01204111 model codes

ตัวอย่างโปรแกรมที่ควรเขียนได้และเข้าใจเมื่อเรียนเนื้อหาแต่ละส่วน

แนะนำคอมพิวเตอร์และการโปรแกรม

• 1 คาบ
• องค์ประกอบคอมพิวเตอร์เบื้องต้น
  • ฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และระบบปฏิบัติการ
• การแทนข้อมูล
• ระบบเลขฐาน
• เครือข่ายคอมพิวเตอร์และอินเทอร์เน็ต (?)
• มโนทัศน์การโปรแกรม
  • ภาษาระดับต่ำ
  • ภาษาระดับสูง
  • การแปลภาษา
  • ขั้นตอนวิธีและการแตกปัญหาเป็นปัญหาย่อย
  • โฟลว์ชาร์ท

ตัวอย่างโปรแกรม

โปรแกรมการกินข้าว

1. ขณะที่ ข้าวในจานยังไม่หมด ให้ทำดังนี้
1.1    ถ้า ยังกินไหว ให้ทำดังนี้
1.1.1      ตักข้าวเข้าปาก
1.2    ถ้าไม่เช่นนั้น
1.2.1      เลิกกิน
2. ถ้า ยังไม่อิ่ม และ เงินยังไม่หมด ให้ทำดังนี้
2.1    ซื้อข้าวอีกจาน
2.2    กลับไปทำข้อ 1

ตัวแปร นิพจน์ โปรแกรมเชิงลำดับอย่างง่าย อินพุต/เอาท์พุต

• 1 คาบ
• แนะนำ data type เท่าที่จำเป็น
  • int สำหรับจำนวนเต็ม (ไม่ต้องมี short หรือ byte)
  • double สำหรับทศนิยม (ไม่ต้องมี float)
  • char
  • string
• ตัวดำเนินการพื้นฐาน +, -, *, /, %
  • ลำดับความสำคัญ และวงเล็บ
  • ยังไม่ต้องสอน ++, --, += และ -= ในตอนนี้
• อาศัย interactive shell ในการแสดงลำดับการคำนวณ การใช้ตัวแปร และการนำเอาลำดับเหล่านี้มารวมกันเป็นโปรแกรมเพื่อทำงานทีเดียว
•  ??การประกาศตัวแปรด้วยคีย์เวิร์ด var
• การใช้ Console.ReadLine() และ Console.WriteLine() เมื่อเริ่มนำมาเขียนเป็นโปรแกรม
• แทรกเกร็ดเรื่อง formatting โดยใช้ Console.Write() ไปเรื่อย ๆ
•  ?? ไม่ต้องสอนการประกาศตัวแปรแบบ const
• ไม่ต้องสอน ConvertTo() และการทำ type casting ระหว่างตัวเลขเป็นตัวอักษร (เช่น (int)'A' หรือ (char)65)

โปรแกรมย่อยและไลบรารี

• เป้าหมาย: การใช้โปรแกรมย่อยเพื่อการแบ่งปัญหาเป็นปัญหาย่อย และเพื่อให้โปรแกรมอ่านเข้าใจง่าย (ไม่ใช่เพื่อทำให้โปรแกรมสั้นลง)
• 1 คาบ
• การเรียกใช้ฟังก์ชันในคลาส Math และทบทวนการเรียกใช้ฟังก์ชันที่เคยทำมาแล้ว (ReadLine, WriteLine, Parse ฯลฯ)
• การสร้างโปรแกรมย่อยและฟังก์ชันขึ้นมาด้วยตนเองเพื่อคำนวณสูตรที่ไม่มีให้ในไลบรารี
• พารามิเตอร์และการส่งค่า
  • ความหมายของพารามิเตอร์และอาร์กิวเมนต์
  • ครอบคลุมเฉพาะ pass by value
  •  ?? การกำหนดพารามิเตอร์ด้วย keyword argument ตัวอย่างเช่น

ขยาย

คลิก "ขยาย" เพื่อดูตัวอย่างโปรแกรม

double bmi(double weight, double height)
{
  return weight/(height*height)*10000;
}

