This commit is contained in:
nihonium 2022-09-14 19:05:27 +03:00
parent 46d1c64684
commit ab6732eded
Signed by: nihonium
GPG key ID: 0251623741027CFC
98 changed files with 10319 additions and 0 deletions

View file

@ -0,0 +1,38 @@
#include <iostream>
#include <math.h>
#include "circle.h"
#include "point.h"
Circle::Circle(const Point& acenter, float aradius) {
mCenter = acenter;
mRadius = aradius;
}
Circle::Circle() {
mCenter = Point {0, 0};
mRadius = 1;
}
Circle::Circle(const Circle& circle) {
mCenter = circle.mCenter;
mRadius = circle.mRadius;
}
Point Circle::getCenter() const { return mCenter; }
float Circle::getRadius() const { return mRadius; }
void Circle::setCenter(const Point& p) {
mCenter = p;
}
void Circle::setRadius(float radius) {
mRadius = radius > 0 ? radius : 0;
}
float Circle::getArea() const {
return mRadius * mRadius * M_PI;
}
float Circle::getDistance(const Point& p) {
return mCenter.distance(p) - mRadius;
}
bool Circle::isColliding(const Circle& c) const {
return (mCenter.distance(c.getCenter()) - (mRadius + c.getRadius()) > 0) ? false : true;
}
void Circle::move(const Point& p) {
mCenter = mCenter + p;
}

View file

@ -0,0 +1,23 @@
#include "point.h"
class Circle
{
private:
Point mCenter;
float mRadius;
public:
Circle(const Point& acenter, float aradius);
Circle();
Circle(const Circle& circle);
Point getCenter() const;
float getRadius() const;
void setCenter(const Point& p);
void setRadius(float radius);
float getArea() const;
float getDistance(const Point& p);
bool isColliding(const Circle& c) const;
void move(const Point& p);
};

View file

@ -0,0 +1,44 @@
#include <iostream>
#include "point.h"
#include "circle.h"
using std::cout, std::endl;
int main()
{
Point p = {7, -1};
Point q = {-4, 2};
cout << "Point p = " << p << endl;
cout << "Point q = " << q << endl;
cout << "p + q = " << p + q << endl;
Circle a {{4, 1}, 3};
Circle b;
// b = a;
cout << "Circle a: center: " << a.getCenter() << " radius: " << a.getRadius() << endl;
cout << "Circle b: center: " << b.getCenter() << " radius: " << b.getRadius() << endl;
cout << "Area of a = " << a.getArea() << endl;
cout << "Distance from point p to circle a = " << a.getDistance(p) << endl;
cout << "Collisions:" << endl;
if (a.isColliding(b))
cout << "Yes, a is colliding b" << endl;
else
cout << "No, a isn't colliding b" << endl;
cout << "Moving b by {1, 1}:" << endl;
b.move({1, 1});
if (a.isColliding(b))
cout << "Yes, a is colliding b" << endl;
else
cout << "No, a isn't colliding b" << endl;
}

View file

@ -0,0 +1,82 @@
#include <iostream>
#include <cmath>
#include "point.h"
Point::Point(float x, float y)
{
mx = x;
my = y;
}
Point::Point()
{
mx = 0;
my = 0;
}
float Point::getX() const
{
return mx;
}
float Point::getY() const
{
return my;
}
void Point::setX(float x)
{
mx = x;
}
void Point::setY(float y)
{
my = y;
}
float Point::norm() const
{
return std::sqrt(mx * mx + my * my);
}
void Point::normalize()
{
float pnorm = norm();
mx /= pnorm;
my /= pnorm;
}
float Point::distance(const Point& p) const
{
return std::sqrt((p.mx - mx) * (p.mx - mx) + (p.my - my) * (p.my - my));
}
Point Point::operator+(const Point& right) const
{
Point result = {mx + right.mx, my + right.my};
return result;
}
Point Point::operator*(float a) const
{
Point result = {a * mx, a * my};
return result;
}
Point operator*(float a, const Point& p)
{
Point result = {a * p.mx, a * p.my};
return result;
}
std::ostream& operator<<(std::ostream& left, const Point& right)
{
left << "(" << right.mx << ", " << right.my << ")";
return left;
}

