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E-Book

Java-Intensivkurs

In 14 Tagen lernen Projekte erfolgreich zu realisieren

Autor	Marco Block
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2009
Seitenanzahl	291 Seiten
ISBN	9783642039553
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	39,99 EUR

Das Buch bietet eine kompakte Einführung in die Softwareentwicklung mit Java. Dabei liegt der Fokus eher auf Konzepten und Methoden als auf Sprachelementen. Die Konzepte werden anhand der beispielhaften Realisierung von Projekten vermittelt. Dabei setzt der Autor auf kreative Projektbeispiele, die verschiedene Gebiete der Informatik streifen wie z. B. Künstliche Intelligenz, Bildverarbeitung oder Spieleentwicklung. Die 2. Auflage wurde komplett aktualisiert. Beispiele, Aufgabenlösungen und zusätzliches Material werden auf einer Webseite angeboten.

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Leseprobe

2 Tag 2: Grundlegende Prinzipien der Programmentwicklung (S. 24-25)

In diesem Kapitel werden wir sehen, dass die Erstellung von Programmen viel mit alltäglichen Abläufen zu tun hat. Kochrezepte lassen sich beispielsweise als Programme auffassen und mit diesem naheliegenden Vergleich wird klar, Programmieren kann jeder! Die Erstellung von Programmen lässt sich auf nur drei Programmierkonzepte reduzieren.

Diese drei einfachen Konzepte sind in fast allen Programmiersprachen gültig. Wer diese verinnerlicht, dem wird das Programmieren und das Lesen anderer Programme leichter fallen. Im Anschluss daran können wir mit den ersten Programmierübungen beginnen.

2.1 Programm als Kochrezept
Ein Programm kann nur erstellt werden, wenn klar ist, dass die Reihenfolge der Anweisungen entscheidend ist. Ein Programm ist wie ein Kochrezept zu verstehen, bei dem ebenfalls das Vertauschen der Reihenfolge der Anweisungen zu einem Kochdesaster führen kann. Nehmen wir als Beispiel für ein Rezept die leckeren Eierpfannkuchen.

Für die Zubereitung sind nun verschiedene Arbeitsschritte auszuführen. Bei den meisten ist dabei die Reihenfolge entscheidend, schauen wir uns dazu einmal Omas Rezept für sechs Portionen Eierpfannkuchen an.

Omas Eierpfannkuchen

– Sechs Portionen Zutaten: 4 Eier, Mehl, Milch, 1 Apfel, Wurst/Käse, Marmelade, Apfelmus, Zucker

– vier Eier in eine Schüssel schlagen und verrühren
– solange Mehl hinzugeben, bis der Teig schwer zu rühren ist
– solange Milch hinzugeben, bis die Masse wieder leicht zu rühren ist, damit sie sich gut in der Pfanne verteilen lässt
– etwas Fett in einer Pfanne erhitzen

Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

1 Tag 1: Vorbereitungen und Javas kleinste Bausteine	21
1.1 Warum gerade mit Java beginnen?	22
1.2 Installation von Java	23
1.2.1 Wahl einer Entwicklungsumgebung	23
1.2.2 Testen wir das installierte Java-System	24
1.3 Vorteile des Selbststudiums	26
1.4 Primitive Datentypen und ihre Wertebereiche	27
1.4.1 Primitive Datentypen allgemein	28
1.4.2 Primitive Datentypen in Java	28
1.5 Variablen und Konstanten	30
1.5.1 Deklaration von Variablen	30
1.5.2 Variablen versus Konstanten	31
1.6 Primitive Datentypen und ihre Operationen	32
1.6.1 Datentyp boolean	32
1.6.2 Datentyp char	35
1.6.3 Datentyp int	35
1.6.4 Datentypen byte, short und long	36
1.6.5 Datentypen float und double	37
1.7 Umwandlungen von Datentypen	38
1.7.1 Explizite Typumwandlung	39
1.7.2 Übersicht zu impliziten Typumwandlungen	40
1.7.3 Die Datentypen sind für die Operation entscheidend	40
1.8 Zusammenfassung und Aufgaben	41
2 Tag 2: Grundlegende Prinzipien der Programmentwicklung	43
2.1 Programm als Kochrezept	44
2.2 Methoden der Programmerstellung	45
2.2.1 Sequentieller Programmablauf	46
2.2.2 Verzweigungen	46
2.2.3 Sprünge	47
2.2.4 Schleifen	47
2.2.5 Parallelität	47
2.2.6 Kombination zu Programmen	48
2.3 Programme in Java	48
2.3.1 Erstellen eines Javaprogramms in Pseudocode	49
2.3.2 Erstellen eines Javaprogramms	49
2.4 Programmieren mit einem einfachen Klassenkonzept	50
2.5 Sequentielle Anweisungen	52
2.6 Verzweigungen	53
2.6.1 Verzweigung mit if	54
2.6.2 Verzweigung mit switch	55
2.7 Verschiedene Schleifentypen	56
2.7.1 Schleife mit for	56
2.7.2 Schleife mit while	58
2.7.3 Schleife mit do-while	59
2.8 Sprunganweisungen	60
2.8.1 Sprung mit break	60
2.8.2 Sprung mit continue	62
2.9 Funktionen in Java	63
2.10 Zusammenfassung und Aufgaben	66
3 Tag 3: Daten laden und speichern	68
3.1 Externe Programmeingaben	69
3.2 Daten aus einer Datei einlesen	70
3.3 Daten in eine Datei schreiben	72
3.4 Daten von der Konsole einlesen	72
3.5 Zusammenfassung und Aufgaben	73
4 Tag 4: Verwendung einfacher Datenstrukturen	75
4.1 Arrays	76
4.1.1 Deklaration und Zuweisung	77
4.1.2 Vereinfachte Schleife mit for	78
4.2 Matrizen oder multidimensionale Arrays	78
4.3 Conway's Game of Life	79
4.3.1 Einfache Implementierung	81
4.3.2 Auswahl besonderer Muster und Ausblick	84
4.4 Zusammenfassung und Aufgaben	84
5 Tag 5: Debuggen und Fehlerbehandlungen	86
5.1 Das richtige Konzept	87
5.2 Exceptions in Java	89
5.2.1 Einfache try-catch-Behandlung	90
5.2.2 Mehrfache try-catch-Behandlung	91
5.3 Fehlerhafte Berechnungen aufspüren	92
5.3.1 Berechnung der Zahl pi nach Leibniz	92
5.3.2 Zeilenweises Debuggen und Breakpoints	95
5.4 Zusammenfassung und Aufgaben	95
6 Tag 6: Erweitertes Klassenkonzept	97
6.1 Entwicklung eines einfachen Fußballmanagers	98
6.2 Spieler und Trainer	98
6.2.1 Generalisierung und Spezialisierung	98
6.2.2 Klassen und Vererbung	99
6.2.3 Modifizierer public und private	101
6.2.4 Objekte und Instanzen	102
6.2.5 Konstruktoren in Java	103
6.3 Torwart	105
6.4 Die Mannschaft	106
6.5 Turniere und Freundschaftsspiele	107
6.5.1 Ein Interface Freundschaftsspiel festlegen	107
6.5.2 Freundschaftsspiel FC Steinhausen-Oderbrucher SK	110
6.5.3 Beispiel zu Interface	113
6.5.4 Interface versus abstrakte Klasse	115
6.6 Zusammenfassung und Aufgaben	116
7 Tag 7: Aufarbeitung der vorhergehenden Kapitel	118
7.1 Referenzvariablen	119
7.2 Zugriff auf Attribute und Methoden durch Punktnotation	120
7.3 Die Referenzvariable this	121
7.4 Prinzip des Überladens	121
7.4.1 Überladung von Konstruktoren	122
7.4.2 Der Copy-Konstruktor	123
7.5 Garbage Collector	123
7.6 Statische Attribute und Methoden	124
7.7 Primitive Datentypen und ihre Wrapperklassen	125
7.8 Die Klasse String	126
7.8.1 Erzeugung und Manipulation von Zeichenketten	126
7.8.2 Vergleich von Zeichenketten	127
7.9 Zusammenfassung und Aufgaben	129
8 Tag 8: Verwendung von Bibliotheken	131
8.1 Standardbibliotheken	132
8.2 Funktionen der Klasse Math	134
8.3 Zufallszahlen in Java	134
8.3.1 Ganzzahlige Zufallszahlen vom Typ int und long	135
8.3.2 Zufallszahlen vom Typ float und double	136
8.3.3 Weitere nützliche Funktionen der Klasse Random	136
8.4 Das Spielprojekt BlackJack	137
8.4.1 Spielregeln	137
8.4.2 Spieler, Karten und Kartenspiel	138
8.4.2.1 Verwendungsbeispiel für die Datenstruktur Vector	138
8.4.2.2 Implementierung der Klassen Spieler, Karteund Kartenspiel	140