Console.WriteLine(bmi(height:175,weight:72));

• สโคปของตัวแปร

ลำดับของโปรแกรมที่จะพัฒนา

1. โปรแกรมคำนวณพื้นที่วงกลม 1

ขยาย

ตัวอย่างแรกสุดที่แสดงการเรียกโปรแกรมย่อยโดยไม่ต้องส่งพารามิเตอร์ใดๆ เพื่อแสดง top-down design ขั้นพื้นฐาน

using System;

namespace SRch1_circleArea
{
	class CircleArea {
		static void Main() {
			ComputeCircleArea();
			Console.ReadKey(true);
		}
		static void ComputeCircleArea() {
			Console.Write("Enter a radius:");
			double radius = double.Parse(Console.ReadLine());
			double area = Math.PI*radius*radius;
			Console.WriteLine("Area of a circle with radius {0} is {1}", radius, area);
		}
	}
	
}

2. โปรแกรมคำนวณพื้นที่วงกลม 2

ขยาย

ทำงานเดียวกับโปรแกรมแรก แต่มีการเรียกโปรแกรมย่อยที่มีพารามิเตอร์แบบ pass by value และรีเทิร์นผลลัพธ์ แสดงการออกแบบโปรแกรมแบบ modular และ stepwise refinement มากยิ่งขึ้น

using System;

namespace SRch1_circleArea_v2
{
	class CircleArea 
	{
		static void Main() 
		{
			double radius = readDouble("Enter a radius:");
			double area = circleArea(radius);
			Console.WriteLine("Area of a circle with radius {0} is {1}", radius, area);
			Console.ReadKey(true);
		}
		static double readDouble(string prompt) {
			Console.Write(prompt);
			double d = double.Parse(Console.ReadLine());
			return d;
		}
		static double circleArea(double r) 
		{
			return Math.PI*r*r;
		}
	}
	
}

3. โปรแกรมคำนวณค่าเฉลี่ยของตัวแปร 3 ตัว (version 2)

ขยาย

หาค่าเฉลี่ยของจำนวนเต็มสามตัว เป็นโปรแกรมที่ปรับมาจากโปรแกรมที่ Main ทำทุกอย่าง เป็นอีกตัวอย่างที่แสดงการใช้โปรแกรมย่อย

using System;

namespace SRch2_averageOfThree
{
	class averageOfThree
	{
		public static void Main()
		{
			/* read three integers */
			int a1 = readInt("1st value: ");
			int a2 = readInt("2nd value: ");
			int a3 = readInt("3rd value: ");
					
			/* compute and output their average */
			Console.WriteLine("average is {0}", average3(a1,a2,a3));
			
			Console.ReadKey(true);
		}
		
		static double average3(int x, int y, int z) 
		{
			return (x+y+z)/3.0;
		}

		static int readInt(string prompt)
		{
			Console.Write(prompt);
			int i = int.Parse(Console.ReadLine());
			return i;
		}
	}
}

4. โปรแกรมคำนวณค่าเฉลี่ยของตัวแปร 3 ตัว (version 3)

ขยาย

หาค่าเฉลี่ยของจำนวนเต็มสามตัว ใช้ out พารามิเตอร์ในการส่งค่ากลับ

using System;

namespace SRch2_averageOfThree  //version 3 - more modular
{
	class averageOfThree
	{
		public static void Main()
		{
			int a1, a2, a3;
			read3integers(out a1, out a2, out a3);				
			Console.WriteLine("average is {0}", average3(a1,a2,a3));
			
			Console.ReadKey(true);
		}
		
		static void read3integers(out int x, out int y, out int z)
		{
			x = readInt("1st value: ");
			y = readInt("2nd value: ");
			z = readInt("3rd value: ");

		}
		
		static double average3(int x, int y, int z) 
		{
			return (x+y+z)/3.0;
		}

		static int readInt(string prompt)
		{
			Console.Write(prompt);
			int i = int.Parse(Console.ReadLine());
			return i;
		}
	}
}