View file

@ -0,0 +1,37 @@
#pragma once
/*
Поля x и y сделаны приватными
Конкретно для этого класса их можно было сделать публичными
Так как пользователь всё-равно будет иметь доступ без ограничений к этим полям через геттеры и сеттеры
Но они сделаны приватными для образовательных целей
*/
class Point
{
private:
float mx, my;
public:
Point(float x, float y);
Point();
float getX() const;
float getY() const;
void setX(float x);
void setY(float y);
void normalize();
float distance(const Point& p) const;
float norm() const;
Point operator+(const Point& right) const;
Point operator*(float a) const;
friend Point operator*(float a, const Point& p);
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& left, const Point& right);
};

View file

@ -0,0 +1,307 @@
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <iomanip>
#include <vector>
#include <algorithm>
/*
Класс Number -- класс положительных больших чисел
Большое число будет храниться в динамическом массиве data
Каждый элемент этого массива содержит разряд числа в 100-ричной системе счисления
(так как base = 100)
По сути, каждый элемент data хранит две цифры числа в десятичной записи
Значение 100 для системы счисления выбрано как компромис между
эффективностью и удобством написания программы.
Если выбрать значения базы 10 - то программа будет не так эффективна по памяти
Если выбрать значения базы 256 (максимально эффективное использование памяти для типа char),
то алгоритм печати на экран сильно усложнится
В качестве альтернативы, можно было выбрать базу 1e9,
изменив при этом тип элементов c char на int
capacity - размер массива data
size - сколько ячеек занимет число в массиве data
size <= capacity
Для удобства разряды числа хранятся в обратном порядке
Например, число 12345678 соответствует массиву
data = {78, 56, 34, 12}
(это упрощает многие алгоритмы с такими числами)
*/
class Number
{
private:
static const int base = 100;
std::size_t size;
std::size_t capacity;
char* data;
public:
Number(int a)
{
#ifdef _DEBUG_CONSTRUCTOR
std::cout << "(Number constructor " << a << " -> ";
#endif
// Находим размер необходимой памяти под это число
int temp = a;
capacity = 0;
while (temp != 0)
{
temp /= base;
capacity += 1;
}
// Отдельно обрабатываем случай, когда число равно 0
if (capacity == 0)
capacity = 1;
// Выделяем память и записывем число a в массив data
// Например, число 12345678 представится в виде массива [78, 56, 34, 12]
data = new char[capacity];
for (int i = 0; i < capacity; ++i)
{
data[i] = a % base;
a /= base;
}
// В данном случае размер будет равен вместимости
size = capacity;
#ifdef _DEBUG_CONSTRUCTOR
std::cout << *this << ")" << std::endl;
#endif
}
// Конструктор по умолчанию
Number() : Number(0) {}
// Конструктор копирования
Number(const Number& n) {
size = n.size;
capacity = n.capacity;
data = new char[capacity];
for (int i = 0; i < size; i++) {
data[i] = n.data[i];
}
}
Number(const char* str) {
int len = std::strlen(str);
size = (len + len % 2) / 2;
capacity = size;
data = new char[capacity];
char buf[2];
for (int i = 0; i < size; i++) {
buf[1] = str[len - 2 * i - 1];
if (len - 2 * i - 1 > 0) {
buf[0] = str[len - 2 * i - 2];
}
else {
buf[0] = '0';
}
data[i] = std::stoi(buf);
}
}
~Number()
{
delete [] data;
}
Number& operator=(const Number& right) {
capacity = right.capacity;
size = right.size;
data = new char[capacity];
for (int i = 0; i < size; i++) {
data[i] = right.data[i];
}
return *this;
}
Number operator+(const Number& a) {
Number result;
int i;
char carry = 0;
int max_size = size > a.size ? size : a.size;
result.capacity = max_size + 1;
result.data = new char[capacity];
for (i = 0; i < max_size; ++i) {
result.data[i] = (data[i] + a.data[i] + carry) % base;
carry = (data[i] + a.data[i] + carry) / base;
}
if (carry) {
result.data[i] = carry;
result.size = max_size + 1;
}
else {
result.size = max_size;
}
return result;
}
void operator+=(const Number& a) {
*this = *this + a;
}
bool isEven() const {
if (data[0] % 2) {
return false;
}
return true;
}
Number operator*(const Number& right) const {
