Kürzel: | asciishop-A08-PP |
Name: | AsciiShop, Runde#8 |
Kette: | Asciishop PP |
Kategorie: | Bildverarbeitung |
Mitgelieferte Datei(en): asciishop-A07-bonus1.i1, asciishop-A07-bonus1.i2, Operation.java, ReplaceFactory.java, asciishop-A07-bonus1.o2, asciishop-A07-bonus1.o1
Abzugebende Datei(en): AsciiPoint.java, BinaryFactory.java, AsciiImage.java, AsciiShop.java, BinaryOperation.java, Operation.java, ReplaceFactory.java, FilterFactory.java, ReplaceOperation.java, LoadFactory.java, OperationException.java, Factory.java, MedianOperation.java, LoadOperation.java, ClearFactory.java, ClearOperation.java, FactoryException.java
Optional abzugebende Datei(en): FillOperation.java, FillFactory.java, Histogram.java, AsciiStack.java, AsciiStackNode.java, TransposeOperation.java, GrowRegionFactory.java, TransposeFactory.java, LineOperation.java, GrowRegionOperation.java, LineFactory.java
Ausführbar: AsciiShop
Die Klasse AsciiShop ist zu erstellen und soll eine ausführbare Klasse sein und muss daher die public static void main(String[] args) Methode beinhalten. Ihr Programm wird automatisch auf Korrektheit überprüft. Die Überprüfung erfolgt durch die Ausführung der als ausführbar bezeichneten Klasse (AsciiShop).
Das Programm erstellt im ersten Schritt ein leeres Bild, auf dem dann unterschiedliche Operationen ausgeführt werden können. Neben den in der Vorrunde implementierten Operationen, gibt es noch einen weiteren Befehl, mit dem das Bild in ein Binärbild umgewandelt werden kann.
Aufgabenstellung | Klassen und Methoden | Ein- und Ausgabedaten | Bewertung und Kriterien |
Hinweise | FAQ | Fehlerbehandlung | Testen |
In der vorhergehenden Übungsrunde wurden die Operationen aus dem AsciiImage
in einzelne Klassen ausgelagert. In dieser Runde wird der zweite Schritt in der Umstrukturierung vorgenommen und Code aus der Klasse AsciiShop
ausgelagert. Die Wartung der Klasse wird dadurch erleichtert, ebenso wie das Hinzufügen neuer Operationen, wie beispielsweise eine Operation, die das Bild in ein Binärbild umwandelt, als algorithmische Aufgabe in dieser Runde.
Das Erzeugen eines neuen Bildes erfolgt, wie in Runde 7 spezifiziert, mit Hilfe des Befehls create
, der neben den beiden Parametern Breite und Höhe des zu erzeugenden Bildes auch den Zeichensatz des Bildes erwartet. Dies ist ein String, der alle im Bild erlaubten Zeichen beinhaltet. Der Zeichensatz gibt außerdem eine Ordnung der Zeichen vor, so ist das erste Zeichen das dunkelste und das letzte das hellste. Jedes Zeichen stellt somit eine Farbe dar. Das hellste Zeichen wird außerdem als Farbe für ein neu erzeugtes Bild sowie beim Löschen des Bildinhaltes bei Eingabe des Befehls clear
verwendet.
Der create
Befehl muss der erste eingegebene Befehl sein. Sie dürfen davon ausgehen, dass sowohl die eingegebene Breite und Höhe als auch der Zeichensatz gültig sind und müssen daher diesen Fehlerfall nicht behandeln.
Das leere Bild kann mit Daten gefüllt werden. Dazu stehen verschiedene Befehle zur Verfügung, darunter der Befehl load
. Dieser Befehl (und damit das Einlesen von Bildern von der Standardeingabe) ist für ein gültiges Bild nicht zwingend erforderlich.