5. โปรแกรมคำนวณพื้นที่สี่เหลี่ยมคางหมู

ขยาย

ปรับแก้จากตัวอย่างการคำนวณค่าเฉลี่ย แสดงตัวอย่างการนำโปรแกรมที่แบ่งโครงสร้างที่ดีไว้แล้วมาปรับแก้

using System;

namespace SRch2_trapezoid
{
	class Program
	{
		public static void Main()
		{
			double side1, side2, height;
			Console.WriteLine("Give me the size of your trapezoid.");
			readTrapezoid(out side1, out side2, out height);				
			Console.WriteLine("Trapezoid's area is {0}", trapezoidArea(side1, side2, height));
			
			Console.ReadKey(true);
		}
		
		static void readTrapezoid(out double a, out double b, out double h)
		{	// read the two parallel side lengths (a and b), and height of a trapezoid (h)
			a = readDouble("Parallel side 1's length: ");
			b = readDouble("Parallel side 2's length: ");
			h = readDouble("Height: ");

		}
		
		static double trapezoidArea(double a, double b, double h)
		{
			return 0.5*(a+b)*h;
		}

		static double readDouble(string prompt)
		{
			Console.Write(prompt);
			double d = double.Parse(Console.ReadLine());
			return d;
		}
	}
}

โปรแกรมตัวอย่างอื่น ๆ

หาพื้นที่สี่เหลี่ยม

ขยาย

ตัวอย่างแสดงการแยกส่วนของการคำนวณเป็นโปรแกรมย่อย

using System;

class MainClass
{
    static double SquareArea (double sideLength)
    {
        return sideLength * sideLength;
    }

    public static void Main (string[] args)
    {
        double s = Double.Parse (Console.ReadLine ());
        double area = SquareArea (s);
        Console.WriteLine ("{0}", area);
    }
}

ตัวอย่าง 2 (มีการใช้หลาย method)

TODO

ตัวอย่าง 3 (มีการใช้หลาย method, ใน method มีการเรียนใช้ method อื่น)

TODO

นิพจน์เชิงตรรกและโครงสร้างคำสั่งแบบทางเลือก

• ทุกตัวอย่างมีการใช้โปรแกรมย่อยเสมอ

ตัวอย่างโปรแกรมอื่น ๆ

แก้สมการกำลังสอง

ขยาย

ส่วนแรกเป็นโปรแกรมหลักที่รับสัมประสิทธิ์ a,b,c และเรียกใช้โปรแกรมย่อยในการประมวลผล

    public static void Main (string[] args)
    {
        double a, b, c;
        ReadCoefficients (a, b, c);

        SolveAndOutput (a, b, c);
    }

ขยาย

เขียนเมท็อด ReadCoefficients

    static void ReadCoefficients(out double a, out double b, out double c)
    {
        Console.Write ("Please enter a:");
        a = ReadDouble ();
        Console.Write ("Please enter b:");
        b = ReadDouble ();
        Console.Write ("Please enter c:");
        c = ReadDouble ();
    }

ขยาย

ที่ใช้เมท็อด ReadDouble

    static double ReadDouble()
    {
        string line = Console.ReadLine ();
        return Double.Parse (line);
    }

ขยาย

โครงหลักของการแก้สมการ SolveAndOutput มีเงื่อนไขเกี่ยวกับค่า $b^{2}-4ac$ ที่ต้องรวมการแสดงผลไว้ด้วยเพราะว่าแสดงผลได้สองแบบ (และเรายังคืนค่าเป็น complex ไม่เป็น) ซึ่งถ้าแบ่งงานอีกแบบคือให้โปรแกรมย่อยคืนค่าเป็นจำนวนเชิงซ้อนตลอดเวลา ก็จะเขียนได้สะอาดกว่านี้

    static void SolveAndOutput(double a, double b, double c)
    {
        if (HasRealSolutions (a, b, c)) {
            double sol1, sol2;
            FindRealSolutions (a, b, c, sol1, sol2);
            OutputRealSolutions (sol1, sol2);
        } else {
            double realPart, imgPart;
            FindComplexSolutions (a, b, c, realPart, imgPart);
            OutputComplexSolutions (realPart, imgPart);
        }
    }

