Informatik 12/13 (G9)

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====== Implementierung deterministischer endlicher Automaten in Java ======

{{ ..:pasted:20250926-081752.png?300}}
===== 1. Implementierung eines DEA in Java - einfache Variante =====
Der rechts gezeichnete Automat unten mit dem Eingabealphabet A = { "a", "b" } erkennt alle Wörter über A, die nichtleer sind und eine gerade Anzahl von a's haben. \\ \\ 
Im Folgenden erstellen wir einen Algorithmus, der ermitteln kann, ob der Automat ein Wort akzeptiert oder nicht.

<HTML>

<div class="java-online" style="height: 70vh; width: 100%" data-java-online="{'withBottomPanel': false, 'id': 'geradeAnzahlAsEinfach', 'enableFileAccess': true}">

<script type="text/plain" title="Test1.java">
GeradeAnzahlAEinfacherAutomat automat = new GeradeAnzahlAEinfacherAutomat();

println(automat.istInSprache("aababaa"));
println(automat.istInSprache(""));
println(automat.istInSprache("abbabaa"));
println(automat.istInSprache("b"));

class GeradeAnzahlAEinfacherAutomat {
   
   int zustand;

   boolean istInSprache(String wort) {
      
      zustand = 0;
      
      for (int i = 0; i < wort.length(); i++) {
         char c = wort.charAt(i);
         switch(zustand) {
            case 0 : 
               if(c == 'a') {
                  zustand = 1;
               } else {
                  zustand = 2;
               }
               break;
            case 1 : 
               if(c == 'a') {
                  zustand = 2;
               }
               break;
            case 2 : 
               if(c == 'a') {
                  zustand = 1;
               }
               break;
            default : 
                
         }
      }

      return zustand == 2;

   }

}

</script>

</div>

</HTML>


===== 2. Statische Methoden und statische Attribute =====
<WRAP center round info 80%>
  * Hat eine Klasse ein (normales) Attribut, so kann dies für jedes Objekt dieser Klasse einen unterschiedlichen Wert haben. In technischer Hinsicht wird je Objekt der Klasse ein eigener Speicherplatz für dieses Attribut reserviert. 
  * Hat eine Klasse eine (normale) Methode, so kann diese Methode nur mit Bezug zu einem Objekt aufgerufen werden (Punktschreibweise ''objekt.methode()''). Innerhalb der Methode kann man auf die Attribute dieses Objekts zugreifen. 
  * Hat eine Klasse ein **statisches** Attribut, so ist dies **unabhängig von den Objekten der Klasse** und besitzt **genau einen Wert**. In technischer Hinsicht wird **nur ein einziger Speicherplatz** dafür reserviert. 
  * Eine **statische Methode** einer Klasse wird **ohne Bezug zu einem Objekt der Klasse** aufgerufen. Innerhalb der Methode kann man daher logischerweise nicht auf (normale) Attribute der Klasse zugreifen, wohl aber auf statische Attribute.

</WRAP>
==== Beispiel: ====
<HTML>

<div class="java-online" style="height: 70vh; width: 70%" data-java-online="{'withBottomPanel': false, 'id': 'statischeMethodenAttribute', 'enableFileAccess': true}">

<script type="text/plain" title="Test1.java">
Katze k1 = new Katze("Snoopy");
Katze k2 = new Katze("Bella");
Katze k3 = new Katze("Peterl");

println(k1.getName());
println(k2.getName());

println(Katze.getCounter());

// schlechter Stil:
println(k1.getCounter());
println(k2.getCounter());

// möglich bei public static-Attributen:
println(Katze.counter);

class Katze {
   
   String name;

   static int counter = 0;

   Katze(String name) {
      this.name = name;
      counter++;
   }

   String getName() {
      return name;
   }

   static int getCounter() {
      return counter;
   }

}</script>

</div>

</HTML>

===== 3. Das Singleton-Pattern =====
Oft möchte man erzwingen, dass es von einer Klasse **genau ein Objekt** gibt. Dazu gibt es das **Singleton-Pattern**, das oft wie folgt implementiert wird:
<HTML>

