kuvaa erilaista robotin käyttäytymismallia.	Spinbot puutteellinen ja muista vain tynkä
o1.robots	piirreluokka Square	Kuvaa yksittäistä robottimaailman ruutua yleiskäsitteenä.	valmis
o1.robots	luokka Floor	Squaren alatyyppi. Kuvaa lattiaruutuja, joilla robotit liikkuvat.	annettu puutteellisena
o1.robots	yksittäisolio Wall	Squaren alatyyppi. Kuvaa seinää. (Yksittäisolio riittää, koska kaikki seinäruudut ovat identtisiä.)	annettu puutteellisena
o1.robots	luokka RobotWorld	Gridin alatyyppi. Kuvaa robottien asuttamia Square-olioista koostuvia ruudukkoja. RobotWorld-olio myös pitää kirjaa siitä, minkä robotin vuoro toimia on seuraavaksi.	annettu puutteellisena

Vaihe 0/9: Pohjustavia pikkukysymyksiä

Ennen kuin etenet

Muodosta ensin kokonaiskuva lukemalla yllä oleva kuvaus ja ohjelman osien Scaladoc-dokumentteja sekä silmäilemällä ohjelmakoodia.

Kysymys 1

Oletetaan, että Robots-ohjelma on täydennetty valmiiksi ja toimii annetun spesifikaation mukaisesti. Oletetaan lisäksi, että olemme luoneet yhden robottimaailman ja laittaneet testWorld-nimisen muuttujan viittaamaan siihen. Olemme myös luoneet kaksi robottia ja sijoittaneet ne robottimaailmaan. Kumpikaan roboteista ei ole vielä saanut toimintavuoroa. Tässä tilanteessa suoritamme kokeeksi nämä koodirivit:

testWorld.advanceTurn()
testWorld.advanceFullRound()
testWorld.advanceTurn()
testWorld.addRobot(GridPos(1, 1), North) // oletetaan, että kyseinen ruutu on tyhjä
testWorld.advanceTurn()
testWorld.advanceFullRound()
testWorld.advanceTurn()

Monennenko roboteista vuoro on toimia seuraavaksi?

ensimmäisenä lisätyn

toisena lisätyn

kolmantena lisätyn

ei enää minkään

Kysymys 2

Valitse seuraavien joukosta paikkansa pitävät väitteet.

Selvennys: Kun alla lukee "olio tietää", se tarkoittaa: "olio on varastoinut omiin ilmentymämuuttujiinsa tai voi muuten aina määrittää yksinkertaisella metodikutsulla tai laskutoimituksella". Tässä ei ole mitään kompia. Tarkoitus on vain kannustaa dokumentaation äärelle ja parantaa ymmärrystäsi annetusta ohjelmasta.

Kukin RobotWorld-olio "tietää", mitä ruutuja sen edustamassa robottimaailmassa on.

Kukin RobotBody-olio "tietää" omat koordinaattinsa robottimaailmassa.

Kukin RobotBody-olio "tietää" ruudun, jossa se on.

Kukin ruutuolio "tietää" robottimaailman, jossa se on.

Kukin ruutuolio "tietää" koordinaattinsa robottimaailmassa.

Kukin ruutuolio "tietää", mikä robotti siinä on sisällä, jos mikään.

Vaihe 1/9: RobotWorldin peruskorjausta

Valmista koodia on annettu varsin reippaasti, mutta ohjelma ei ole ajokunnossa. IntelliJ syöksee virheilmoituksia.

RobotWorld-luokkaa ei ole määritelty kunnolla. Täydennä tuota luokkaa:

1. Virheilmoitukset johtuvat siitä, että RobotWorldillä ei ole tarvittavia width- ja height-muuttujia. Sen pitäisi saada ne Grid-piirreluokasta. Kirjoita extends-rimpsu, jolla RobotWorld määritellään Gridin alatyypiksi.

   • Inspiraatiota voi hakea Viinaharava-pelin GameBoard-luokan toteutuksesta.

   • Lue dokumentaatio huolellisesti ja varmista, että annat oikeat kokonaisluvut yliluokalle konstruktoriparametreiksi.