Die folgenden Befehle sind zulässig, neue und veränderte Befehle sind farblich hervorgehoben, nicht mehr geforderte durchgestrichen:
binary
threshold
wandelt das Bild in ein Binärbild um, sodass alle Zeichen, die im Zeichensatz vor dem Zeichen threshold
stehen, auf das dunkelste Zeichen gesetzt werden und alle Zeichen ab und inklusive threshold
auf das hellste Zeichen des Zeichensatzes gesetzt werden.clear
löscht den gesamten Bildinhalt, alle Pixel des Bildes werden auf das letzte Zeichen des Zeichensatzes des Bildes gesetzt.filter
type
filtert das Bild mit einem sogenannten Medianfilter. Dadurch wird eine Glättung des Bildes erreicht. Lautet der Paramater (type) anders als median
, soll keine Filterung durchgeführt und "INPUT MISMATCH
" ausgegeben werden. load
eof
liest ein Bild zeilenweise ein und speichert es in das anfangs mit create
erzeugte Bild. Um das Ende der Eingabe zu erkennen, wird als Parameter eine Zeichenkette (eof
) angegeben, die das Ende der Bildeingabe kennzeichnet. Fehlt das Parameter, oder fehlt die eof
-Zeichenkette am Ende der Daten, so soll "INPUT MISMATCH
" ausgegeben werden.print
gibt das ASCII-Bild gefolgt von einer Leerzeile aus. Im Gegensatz zu früheren Runden, erfolgt die Ausgabe nicht mehr automatisch am Ende des Programms, sondern nur bei Eingabe dieses Befehls.replace
oldChar newChar
ersetzt alle Vorkommen eines bestimmten Zeichens (oldChar) im Bild durch ein anderes Zeichen (newChar).undo
macht einen Befehl rückgängig. Gibt es keinen weiteren Befehl, der rückgängig gemacht werden kann, soll "STACK EMPTY
" ausgegeben werden.
Alle hier aufgeführten Befehle können in beliebiger Reihenfolge auftreten. So kann zum Beispiel nach create
erst print
und danach load
folgen. Die genannten Befehle binary
, clear
, filter
, load
und replace
haben entsprechende Klassen, die die Funktionalität implementieren.
Auch wenn bereits die Operationen ausgelagert sind, ist es bisher immer noch erforderlich, dass in der Klasse AsciiShop
die Eingaben verarbeitet, die Parameter für einen bestimmten Befehl eingelesen werden und dann der entsprechende Befehl erzeugt wird. Das Hinzufügen eines neuen Befehls erfordert also, neben der Erstellung einer neuen Operation
-Klasse, auch die Modifikation des Codes in AsciiShop
. Es ist leicht vorstellbar, dass dies problematisch ist, wenn zum Beispiel mehrere Entwickler an einer modularen Applikation arbeiten.
Daher wird in dieser Runde das Aufbereiten der Eingaben und das Erzeugen einer entsprechenden Operation ausgelagert. Hierzu wird für jeden Befehl eine eigene Klasse eingeführt, die das Verarbeiten der Eingaben übernimmt und dann die fertig initialisierte Operation
zurückgibt. Diese sogenannten Fabriken (dieser Name wird gewählt, da analog zu einer Fabrik etwas erzeugt wird, hier eine neue Operation
; dazu werden bestimmte Ressourcen benötigt, hier die entsprechenden Eingaben) alleine führen jedoch nur dazu, dass Code zum Einlesen von Parametern und zur Objekterzeugung aus dem AsciiShop
herausgenommen wird.
In einem nächsten Schritt soll die Auswahl des richtigen Befehls verbessert werden, so dass nicht mehr mit if/else if statisch die richtige Fabrik ausgewählt werden muss. Dazu implementieren alle Fabriken das Interface Factory
und bieten so eine vereinheitlichte Schnittstelle zur Erzeugung der Operationen. Im AsciiShop
können nun alle Factories in einer geeigneten Datenstruktur abgelegt werden und je nach eingegebenem Befehl wird dynamisch die richtige Factory
ausgewählt, die wiederum die benötigte Operation
zurückgibt. All dies ist nur möglich, weil sowohl alle Factories ein gemeinsames Interface, wie auch alle Operationen ein gemeinsames Interface implementieren.