#ifdef _DEBUG_MUL
std::cout << "arg1=" << *this << "(capacity=" << capacity << ",size=" << size << ")" << " " << "arg2=" << right << "(capacity=" << right.capacity << ",size=" << right.size << ")"<< std::endl;
#endif
int i, j;
int temp;
Number result;
result.capacity = capacity + right.capacity;
int *carry = (int*)std::calloc(result.capacity, sizeof(int));
result.data = (char*)calloc(result.capacity, sizeof(char));
#ifdef _DEBUG_MUL
std::cout << "carry:[" << carry[0];
for (int k = 1; k < result.capacity; ++k) {
std::cout << "," << carry[k];
}
std::cout << "]" << std::endl;
#endif
for (i = 0; i < size; ++i) {
for (j = 0; j < right.size; ++j) {
#ifdef _DEBUG_MUL
std::cout << i + j << ":" << static_cast<int>(result.data[i + j]) << " + " << static_cast<int>(data[i]) << " * " << static_cast<int>(right.data[j]) << " + " << carry[i+j] << std::endl;
#endif
temp = (result.data[i + j] + data[i] * right.data[j] + carry[i + j]);
result.data[i + j] = temp % base;
carry[i + j + 1] += temp / base;
carry[i + j] = 0;
}
}
#ifdef _DEBUG_MUL
std::cout << "result before applying carry:" << result << std::endl;
std::cout << "carry:[" << carry[0];
for (int k = 1; k < result.capacity; ++k) {
std::cout << "," << carry[k];
}
std::cout << "]" << std::endl;
#endif
if (carry[i + j - 1]) {
result.data[i + j - 1] = carry[i + j - 1];
result.size = i + j;
carry[i + j - 1] = 0;
}
else {
result.size = i + j - 1;
}
#ifdef _DEBUG_MUL
std::cout << "before correcting capacity, result=" << result << std::endl;
#endif
// correcting capacity
/*char* temp_data = (char *)calloc(result.size, sizeof(char));
for (i = 0; i < result.size; ++i) {
temp_data[i] = result.data[i];
}
free(result.data);
result.capacity = result.size;
result.data = (char*)calloc(result.size,sizeof(char));
for (i = 0; i < result.size; ++i) {
result.data[i] = temp_data[i];
}
free(temp_data);*/
free(carry);
#ifdef _DEBUG_MUL
std::cout << "return value=" << result << "(capacity=" << result.capacity << ",size=" << result.size << ")" << std::endl << "======" << std::endl;
#endif
return result;
}
void operator*=(const Number& a) {
*this = *this * a;
}
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, const Number& right);
friend int main();
friend Number factorial(int n);
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, const Number& right)
{
#ifdef _DEBUG_COUT
stream << "[";
for (std::size_t i = 0; i < right.size; ++i) {
stream << static_cast<int>(right.data[right.size - 2 - i]) << ",";
}
stream << "]";
#else
// Печатаем самый большой разряд
stream << (int)right.data[right.size - 1];
// Печатаем остальные разряды с заполнением нулями до 2-х цифр
// setfill и setw это то же самое, что и в языке C спецификатор %02d
for (std::size_t i = 0; i < right.size - 1; ++i)
stream << std::setfill('0') << std::setw(2) << (int)right.data[right.size - 2 - i];
#endif
return stream;
}
Number fib(int n) {
Number a = 0; // F0
Number b = 1; // F1
for (int i = 1; i <=n; ++i) {
if (i % 2) {
a += b;
}
else {
b += a;
}
}
if (n % 2) {
return b;
}
return a;
}
Number factorial(int n) {
Number result{1};
for (int i = 2; i < n + 1; ++i) {
result = Number(i) * result;
}
return result;
}
int main()
{
Number x = Number("25852016738884976640000");
Number y = Number("24");
//char s[3];
//Number result = "1";
//for (int i = 1; i < 26; ++i) {
//s = std::to_string(i);
//sprintf(s, "%d", i);
// result = (Number{i} * result);
//}
//x += y;
//Number z = x + y;
//std::cout << fib(1000) << std::endl;
//x = x * Number(24)*Number{25};
//y = factorial(5);
//std::cout << x << " " << x.capacity << " " << x.size << std::endl;
//std::cout << y << " "<< y.capacity << " " << y.size << std::endl;
// 90405070506200618121707-18-13-05-18-08
//std::cout << "===" << std::endl << Number(2) * Number(3) << " "<< Number(3) * Number(2) << std::endl;
//std::cout << "5! = " << Number(2) * Number(3) * Number(4) * Number(5) << std::endl;
std::cout << factorial(1000) << std::endl;
//std::cout << Number("620448401733239439360000") * Number(25) << std::endl;
}