8.4.3 Die Spielklasse BlackJack	143
8.5 JAMA -- Lineare Algebra	149
8.6 Eine eigene Bibliothek bauen	151
8.7 Zusammenfassung und Aufgaben	152
9 Tag 9: Grafische Benutzeroberflächen	154
9.1 Fenstermanagement unter AWT	155
9.1.1 Ein Fenster lokal erzeugen	155
9.1.2 Vom Fenster erben und es zentrieren	156
9.2 Zeichenfunktionen innerhalb eines Fensters	157
9.2.1 Textausgaben	158
9.2.2 Zeichenfunktionen	158
9.2.3 Die Klasse Color	159
9.2.4 Bilder laden und anzeigen	160
9.3 Auf Fensterereignisse reagieren und sie behandeln	162
9.3.1 Fenster mit dem Interface WindowListener schließen	162
9.3.2 GUI-Elemente und ihre Ereignisse	165
9.3.2.1 Layoutmanager	165
9.3.2.2 Die Komponenten Label und Button	165
9.3.2.3 Die Komponente TextField	167
9.4 Auf Mausereignisse reagieren	168
9.5 Zusammenfassung und Aufgaben	170
10 Tag 10: Appletprogrammierung	171
10.1 Kurzeinführung in HTML	172
10.2 Applets im Internet	172
10.3 Funktionen eines Applets	173
10.4 Verwendung des Appletviewers	174
10.5 Eine Applikation zum Applet umbauen	176
10.5.1 Konstruktor zu init	176
10.5.2 paint-Methoden anpassen	177
10.5.3 TextField-Beispiel zum Applet umbauen	178
10.6 Flackernde Applets vermeiden	179
10.6.1 Die Ghosttechnik anwenden	181
10.6.2 Die update-Methode überschreiben	182
10.7 Ein Beispiel mit mouseDragged	183
10.8 Diebstahl von Applets erschweren	184
10.8.1 Download und Dekompilierung	185
10.8.2 Verwirrung durch einen Obfuscator	187
10.9 Zusammenfassung und Aufgaben	187
11 Tag 11: Techniken der Programmentwicklung	189
11.1 Der Begriff Algorithmus	190
11.2 Techniken zum Entwurf von Algorithmen	190
11.2.1 Prinzip der Rekursion	190
11.2.2 Brute Force	192
11.2.3 Greedy	193
11.2.4 Dynamische Programmierung und Memoisation	193
11.2.5 Teile und Herrsche	195
11.3 Algorithmen miteinander vergleichen	195
11.4 Kleine algorithmische Probleme	196
11.4.1 Identifikation und Erzeugung von Primzahlenmit Brute Force	196
11.4.2 Sortieralgorithmen	197
11.4.2.1 InsertionSort	197
11.4.2.2 BubbleSort	198
11.4.2.3 QuickSort	199
11.4.3 Needleman-Wunsch-Algorithmus	201
11.5 Zusammenfassung und Aufgaben	203
12 Tag 12: Bildverarbeitung	204
12.1 Das RGB-Farbmodell	205
12.2 Grafische Spielerei: Apfelmännchen	207
12.2.1 Mathematischer Hintergrund	207
12.2.2 Das Apfelmännchen-Fraktal in grau	209
12.2.3 Die Klasse BufferedImage	211
12.2.4 Bilder laden und speichern	212
12.2.5 Das Apfelmännchen-Fraktal in Farbe	214
12.3 Bilder bearbeiten	217
12.3.1 Ein Bild invertieren	218
12.3.2 Erstellung eines Grauwertbildes	219
12.3.3 Binarisierung eines Grauwertbildes	220
12.4 Zusammenfassung und Aufgaben	221
13 Tag 13: Methoden der Künstlichen Intelligenz	222
13.1 Mustererkennung	223
13.1.1 Einlesen der Trainingsdaten	223
13.1.2 k-nn Algorithmus	228
13.1.2.1 Visualisierung des Algorithmus	228
13.1.2.2 Implementierung eines k-nn Klassifikators	228
13.1.3 k-means Algorithmus	231
13.1.3.1 Bestimmung der k Prototypen	231
13.1.3.2 Expectation-Maximizationals Optimierungsverfahren	232
13.1.3.3 Allgemeine Formulierungdes k-means Algorithmus	233
13.1.3.4 Implementierung des k-means	233
13.2 Ein künstlicher Spielegegner	237
13.2.1 Der MinMax-Algorithmus	238
13.2.2 MinMax mit unbegrenzter Suchtiefe	238
13.2.3 MinMax mit begrenzter Suchtiefe und Bewertungsfunktion	240
13.2.4 Spieleprojekt TicTacToe	241
13.3 Zusammenfassung und Aufgaben	247
14 Tag 14: Entwicklung einer größeren Anwendung	248
14.1 Entwurf eines Konzepts	249
14.1.1 GUI Klassen	250
14.1.2 Spiellogik	251
14.1.3 Spieldatenverwaltung	251
14.1.4 Komplettes Klassendiagramm	253
14.2 Implementierung	253
14.2.1 Klasse TeeTristBox	253
14.2.2 Klasse TeeTristStein	253
14.2.3 Klasse TeeTristSpielfeld	257
14.2.4 Klasse SpielThread	261
14.2.5 Klasse TeeTristPanel	264
14.2.6 Klasse TeeTrist	265
14.3 Spielen wir ein Spiel TeeTrist	266
14.4 Dokumentation mit javadoc	266
14.5 Zusammenfassung und Aufgaben	267
15 Java -- Weiterführende Konzepte	269
15.1 Professionelle Entwicklungsumgebungen	270
15.2 Das Klassendiagramm als Konzept einer Software	270
15.3 Klassendiagramm mit UML	270
15.3.1 Klasse	271
15.3.2 Vererbung	271
15.3.3 Beziehungen zwischen Klassen	272
15.3.3.1 Beziehungen	272
15.3.3.2 Kardinalitäten	272
15.3.3.3 Aggregation und Komposition	273
15.4 Verwendung externer Bibliotheken	273
15.5 Zusammenarbeit in großen Projekten	274
Glossar	275
Literaturverzeichnis	280
Sachverzeichnis	283

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