Sie können zu Übungszwecken, nach dem Muster der anderen Operationen, Klassen für die Befehle grow
, line
, transpose
, sowie fill
entsprechend der Spezifikationen der Vorrunden implementieren. Sie können diesen Klassen auch die entsprechenden Befehle zuordnen, dies wird jedoch nicht getestet.
Bonusaufgaben werden nicht im Online-System getestet, die Beurteilung erfolgt erst während des Abgabegesprächs.
Ein Histogramm ist eine graphische Darstellung der Häufigkeitsverteilung metrisch skalierter Merkmale (vgl. Histogramm). Erstellen Sie die Klasse Histogram
, die eine statische Methode public static AsciiImage getHistogram(AsciiImage img)
implementiert. Diese Methode gibt ein neues AsciiImage zurück, das das Histogramm (daher die Häufigkeitsverteilung der verschiedenen Farben) des übergebenen AsciiImage darstellt. Das Histogramm soll folgende Form haben:
.30............#.... ...............#.... .26............#...# ...............#...# .22............#...# ...............#...# .18#...........#...# ...#...........#...# .14#...........#..## ...#...........#..## .10#...........#..## ...#...........#..## ..6#...........#..## ...##..........##### ..2##..#.########### ...#WMBRXVYIti+=;:,. |
Das gesamte Histogramm ist 16 Pixel hoch. Die ersten 3 Spalten sind für Beschriftungen reserviert, danach gibt es für jedes Zeichen des Zeichensatzes eine Spalte. In der letzten Zeile des Histogramms stehen dabei die entsprechenden Zeichen des Zeichensatzes, darüber werden, je nach Anzahl der Vorkommnisse dieses Zeichens, Markierungen angebracht. Die Markierungen des häufigst vorkommenden Zeichens gehen dabei bis ganz nach oben, die anderen im entsprechenden Verhältnis dazu, niedriger. Kommt ein Zeichen gar nicht vor, so gibt es auch keine Markierung. Beim Berechnen der Höhe der Markierungen soll aufgerundet werden.
In den linken drei Spalten werden rechtsbündig in jede zweite Zeile von oben beginnend die Prozente eingetragen. Hierbei werden die Prozente mathematisch gerundet. Als Hintergrund des Histogramms soll stets das Zeichen ‘.
’ verwendet werden, für die Markierungen ‘#
’. Beachten Sie, dass das Histogramm unter Umständen einen größeren Zeichensatz als das Ausgangsbild haben muss, da die Zahlen und die Zeichen für Vordergrund und Hintergrund im Histogramm zulässig sein müssen. Fügen Sie daher bei Bedarf die fehlenden Zeichen dem Zeichensatz hinzu. Stellen Sie dabei aber sicher, dass der Zeichensatz des Histogramms keine Zeichen doppelt beinhaltet.
Mit dem Befehl histogram
wird für das aktuelle AsciiImage
ein Histogramm erzeugt und von einem Zeilenvorschub gefolgt ausgegeben. Dieser Befehl kann nicht rückgängig gemacht werden.
Die folgende Aufzählung umfasst geforderte Methoden, neue und veränderte Methoden sind farblich hervorgehoben, gegenüber der Vorrunde nicht mehr geforderte durchgestrichen. Sie können nach Bedarf Hilfsmethoden und Methoden für freiwillige Aufgaben (Bonusaufgaben, Übungsaufgaben) hinzufügen. Achten Sie auf die korrekte Datenkapselung. Insbesondere sollen Sie sinnvolle Zugriffsmodifikatoren für Variablen (und Methoden) verwenden.
main
-Methode. Sie verarbeitet die Eingaben, erzeugt das AsciiImage
und gibt das Ergebnis aus. Methoden dieser Klasse lesen direkt von System.in
ein und geben direkt auf System.out
aus.