View file

@ -0,0 +1,202 @@
\documentclass{article}
\usepackage[utf8x]{inputenc}
\usepackage{ucs}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{amsfonts}
\usepackage{marvosym}
\usepackage{wasysym}
\usepackage{upgreek}
\usepackage[english,russian]{babel}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{float}
\usepackage{textcomp}
\usepackage{hyperref}
\usepackage{geometry}
\geometry{left=2cm}
\geometry{right=1.5cm}
\geometry{top=1cm}
\geometry{bottom=2cm}
\usepackage{tikz}
\usepackage{ccaption}
\usepackage{multicol}
\usepackage{fancyvrb}
\usepackage{listings}
%\setlength{\columnsep}{1.5cm}
%\setlength{\columnseprule}{0.2pt}
\usepackage{colortbl,graphicx,tikz}
\definecolor{X}{rgb}{.5,.5,.5}
\date{}
\begin{document}
\pagenumbering{gobble}
\lstset{
language=C++, % choose the language of the code
basicstyle=\linespread{1.1}\ttfamily,
columns=fixed,
fontadjust=true,
basewidth=0.5em,
keywordstyle=\color{blue}\bfseries,
commentstyle=\color{gray},
stringstyle=\ttfamily\color{orange!50!black},
showstringspaces=false,
%numbers=false, % where to put the line-numbers
numbersep=5pt,
numberstyle=\tiny\color{black},
numberfirstline=true,
stepnumber=1, % the step between two line-numbers.
numbersep=10pt, % how far the line-numbers are from the code
backgroundcolor=\color{white}, % choose the background color. You must add \usepackage{color}
showstringspaces=false, % underline spaces within strings
captionpos=b, % sets the caption-position to bottom
breaklines=true, % sets automatic line breaking
breakatwhitespace=true, % sets if automatic breaks should only happen at whitespace
xleftmargin=.2in,
extendedchars=\true,
keepspaces = true,
}
\lstset{literate=%
*{0}{{{\color{red!20!violet}0}}}1
{1}{{{\color{red!20!violet}1}}}1
{2}{{{\color{red!20!violet}2}}}1
{3}{{{\color{red!20!violet}3}}}1
{4}{{{\color{red!20!violet}4}}}1
{5}{{{\color{red!20!violet}5}}}1
{6}{{{\color{red!20!violet}6}}}1
{7}{{{\color{red!20!violet}7}}}1
{8}{{{\color{red!20!violet}8}}}1
{9}{{{\color{red!20!violet}9}}}1
{~} {$\sim$}{1}
}
\title{Семинар \#2: Инкапсуляция. Домашнее задание.\vspace{-5ex}}\date{}\maketitle
\section*{Класс Circle}
Допустим, что мы хотим создать программу, которая будет работать с окружностями (это может быть игра или, например, графический редактор). Для того, чтобы сделать код более понятным и удобным в использовании, мы решили создать класс окружности. Кроме того, мы решили использовать уже ранее написанный класс точки в 2D пространстве (файлы \texttt{point.h} и \texttt{point.cpp}). Создайте класс окружности, который будет включать следующие методы:
\begin{itemize}
\item Конструктор \texttt{Circle(const Point\& acenter, float aradius)}, который будет задавать поля \texttt{center} и \texttt{radius} соответстующими значениями.
\item Конструктор по умолчанию \texttt{Circle()} - задаются значения, соответствующие единичной окружности с центром в начале координат.
\item Конструктор копирования \texttt{Circle(const Circle\& circle)}
\item Сеттеры и геттеры, для полей \texttt{center} и \texttt{radius}. Поле \texttt{radius} нельзя задать отрицательным числом. При попытке задания его отрицательным числом оно должно устанавливаться в значение \texttt{0}.
\item Метод \texttt{float getArea() const}, который будет возвращать площадь поверхности круга.
\item Метод \texttt{float getDistance(const Point\& p) const}, который будет возвращать расстояние от точки \texttt{p}, до ближайшей точки окружности.
\item Метод \texttt{bool isColliding(const Circle\& c) const}, который будет возвращать \texttt{true}, если круг пересекается с кругом \texttt{c}.
\item Метод \texttt{void move(const Point\& p)}, который будет перемещать кружок на вектор \texttt{p}.
\end{itemize}
