Типы данных в программировании

1. Объектно-Ориентированное Программирование

А.М. Задорожный
2016

2. Содержание

1. Сложности программирования с точки зрения типов
(Встроенные типы и реальные задачи)
2.
3.
4.
5.
6.
ООП как развитие Типов
Программирование Гистограммы
Недостатки реализации Гистограммы
Гистограмма в ООП
Сравнение ООП и функционального подхода
2

3. Типы данных в программировании

Слайд 3
Типы данных в программировании
Языки с типизацией данных признанное средство
программирования
Смысл операции ‘+’ зависит от типа данных
“12” + “34” = “1234”
12 + 34 = 46
Компилятор типизированного языка предупреждает многие
ошибки.

4. Типы данных в программировании

Слайд 4
Типы данных в программировании
Некоторые задачи решаются на компьютере легко, а некоторые
сложно.
Решить квадратное уравнение, систему 1000 линейных уравнений,
многие дифференциальные уравнения – легко!
Составить меню на завтра – сложно!
Почему?

5. Типы данных в программировании

Слайд 5
Типы данных в программировании
Сложно решить и некоторые простые математические задачи!
Решить квадратное уравнение в радикалах (не численно, а в виде
формул)
Почему?

6. Типы данных в программировании

Слайд 6
Типы данных в программировании
Одна из причин – недостаточность встроенных типов данных. Есть
строки, есть целые числа и числа с плавающей точкой. Есть
логические величины.
Но нет “Алгебраическое выражение”. Если бы такой тип был
встроен в компьютер, то легко бы решалась и квадратное
уравнение в общем виде!
Но сколько надо типов?

7. ООП – создание типов программистом

Слайд 7
ООП – создание типов программистом
ООП позволяет программисту создавать необходимые типы
данных.
Общий подход в ООП:
1. Создать (разработать) необходимые типы для решения задачи
2. Применять типы для конкретных задач.

8. ООП и функциональный подход

Слайд 8
ООП и функциональный подход
ООП
Класс
Функциональное
программирование
Тип данных
Объект
Переменная
Метод
Функция
Свойство
-

9. Расшифровка понятий ООП

Слайд 9
Расшифровка понятий ООП
Класс – класс объектов
Объект – экземпляр класса
Метод – метод воздействия на объект (взаимодействия с
объектом)

10. Упражнения

1. Что такое “переменная” в программировании?
2. Какими атрибутами она характеризуется?
3. Какие изменение переменной возможны в языках
программирования?
4. Как выполнить обмен значениями двух переменных? (a и b)
5. Приведите пример классов объектов из повседневной жизни
6. Что является экземпляром приведенного класса?
10

11. Гистограмма

Слайд 11
Гистограмма
Гистограмма – частотное представление данных (диаграмма).
Гистограмма – программное средство, позволяющее обрабатывать
входные данные и подсчитывать появления событий каждого из
заданных типов.

12. Гистограмма

Слайд 12
Гистограмма
В программировании Гистограмма – это программное средство для
регистрации событий.
Пример. Пусть событием будет считаться проезд по дороге
автомобиля с определенной массой.
Заведем табличку: 0.5-1т
1-1.5т
1.5-2т
2-2.5т …
Будем наблюдать за дорогой и, когда проедет автомобиль, будем
ставить птичку в соответствующую колонку.
Мы строим Гистограмму!

13. Гистограмма

Слайд 13
Гистограмма
Гистограммы широко применяются в обработке и анализе
экспериментальных данных и данных наблюдений.
В ОИЯИ, в метеорологии, в статистических отчетах и пр.
Имеется соответствующее средство в Excel.

14. Гистограмма (конкретизация)

Слайд 14
Гистограмма (конкретизация)
Задача. Имеется входной поток данных, представляющий собой числа в
диапазоне от А до B.
Событием типа i считается попадание числа в интервал от А + i*(B-A)/N
до А + (i + 1)*(B-A)/N.
Определить, сколько событий каждого типа было представлено во
входном потоке.
d = (B-A)/N будем называть шагом гистограммы.
Вопрос. В каком диапазоне будет меняться i? Сколько всего видов
событий определено в данной задаче?

15. Упражнения

1. Что такое A и B в примере с машинами на дороге?
2. Чему равен шаг гистограммы в примере с машинами?
15

16. Гистограмма (проектирование)

Слайд 16
Гистограмма (проектирование)
Вспомогательные данные:
Очевидно, для хранения гистограммы нужен массив длины N.
Назовем его hist.
Хорошо бы иметь метод, который будет подсчитывать события по
мере поступления данных.
Вопрос. Какова сигнатура метода?
Сигнатура – список параметров.

17. Гистограмма (реализация)

Слайд 17
Гистограмма (реализация)
static void Hist(double x, int [] h, double A, double B)
{
int i = (int) ((x-A)/((B-A)/h.Length));
if(i >= 0 && i < h.Length)
h[i]++;
}
- Что за формула?
- Зачем if?

18. Упражнения

static void Hist(double x, int [] h, double A, double B)
1. Что в примере с машинами на дороге означает x?
2. Что в примере с машинами означают A и B?
18

19. Гистограмма (утилита)

Слайд 19
Гистограмма (утилита)
static void WriteHist(int [] h)
{
Console.Write(h[0]);
for(int i = 1; i < h.Length; i++)
Console.Write(“, {0}”, h[i]);
Console.WriteLine();
}
Что это?
Зачем первый Console.Write(h[0]);?

20. Гистограмма (использование)

Слайд 20
Гистограмма (использование)
{
Random r = new Random();
int [] hist = new int [10];
for(int i = 0; i < 1000; i++)
Hist(10*r.NextDouble(), hist, 0, 10);
WriteHist(hist);
}
Сколько чисел мы увидим на консоли?