public static void main(String[] args)
public AsciiImage(int width, int height, String charset)
IllegalArgumentException
. Werfen Sie auch eine IllegalArgumentException
, falls das charset
ein Zeichen doppelt enthält oder gar keine Zeichen umfasst.public AsciiImage(AsciiImage img)
public String getCharset()
public int getHeight()
public char getPixel(int x, int y)
IndexOutOfBoundsException
.public char getPixel(AsciiPoint p)
IndexOutOfBoundsException
.public ArrayList<AsciiPoint> getPointList(char c)
public int getWidth()
public void setPixel(int x, int y, char c)
IndexOutOfBoundsException
, falls das Zeichen c
nicht dem Zeichensatz des Bildes entspricht (sprich nicht im charset enthalten ist).public void setPixel(AsciiPoint p, char c)
IndexOutOfBoundsException
, falls das Zeichen c
nicht dem Zeichensatz des Bildes entspricht (sprich nicht im charset enthalten ist).public String toString()
public AsciiPoint(int x, int y)
public int getX()
public int getY()
public String toString()
(x,y)
zurück.AsciiImage
-Objekten speichern, wobei der Zugriff immer nur auf das oberste Element möglich ist. Sie können ihre Implementierung dieser Klasse (zusammen mit AsciiStackNode
) aus der Vorrunde nutzen oder die vorgefertigte Klasse java.util.Stack
verwenden.
public AsciiStack()
public boolean empty()
public AsciiImage pop()
null
zurückgegeben werden.public AsciiImage peek()
null
zurückgegeben werden.public void push(AsciiImage img)
AsciiImage
oben auf den Stack. Ist der Stack zu diesem Zeitpunkt voll, so soll der Stack um increment
vergrößert werden um so das Bild speichern zu können.public int size()
Die folgenden Klassen dienen zur Umsetzung bestimmter Bildoperationen bzw. der Erzeugen dieser. Die Bildoperationen implementieren das Interface Operation
, die erzeugenden Klassen das Interface Factory
, entsprechend der weiter unten beschriebenen Interfaces.
implements Factory
BinaryOperations
.
public BinaryFactory()
BinaryFactory
.public Operation create(Scanner scanner) throws FactoryException
Scanner
das Schwellwert Zeichen ein, erzeugt damit eine neue BinaryOperation
und gibt diese zurück. Tritt beim Einlesen des Zeichens ein Fehler auf, so wird eine FactoryException
geworfen.implements Operation
AsciiImage
in ein Binärbild um.
public BinaryOperation(char threshold)
BinaryOperation
mit dem entsprechenden Schwellwert.public AsciiImage execute(AsciiImage img) throws OperationException
AsciiImage
vorkommen, so wird eine OperationException geworfen.implements Factory
ClearOperations
.
public ClearFactory()
ClearFactory
.public Operation create(Scanner scanner)
ClearOperation
und gibt diese zurück.implements Operation
public ClearOperation()
ClearOperation
.public AsciiImage execute(AsciiImage img)
AsciiImage
zurück, das dem übergebenen AsciiImage
entspricht, wobei alle Zeichen auf das hellste Zeichen, sprich dem letzten Zeichen im Zeichensatz des Bildes, gesetzt sind.implements Factory
MedianOperations
.
public FilterFactory()
FilterFactory
.public Operation create(Scanner scanner) throws FactoryException
median
’ ist, eine neue MedianOperation
zurück. Tritt beim Einlesen des Strings ein Fehler auf, oder ist der String nicht ‘median
’, so wird eine FactoryException
geworfen.implements Factory
LoadOperations
.
public LoadFactory()
LoadFactory
.public Operation create(Scanner scanner) throws FactoryException
eof
-String ein und übergibt in einem String alle Zeilen bis zum abschließenden eof
-String durch Zeilenumbrüche getrennt an den Konstruktor der LoadOperation
. Tritt beim Einlesen ein Fehler auf (eof
fehlt), so wird eine FactoryException
geworfen.implements Operation
AsciiImage
.