   • Voit tämän tehtyäsi koeajaa ohjelman; käynnistysolio on o1.robots.gui.RobotApp. Näkyviin tulee pelkkää tummaa seinää sisältävä robottimaailma.

   • Muista myös Gridin vaatima tyyppiparametri. (Jos saat virheilmoituksia, joissa esiintyy sana ruutujen tyyppinä Nothing, olet luultavasti unohtanut tämän.)

2. Korjaa RobotWorld-luokan metodi initialSquare, joka nyt seinittää koko maailman. Metodi on yksityinen, eikä sen kuvaus näy scaladoceissa, mutta haluttu toiminta on kuvattu koodin kommentissa: metodin tulisi määrätä seinät vain maailman reunoille ja muualle lattiaa.

   • Sinun on siis koordinaattien perusteella valittava kussakin kohdassa, luodaanko Floor-olio vai käytetäänkö viittausta Wall-yksittäisolioon.

   • Huomaa, että Floor on luokka, ei yksittäisolio. Se on parametriton, joten siitä uuden ilmentymän saadaksesi kirjoita Floor() tyhjillä sulkeilla.

3. Aja ohjelma. Tyhjän robottimaailman luomisen pitäisi nyt onnistua, mutta uusia seiniä ja robotteja ei vielä pysty luomaan hiirenklikkauksin.

Vaihe 2/9: Sisältöä robottimaailmaan

1. Täydennä RobotWorld-luokan metodi addWall.

   • Vinkki: käytä Gridin update-metodia.

2. Aja ohjelma ja kokeile seinien lisäämistä klikkaamalla ruutuja hiiren oikealla korvalla.

3. Täydennä saman luokan metodi addRobot.

   • Tämän metodin on huolehdittava useasta toisiinsa liittyvästä osatehtävästä. Varmista, ettet ole unohtanut toteuttaa mitään metodin Scaladoc-kuvauksessa mainittua asiaa.

   • Paljasta halutessasi lisävinkit alta.

4. Kokeile Spinbot-robottien lisäämistä. Niiden pitäisi ilmestyä näkyviin, mutta niitä ei vielä voi liikuttaa. Rikkoa ja korjata voi.

Vinkki: addRobot-metodin osatehtävät

Näytä vinkkiPiilota vinkki

Metodin tulee: 1) luoda robotti; 2) lisätä robotti vuoroluettelon perään; 3) lisätä robotti kyseiseen maailman ruutuun; ja 4) palauttaa viittaus lisättyyn robottiin.

Työvälineitä kuhunkin vaiheeseen: 1) Luo uusi RobotBody-olio. 2) Päivitä this.robots-luetteloa. 3) Poimi tietty ruutu maailmasta ja kutsu sen addRobot-metodia. 4) Palauta viittaus luomaasi RobotBody-olioon.

Vinkki: tietyn ruudun poimiminen addRobotia varten

Näytä vinkkiPiilota vinkki

Maailma on ruudukko (Grid).

Ruudukon osaan pääsee käsiksi elementAt-metodilla.

Poimi näin tietty ruutu ja kutsu tuon ruudun robotinlisäysmetodia.

Palauta ratkaisusi vaiheisiin 1 ja 2. Tehtävä jatkuu seuraavissa luvuissa.

A+ esittää tässä kohdassa tehtävän palautuslomakkeen.

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.

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 harjoitusryhmä tai Piazza, 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, Antti Immonen, Jaakko Kantojärvi, Niklas Kröger, Kalle Laitinen, Teemu Lehtinen, Jaakko Nakaza, Strasdosky Otewa, Timi Seppälä, Teemu Sirkiä, Anna Valldeoriola Cardó 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 nyt 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 suunnitteluun ja toteutukseen on osallistunut useita opiskelijoita yhteistyössä O1-kurssin opettajien kanssa.

Kurssin tämänhetkinen henkilökunta löytyy luvusta 1.1.

Joidenkin lukujen lopuissa on lukukohtaisia lisäyksiä tähän tekijäluetteloon.

Palautusta lähetetään...

×

Identtinen palautus

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

Peruuta Lähetä