21. Гистограмма (применение)

Слайд 21
Гистограмма (применение)
Можно ли вычислить среднее значение входных данных по гистограмме?
Какие данные нужны кроме массива hist?
Какова сигнатура метода для вычисления среднего?
Можно ли выяснить, какое событие было самым частым?
Можно ли вычислить разницу между количеством самых частых событий и самых редких?
Какие для этого нужны данные?
Какие можно рассматривать величины (вместо количества самых частых событий, количества самых редких, разницы между
количеством самых частых и самых редких) что бы они не зависели от общего количества событий?

22. Гистограмма (применение)

Слайд 22
Гистограмма (применение)
static double MeanValue (double A, double B, int[]h)
{
double sum = 0, d = (B-A)/h.Length;
int N = 0;
for(int i=0; i<h.Length; i++)
{
N += h[i];
sum += h[i]*((i+0.5)*d+A);
}
if(N>0)
return sum/N;
else
return 0;
}
Зачем 0.5 в sum += h[i]*((i+0.5)*d+A)?

23. Гистограмма (недостатки)

Слайд 23
Гистограмма (недостатки)
1.
Гистограмма в программе была представлена:
1.
массивом,
2.
двумя числами (границами диапазона)
3.
отдельным методом для вычисления события и его учета в массиве.
static void Hist(double x, int [] h, double A, double B)
Собственно недостатки:
1.
Если гистограмму нужно передать в другой метод (MeanValue), то нужно передавать все эти три
параметра.
2.
Если гистограмм много, то программист должен следить, за тем, какая пара значений связана с
каким из массивов.
3.
Программист может изменить значения переменных или содержание массива. В этом случае
гистограмма потеряет смысл.

24. Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Слайд 24
Объектно-ориентированное
программирование (ООП)
ООП – программирование, которое опирается на классы и объекты.
Класс – описание типа объектов, т.е. их свойств, множества значений и
действий, который можно выполнять над объектами данного типа.
Объект (экземпляр класса) – конкретный представитель класса.
Класс – фактически тип данных, объект – переменная.
Попробуем применить ООП для решения проблем гистограммы!

25. ООП. Объявление класса в C#

Слайд 25
ООП. Объявление класса в C#
public class Histogram
{
// Левая и правая граница
public double LeftEdge;
public double RightEdge;
public int [] Data; // Массив
}
Для использования класса нужно создать объект и работать с ним. Например, в Main:
Histogram h = new Histogram ();
h.LeftEdge = 0; h.RightEdge = 10; h.Data = new int [10];
Теперь вместо 3-х параметров в методы Hist и MeanValue можно передавать ТОЛЬКО ОДИН.

26. ООП. Конструкторы в C#

Слайд 26
ООП. Конструкторы в C#
Конструктор – специальный метод, который позволяет создавать объекты данного типа.
public class Histogram {
// Левая и правая граница
public double LeftEdge;
public double RightEdge;
public int [] Data;
// Массив
public Histogram(double leftEdge, double rightEdge, int N)
{
LeftEdge = leftEdge;
RightEdge = rightEdge;
Data = new int[N];
}
}
Теперь можно в Main:
Histogram h = new Histogram (0, 10, 10); // Без дополнительных присваиваний

27. ООП. Конструкторы в C#

Слайд 27
ООП. Конструкторы в C#
Конструктор – специальный метод, который позволяет создавать объекты данного
типа.
public class Histogram {
…
public Histogram(double leftEdge, double rightEdge, int N)
{
…
}
}
• Конструктор имеет то же имя, что и класс .
• При объявлении конструктора нельзя указать тип возвращаемого значения.

28. ООП. Добавляем методы в C#

Слайд 28
ООП. Добавляем методы в C#
public class Histogram {
…
public Histogram(double leftEdge, double rightEdge, int N)
{
…
}
//Метод автоматически получает доступ к данным объекта!
public void Hist(double x)
{
int i = (int) ((x-LeftEdge)/((RightEdge-LeftEdge)/Data.Length));
if(i >= 0 && i < Data.Length)
Data[i]++;
}
}
Теперь можно в Main:
Histogram h = new Histogram (0, 10, 12);
h.Hist(x);

29. ООП. Добавляем методы в C#

Слайд 29
ООП. Добавляем методы в C#
public class Histogram {
…
public Histogram(double leftEdge, double rightEdge, int N){ … }
public void Hist(double x){
…}
public double MeanValue () {
double sum = 0, d = (RightEdge -LeftEdge)/Data.Length;
int N = 0;
for(int I = 0; I < Data.Length; i++)
{
N += Data [i];
sum += Data [i]*((i+0.5)*d + LeftEdge);
}
}
}
Теперь можно в Main:
Double a = h.MeanValue();
if(N>0)
return sum/N;
else
return 0;

30. ООП. Общие замечания

Слайд 30
ООП. Общие замечания
1. Класс Histogram позволил нам объединить в одном понятии данные
гистограммы (int [] Data, double LeftEdge, RightEdge ) и методы (Hist,
MeanValue).
2. При создании каждого объекта класса Histogram все данные создаются
автоматически.
3. При вызове метода Hist количество параметров уменьшилось,
программист не сможет внести путаницы, ошибочно указывая с каким
массивом и какими границами нужно выполнить действия.
4. При вызове метода MeanValue вообще не нужны параметры!
5. При построении большого (3-20) количества гистограмм это существенные
преимущества!

31. Контрольные вопросы

1. Что такое ООП?
2. Чему соответствуют понятия Класс и Объект в функциональном
программировании?
3. Что такое Конструктор? В чем его особенности в C#?
4. Как создать объект в C#?
5. Как вызвать метод для конкретного объекта в C#?
31