public LoadOperation(String data)
LoadOperation
mit den entsprechenden Bilddaten. Diese Bilddaten liegen als String vor, wobei die Bildzeilen durch Zeilenumbrüche (‘\n
’) getrennt sind.public AsciiImage execute(AsciiImage img) throws OperationException
AsciiImage
zurück, das von Größe und Zeichensatz dem übergebenen AsciiImage
entspricht und in das die Daten geladen wurden. Tritt beim Laden ein Fehler auf (zu wenige oder zu viele Daten bzw. ungültige Zeichen), so wird eine OperationException
mit einer entsprechenden Fehlermeldung geworfen.implements Operation
public MedianOperation()
MedianOperation
.public AsciiImage execute(AsciiImage img)
implements Factory
ReplaceOperations
. Diese Klasse wird zu Anschauungszwecken vollständig implementiert zur Verfügung gestellt, sie können diese Klasse jedoch auch selber implementieren.
public ReplaceFactory()
ReplaceFactory
.public Operation create(Scanner scanner) throws FactoryException
Scanners
zwei Zeichen ein und gibt eine damit initialisierte neue ReplaceOperation
zurück. Tritt beim Einlesen ein Fehler auf (zu wenig Parameter), so wird eine FactoryException
geworfen.implements Operation
public ReplaceOperation(char oldChar, char newChar)
ReplaceOperation
die alle Zeichen oldChar
durch newChar
ersetzt.public AsciiImage execute(AsciiImage img) throws OperationException
AsciiImage
zurück, in dem alle Vorkommnisse des Zeichen oldChar
durch das Zeichen newChar
ersetzt worden sind. Falls das neue Zeichen nicht im Zeichensatz des AsciiImage
enthalten ist, soll eine neue OperationException
mit entsprechender Fehlermeldung geworfen werden.Interfaces und Exceptions.
extends Exception
Exception
und wird zum Behandeln aller Fehlerfälle, die in einer Factory
, also beim Einlesen von Parametern oder dem Erzeugen eines Befehls, auftreten, eingesetzt. Sie können bei Bedarf auch noch weitere Konstruktoren definieren.
public FactoryException()
FactoryException
. Ruft den entsprechenden Super-Konstruktor in der Klasse Exception
auf.public FactoryException(String message)
FactoryException
mit der entsprechenden Fehlerbeschreibung. Ruft den entsprechenden Super-Konstruktor in der Klasse Exception
auf.public Operation create(Scanner scanner) throws FactoryException
Operation
. Welche konkrete Operation
erzeugt wird, hängt von der implementierenden Factory
ab. Bei Bedarf liest diese Methode vom übergebenen Scanner
Parameter ein. Sollten Parameter fehlen oder von einem falschen Typ sein, so soll eine FactoryException
geworfen werden.extends Exception
Exception
und wird zum Behandeln aller Fehlerfälle, die beim Ausführen von Operationen auftreten, eingesetzt. Sie dürfen bei Bedarf auch noch weitere Konstruktoren definieren.
public OperationException()
OperationException
. Ruft den entsprechenden Super-Konstruktor in der Klasse Exception
auf.public OperationException(String message)
OperationException
mit der entsprechenden Fehlerbeschreibung. Ruft den entsprechenden Super-Konstruktor in der Klasse Exception
auf.public AsciiImage execute(AsciiImage img) throws OperationException
AsciiImage
zurück. Das übergebene AsciiImage
wird von der Methode nicht verändert. Mögliche Parameter der Operation müssen im Konstruktor übergeben werden. Sollte beim Ausführen der Operation ein Fehler auftreten, so soll eine OperationException
geworfen werden.
Beachten Sie die allgemeinen Hinweise zur Installation und zur Ein-/Ausgabe, sowie zur Abgabe und zur Beurteilung in den FAQ.