ขยาย

ส่วนตรวจสอบว่ามีคำตอบเป็นจำนวนจริง (ไม่ได้ตรวจว่ามีคำตอบเดียวหรือเปล่า --- สามารถเก็บไปเป็นการบ้านที่ทำในแลบได้)

    static double CalculateInnerTerm(double a, double b, double c)
    {
        return b * b - 4 * a * c;
    }

    static bool HasRealSolutions(double a, double b, double c)
    {
        return CalculateInnerTerm (a, b, c) >= 0;
    }

ขยาย

เมท็อดที่เหลือในการหาคำตอบกรณีคำตอบเป็นจำนวนจริง

    static bool FindRealSolutions(double a, double b, double c,
                                  out double sol1, out double sol2)
    {
        double innerTerm = CalculateInnerTerm (a, b, c);

        sol1 = (-b + Math.Sqrt(innerTerm)) / (2 * a);
        sol2 = (-b - Math.Sqrt(innerTerm)) / (2 * a);
    }

    static void OutputRealSolutions(double sol1, double sol2)
    {
        Console.WriteLine ("There are two real solutions: {0} and {1}", sol1, sol2);
    }

ขยาย

กรณีทีคำตอบเป็น complex (และไม่เป็นจำนวนจริง)

    static void FindComplexSolutions(double a, double b, double c, 
                                     out double realPart, out double imgPart)
    {
        double innerTerm = CalculateInnerTerm (a, b, c);

        realPart = -b / (2 * a);
        imgPart = Math.Sqrt(-innerTerm) / (2 * a);
    }

    static void OutputComplexSolutions(double realPart, double imgPart)
    {
        Console.WriteLine ("There are two complex solutions: {0}+{1}i and {0}-{1}i", realPart, imgPart);
    }

คิดค่าส่งไปรษณีย์

ขยาย

แสดงการแบ่งงานเป็นหลายกรณี

using System;

class MainClass
{
    const double MinWeightThreshold = 100;

    static double CalculatePrice (double weight)
    {
        if (weight < MinWeightThreshold) {
            return 1;
        } else {
            return weight / 100;
        }
    }

    static double CalculatePriceWithFastDelivery (double weight)
    {
        if (weight < MinWeightThreshold) {
            return 5;
        } else {
            double wlevel = weight / 100;
            return 5 * wlevel * wlevel;
        }
    }

    public static void Main (string[] args)
    {
        Console.Write ("Package weight:");
        double weight = Double.Parse (Console.ReadLine ());
        Console.Write ("Fast delivery? (Y/N)");
        string answer = Console.ReadLine ();
        double price;

        if ((answer == "Y") || (answer == "y")) {
            price = CalculatePriceWithFastDelivery (weight);
        } else {
            price = CalculatePrice (weight);
        }

        Console.Write ("You have to pay {0} baht.", price);
    }
}

โครงสร้างคำสั่งแบบทางเลือกหลายชั้น

• ไม่ต้องสอน switch/case
• ใช้ flow-chart และตัวอย่างเยอะ ๆ

ตัวอย่างโปรแกรม

คำนวณค่ามากที่สุดของจำนวนสามจำนวน

ขยาย

แสดงตัวอย่างการเขียนใน 8 รูปแบบ (ถ้าไม่ได้สอน expression ที่ใช้ ?: คงไม่ต้องยกตัวอย่างรูปแบบที่ 7/8)

using System;

namespace max_of_3_many_versions_modular
{
	class Program
	{
		public static void Main(string[] args)
		{
			Console.WriteLine("Hello World! We'll find the max of 3 integers.");
			
			// read 3 integers
			int x = readInt("Enter 1st integer: ");
			int y = readInt("Enter 2nd integer: ");
			int z = readInt("Enter 3rd integer: ");
			