Весь начальный код содержится в папке \texttt{0circle}. При компиляции нужно указывать все \texttt{.cpp} файлы, которые вы хотите скомпилировать:
\begin{verbatim}
g++ main.cpp point.cpp
\end{verbatim}
\begin{itemize}
\item Создайте файлы \texttt{circle.h} и \texttt{circle.cpp} и перенесите реализацию класса окружности из файла \texttt{main.cpp} в эти файлы.
\end{itemize}
\newpage
\section*{Класс Number (большое число)}
Стандартные целочисленные типы данных, такие как \texttt{int} имеют фиксированный небольшой размер. Соответственно значения, которые можно хранить в переменных этих типов ограничены. Типичное максимальное значение \texttt{char} равно $2^7 - 1 = 127$, тип \texttt{int} обычно ограничен $2^{31}-1 = 2147483647$ и даже тип \texttt{unsigned long long} имеет ограничение в $2^{64}-1 = 1.8 * 10^{19}$. Хранить действительно большие числа в этих типах невозможно. В этом задании нужно сделать класс, с помощью которого будет удобно складывать и умножать большие целые положительные числа. Начальный код этого класса содержится в \texttt{1number/number.cpp}. Изучите этот код.
\begin{figure}[h!]
\centering
\includegraphics[scale=1]{../images/number1.png}
\caption{Представление числа 12345678 в памяти с помощью нашего класса Number}
\label{fig:nummber1}
\end{figure}
\subsection*{Задания:}
\begin{itemize}
\item \textbf{Конструктор по умолчанию:} Напишите конструктор по умолчанию \texttt{Number()}, который будет создавать число равное нулю.
\item \textbf{Конструктор копирования:} Напишите конструктор копирования \texttt{Number(const Number\& n)}.
\item \textbf{Конструктор из строки:} Напишите конструктор \texttt{Number(const char* str)}, который будет создавать большое число на основе строки. Предполагаем, что на вход конструктору всегда идёт корректная строка. Например, число из примера можно будет создать так:
\begin{lstlisting}
Number a = Number("12345678");
\end{lstlisting}
\item \textbf{Присваивание:} Напишите оператор присваивания \texttt{Number\& operator=(const Number\& right)}.
\item \textbf{Сложение:} Напишите и протестируйте операторы сложения \texttt{operator+} и оператор присваивания сложения \texttt{operator+=}. Реализовывать оба этих оператора с нуля необязательно. Ведь, если написан один из этих операторов, то очень просто написать другой.
\item \textbf{Числа Фибоначчи:} Числа Фибоначчи задаются следующим образом:
\begin{align*}
F_0 &= 0\\
F_1 &= 1\\
F_n &= F_{n-1} + F_{n-2}
\end{align*}
Используйте класс \texttt{Number}, чтобы вычислить $F_{1000}$. Правильный ответ:
\begin{verbatim}
F(1000) = 43466557686937456435688527675040625802564660517371780402481729089536555417949051890
40387984007925516929592259308032263477520968962323987332247116164299644090653318793829896964992
8516003704476137795166849228875
\end{verbatim}
\item \textbf{Четность:} Напишите метод \texttt{bool isEven() const}, который будет проверять является ли наше число чётным и, если это верно, возвращает \texttt{true}, в ином случае возвращает \texttt{false}.
\item \textbf{Произведение:} Напишите метод \texttt{Number operator*(const Number\& right) const} - оператор умножения одного числа \texttt{Number} на другое. Протестируйте вашу функцию на различных примерах (умножение большого числа на большое, умножение большого числа на небольшое ($< 100$) или на ноль, умножение двух небольших чисел и т. д.).\\
\item \textbf{Факториал:} Используйте написанный оператор для вычисления факториала от 1000. \\
Правильный ответ:
\begin{verbatim}
1000! = 40238726007709377354370243392300398571937486421071463254379991042993851239862902059
2044208486969404800479988610197196058631666872994808558901323829669944590997424504087073759
9188236277271887325197795059509952761208749754624970436014182780946464962910563938874378864
8733711918104582578364784997701247663288983595573543251318532395846307555740911426241747434