<div class="java-online" style="height: 70vh; width: 70%" data-java-online="{'withBottomPanel': false, 'id': 'singleton', 'enableFileAccess': true}">

<script type="text/plain" title="Test1.java">
Screen s = Screen.getInstance(); // Hole eine Referenz auf das einzige Objekt
s.setResolution(800, 600);
   


class Screen {
   
   // einzige Stelle, an der ein Screen-Objekt instanziert wird:
   private static Screen instance = new Screen();

   /**
    * Der Konstruktor hat die Sichtbarkeit private und kann damit nur innerhalb 
    * von Methoden der Klasse Screen aufgerufen werden.
    */
   private Screen() {
      
   }

   public static Screen getInstance() {
      return instance;
   }

   /**
    * Demo-Methode (ohne Funktion!):
    */
   void setResolution(int pixelsHorizontal, int pixelsVertical) {
      println("New Resolution: " + pixelsHorizontal + " x " + pixelsVertical); 
   }

}
</script>

</div>

</HTML>

{{ ..:pasted:20250926-081752.png?300}}
===== 4. Implementierung eines DEA mit dem State-Pattern =====
<WRAP center round info 60%>
Wir implementieren jeden Zustand als Singleton mit einer Methode ''getNextZustand(char c)'', die abhängig von ''c'' das Folgezustand-Objekt zurückgibt. Zudem gibt jeder Zustand mittels der Methode ''isEndZustand()'' Auskunft darüber, ob er ein Endzustand ist.
</WRAP>

<HTML>

<div class="java-online" style="height: 70vh; width: 70%" data-java-online="{'withBottomPanel': false, 'id': 'geradeAnzahlAsStatePattern', 'enableFileAccess': true}">

<script type="text/plain" title="Test1.java">
GeradeAnzahlAStatePattern automat = new GeradeAnzahlAStatePattern();

println(automat.istInSprache("aababaa"));
println(automat.istInSprache(""));
println(automat.istInSprache("abbabaa"));
println(automat.istInSprache("b"));

class GeradeAnzahlAStatePattern {
   boolean istInSprache(String wort) {
      Zustand zustand = Zustand0.getInstance(); 
      
      for (int i = 0; i < wort.length(); i++) {
         zustand = zustand.getNextZustand(wort.charAt(i));
      }
      
      return zustand.isEndZustand();
   }
}

abstract class Zustand {
   abstract Zustand getNextZustand(char c);
   boolean isEndZustand() {
      return false;
   }
}


class Zustand0 extends Zustand {
   
   private static Zustand0 instance = new Zustand0();

   private Zustand0() { }
   
   public static Zustand0 getInstance() {
      return instance;
   }

  	public Zustand getNextZustand(char c) {
      switch(c) {
         case 'a' : return Zustand1.getInstance();
         case 'b' : return Zustand2.getInstance();
      }
  	}
}

class Zustand1 extends Zustand {
   
   private static Zustand1 instance = new Zustand1();

   private Zustand1() { }
   
   public static Zustand1 getInstance() {
      return instance;
   }

  	public Zustand getNextZustand(char c) {
      switch(c) {
         case 'a' : return Zustand2.getInstance();
         case 'b' : return Zustand1.getInstance(); // auch möglich: return this;
      }
  	}
   
}

class Zustand2 extends Zustand {
   
   private static Zustand2 instance = new Zustand2();

   private Zustand2() { }
   
   public static Zustand2 getInstance() {
      return instance;
   }

  	public Zustand getNextZustand(char c) {
      switch(c) {
         case 'a' : return Zustand1.getInstance();
         case 'b' : return Zustand2.getInstance();  // auch möglich: return this;
      }
  	}

   public boolean isEndZustand() {
      return true;
   }

}
</script>

</div>

</HTML>

===== Aufgabe 1 =====
Bearbeiten Sie im Buch "Informatik 7, gA" Aufgabe 6 auf Seite 37.