			Console.WriteLine("version 1: max = {0}", max3ver1(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 2: max = {0}", max3ver2(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 3: max = {0}", max3ver3(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 4: max = {0}", max3ver4(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 5: max = {0}", max3ver5(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 6: max = {0}", max3ver6(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 7: max = {0}", max3ver7(x, y, z));
			Console.WriteLine("version 8: max = {0}", max3ver8(x, y, z));

			Console.ReadKey(true);
		}
		
		static int readInt(string prompt)
		{
			Console.Write(prompt);
			return int.Parse(Console.ReadLine());
		}

		// version 1: (if without else) 
		// exactly 6 comparisons in all cases
		static int max3ver1(int a, int b, int c)
		{
			int max = int.MinValue; // to please the compiler
			if (a >= b && a >= c)
				max = a;
			if (b >= a && b >= c)
				max = b;
			if (c >= a && c >= b)
				max = c;
			return max;
		}
		
		// version 2: (if without else) 
		// a little more efficient than version 1
		// performs 2 to 6 comparisons depending on inputs
		static int max3ver2(int a, int b, int c)
		{
			if (a >= b && a >= c)
				return a;
			if (b >= a && b >= c)
				return b;
			if (c >= a && c >= b)
				return c;
			return int.MinValue; // to please the compiler
		}
		
		// version 3: (nested if-else is used) 
		// still more efficient than version 2
		// only 2 or 3 comparisons depending on inputs
		static int max3ver3(int a, int b, int c)
		{
			if (a >= b && a >= c) // try a
				return a;
			else // a is not the max
				if (b > c)
					return b;
				else
					return c;
		}
		
		// version 4: (nested if-else is used) 
		// a little more efficient than version 3
		// exactly 2 comparisons in all cases
		static int max3ver4(int a, int b, int c)
		{
			if (a > b)
				// b is not the max
				if (a > c)
					return a;
				else
					return c;
			else // a is not the max
				if (b > c)
					return b;
				else
					return c;
		}

		// version 5: (no nested if, just a sequence of if's) 
		// exactly 2 comparisons in all cases
		// not more efficient than version 4 
		// but more easily extended to 4 or more integers
		static int max3ver5(int a, int b, int c)
		{
			int max;
			if (a > b)
				max = a;
			else
				max = b;
			if (c > max)
				max = c;
			return max;
		}
		
		// version 6: a cute, enlightening, climactic, lazy-programming version
		// This version is probably hailed by Lao zi as well as the Jedi order
		// By the way, it actually has exactly the same logic as version 5.
		static int max3ver6(int a, int b, int c)
		{
				return Math.Max(Math.Max(a,b),c);
		}
		
		// version 7: a non-readable C-style version (lol ha ha ha)
		// However this version actually has exactly the same logic as version 5 and 6.
		static int max3ver7(int a, int b, int c)
		{
			int max;
			if (c > (max=a>b?a:b))
			    max = c;
			return max;
		}
		
		// version 8: even less readable, uglily elegant version (can't laugh now)
		// We are entering the dark side here.
		// Nevertheless this version still has exactly the same logic as version 5, 6, and 7.
		static int max3ver8(int a, int b, int c)
		{
			int max;
			return (max=a>b?a:b) > c ? max:c;
		}

	}
}

โครงสร้างคำสั่งแบบวนซ้ำ

Notes: while, do-while ใช้ flow-chart ช่วย, แทรก ++/-- ณ จุดนี้

โครงสร้างคำสั่งแบบวนซ้ำและอาร์เรย์ 1 มิติ

Notes: for-loop, ใช้ flow chart ไฟล์อินพุต

โครงสร้างคำสั่งแบบวนซ้ำหลายชั้น

Notes: continue และ break

โปรแกรมย่อยขั้นสูง

Notes: เช่น pass by reference, ส่ง array เข้าเมท็อด, string processing

อาเรย์หลายมิติ

Notes: นำเข้าข้อมูลจาก csv

การแก้โจทย์เชิงประยุกต์

Notes: เสริมเนื้อหาเช่น GUI