9347553428646576611667797396668820291207379143853719588249808126867838374559731746136085379
5345242215865932019280908782973084313928444032812315586110369768013573042161687476096758713
4831202547858932076716913244842623613141250878020800026168315102734182797770478463586817016
4365024153691398281264810213092761244896359928705114964975419909342221566832572080821333186
1168115536158365469840467089756029009505376164758477284218896796462449451607653534081989013
8544248798495995331910172335555660213945039973628075013783761530712776192684903435262520001
5888535147331611702103968175921510907788019393178114194545257223865541461062892187960223838
9714760885062768629671466746975629112340824392081601537808898939645182632436716167621791689
0977991190375403127462228998800519544441428201218736174599264295658174662830295557029902432
4153181617210465832036786906117260158783520751516284225540265170483304226143974286933061690
8979684825901254583271682264580665267699586526822728070757813918581788896522081643483448259
9326604336766017699961283186078838615027946595513115655203609398818061213855860030143569452
7224206344631797460594682573103790084024432438465657245014402821885252470935190620929023136
4932734975655139587205596542287497740114133469627154228458623773875382304838656889764619273
8381490014076731044664025989949022222176590433990188601856652648506179970235619389701786004
0811889729918311021171229845901641921068884387121855646124960798722908519296819372388642614
8396573822911231250241866493531439701374285319266498753372189406942814341185201580141233448
2801505139969429015348307764456909907315243327828826986460278986432113908350621709500259738
9863554277196742822248757586765752344220207573630569498825087968928162753848863396909959826
2809561214509948717012445164612603790293091208890869420285106401821543994571568059418727489
9809425474217358240106367740459574178516082923013535808184009699637252423056085590370062427
1243416909004153690105933983835777939410970027753472000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000
\end{verbatim}
\item \textbf{Числа-градины:} Возьмём некоторое число $n$ и будем последовательно применять к нему следующую функцию:
\begin{equation*}
f(n) =
\begin{cases}
n / 2, &\textup{если n - четное}\\
3 n + 1, &\textup{если n - нечетное}
\end{cases}
\end{equation*}
В результате получится некоторая последовательность. Например, при $n = 7$ получится:
\begin{verbatim}
7 -> 22 -> 11 -> 34 -> 17 -> 52 -> 26 -> 13 -> 40 -> 20 -> 10 -> 5 -> 16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1
\end{verbatim}
Последовательность доходит до 1. Вам нужно написать функцию, которая будет по начальному числу находить длину такой последовательности (\texttt{steps}) и максимальное число в этой последовательности(\texttt{max}). Например, для числа $7$, максимальное число в последовательности будет равно $52$, а длина последовательности -- $16$. Напишите программу, которая будет по начальному числу находить длину последовательности и максимальный элемент в ней.
Тесты для проверки:
\begin{verbatim}
n = 7 steps = 16; max = 52
n = 256 steps = 8; max = 256
n = 1117065 steps = 527; max = 2974984576
n = 4761963248413673697 steps = 2337; max = 9926927712374950744648
n = 90560792656972947582439785608972465789628974587264056284658721771
steps = 1630;
max = 773658021643749360792171137214151494851244403993540980838080564520
\end{verbatim}
Для решения этой задачи нужно написать оператор сравнения и метод деления на 2 (оператор целочисленного деления можно не писать).
\item \textbf{Раздельная компиляция:} Перенесите объявление класса \texttt{Number} в файл \texttt{number.h}, а определение методов в файл \texttt{number.cpp}. Раздельно скомпилируйте эту программу.
\end{itemize}
\end{document}