Die Klasse AsciiImage
wirft ausschließlich spezielle RuntimeExceptions
. Diese müssen nicht in der Methodensignatur angegeben werden und sollten auch nur sparsam eingesetzt werden. Sie dienen dazu, fehlerhafte Verwendungen von Methoden aufzuzeigen und sollten daher auch nicht gefangen werden. In Ihrem Programm können zwei weitere Arten von Exceptions auftreten. Tritt beim Einlesen der Parameter eines Befehls ein Fehler auf, so wirft die entsprechende Factory
eine FactoryException
. Fangen Sie diese ab und weisen Sie so den Benutzer auf eine fehlerhafte Eingabe hin. Sind die Parameter erfolgreich eingelesen, kann beim Ausführen des Befehls auf einem konkreten Bild ein Problem auftreten. So kann das übergeben Zeichen nicht im Zeichensatz des aktuellen Bildes sein. In diesem Fall wird eine OperationException
geworfen, die Sie wiederum im AsciiShop
behandeln müssen.
Legen Sie am besten alle Factories in eine HashMap ab, wobei die Schlüssel die entsprechenden Befehle sind. Dies ist dann die einzige Stelle, an der ein neuer Befehl hinzugefügt werden muss. Wird ein Befehl eingelesen, so muss überprüft werden, ob es eine entsprechende Factory in der HashMap gibt. Von dieser Factory kann dann die Operation abgefragt werden. Diese Operation kann anschließend ausgeführt werden. Hierbei kann immer mit den Interfaces gearbeitet werden, sprich es ist hier für den AsciiShop
unerheblich, welche konkrete Implementierung der Interfaces vorliegt.
Nutzen Sie bei der Implementierung der BinaryOperation
möglichst viel der bereits bestehenden Funktionalität, sprich Methoden in AsciiImage
und andere Operationen.
Wenn Sie Fragen zur Implementierung oder auch zu Java haben, können Sie das Informatik-Forum nutzen. Im Rahmen der wöchentlichen Laborien stehen Tutoren für Fragen zur Verfügung. | ||
Informatik-Forum | Laborien |
Der erste Befehl muss create
, gefolgt von Breite und Höhe sowie dem Zeichensatz des Bildes sein. Danach können in beliebiger Reihenfolge beliebige viele der oben definierten Befehle folgen. Beachten Sie jedoch, dass der create
Befehl nur einmal (nämlich als erster Befehl) auftreten darf. Sie dürfen davon ausgehen, dass die mittels load
eingelesenen Bilddaten keine Leerzeichen enthalten. Sie können weiters davon ausgehen, dass die gesamte Eingabe nicht leer ist.
Bei jedem Aufruf von print
soll das Bild korrekt formatiert und von einer Leerzeile gefolgt, ausgegeben werden. Wird undo
eingegeben, so wird, falls der Stack leer ist, "STACK EMPTY
" ausgegeben. Im Gegensatz zur vorherigen Runde, wird die Stack Belegung nun nicht mehr ausgegeben.
Geben Sie "INPUT MISMATCH
" aus und brechen Sie die weitere Verarbeitung ab, falls einer der folgenden Fehler auftritt:
create
load
-Befehl fehlt das eof
Parameter oder das abschließende eof
filter
steht nicht `median'
.Geben Sie auch "INPUT MISMATCH
" aus, falls bei der Erzeugung eines Befehls eine FactoryException
auftritt. Geben Sie bei allen Fehlern, die in einer Operation
Klasse ausgelöst werden (also bei denen eine OperationException
geworfen wird), "OPERATION FAILED
" aus und brechen Sie die weitere Verarbeitung ab. Dies sind insbesondere folgende Fälle:
load
-Befehl und dem Endzeichen sind mehr oder weniger Zeilen als das Bild hatGeben Sie "UNKNOWN COMMAND
" aus und brechen Sie die weitere Verarbeitung ab, falls einer der folgenden Fehler auftritt:
create
folgt (später) ein unbekannter Befehl.create
folgt (später) erneut der Befehl create
.
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