Writer範本

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井允溥
5 years ago
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1 程式作業 : 彈跳球作業 : 撰寫程式 (bouncingballs.py) 使 n 個不同大小不同質量的球在視窗中來回彈跳, 並且遵循彈性碰撞原理說明 : 1. 上次作業中, 程式的演算法是利用 Circle 類別來產生 n 個球, 亦即 ball[ ] 串列, 然後宣告 vx[ ] 及 vy[ ] 兩個串列分別來紀錄每個球在 x 及 y 方向的速度若將 ball, vx, vy 等變數設為區域變數然後再在函式間以參數傳遞, 如此作法會使程式看起來很複雜若設定為全域變數, 雖然看來較簡潔, 但全域變數有很多缺點, 應該盡量避免 ( 見附註 ) 此一困境可利用物件導向的方法來解決, 本作業將採用物件導向的方法來設計程式此外, 在上次作業中, 球的移動僅考慮碰到視窗邊緣時需要反彈, 球與球的碰撞則不考慮本作業會考慮此特性. 設計球類別 :graphics.py 中的 Circle 類別已可產生球物件, 但 Circle 內部沒有速度變數, 因此可以利用物件繼承的觀念來產生一個新類別 Ball, 繼承自 Circle,Circle 稱為父類別,Ball 稱為子類別, 然後再將球的速度變數設定為球的內部資料即可 (a) Python 的類別宣告格式為 class classname: 或 class classname(...):, 後者小括號裡是其他類別的名稱, 則表示繼承自該類別, 即父類別 (b) 類別中可以宣告設定初始值之函式 def init (self,...):, 在產生物件時會自動執行該函式利用類別產生物件之格式為 :object = classname(...), 依據 init () 函式的宣告, 可傳入所需要的參數類別中的函式亦稱為該類別的方法 (c) 在 init () 函式中, 由於物件本身尚未產生完成, 無法使用物件名稱, 故 python 設計一個 self 物件代表自己因此, 類別中的變數均可使用 self.variable 方式存取 (d) 如果需要執行父類別的方法, 可以直接以 parentclass.method() 格式執行 (e) 以下範例程式片段宣告 Ball 類別 : 1 class Ball(Circle): def init (self, center, radius, mass, vx, vy, color): 3 Circle. init (self, center, radius) 4 self.mass = mass 5 self.vx = vx 6 self.vy = vy 7 Circle.setFill(self, color) 說明 : 第 1 行 :Ball 類別宣告, 父類別為 Circle 第行 : 定義 init () 初始函式, 接受 self, center, radius, mass, vx, vy, color 等參數, 其中 self 參數一定要有, 如此在 init () 方法中才能存取本身物件的變數但是在利用類別產生物件時, 則不需給 self 參數, 例如 :ball = Ball(center, radius, mass, vx, vy, color) 第 3 行 : 執行父類別的 init () 函式, 透過父類別的函式設定 center 及 radius 變數第 4~6 行 : 設定質量及速度等變數 1

2 第 7 行 : 執行父類別的 setfill() 函式設定顏色 (f) 請設定每個球的半徑質量速度及顏色等初始值均不同 3. 彈性碰撞 (Elastic collision): 球與球之間球與視窗邊緣均會發生碰撞, 在上次作業中, 球與視窗邊緣的碰撞問題已解決 : 只要將相關速度反向即可假設球與球之間的碰撞為完全彈性碰撞, 亦即沒有能量耗損, 球的形狀亦不變, 則兩球之間的碰撞遵循動量守恆定律, 亦即碰撞前後的總動量不變 : 此外, 碰撞前後的總動能亦不變 : 一維碰撞 : = m = m m = m + m, = + m 二維碰撞 : 將球速分為平行及垂直兩個向量, 垂直向量在碰撞後維持不變, 平行向量則遵循一維碰撞原理 v b 球 v a v b v b v b1 v v a1 m b1 球 1 v a v a 1 = m v +m a 1 + m v +m a, v a = v a1 + m v a = v a1 +v b 1, = v a +v b 4. 碰撞偵測 : 當兩球的中心距離小於或等於兩球的半徑和時, 即發生碰撞對於球 b i 而言, 必須偵測是否與其他所有球發生碰撞 :b j, 1 j n, i j 不要重複偵測兩球是否

3 碰撞 :b i b j, b j b i 5. 處理兩球彈性碰撞的函式 resolvecollision.py 如下, 其中參數 b1 與 b 為兩個球物件, 參數 ed 則為碰撞彈性係數 (0 <= ed <=1), 若 ed 為 1, 表示是完全彈性碰撞該程式已部份完成, 紅色指令尚未完成 resolvecollision.py def resolvecollision(b1, b, ed): # Set x1, y1 to be the center of ball 1 x1, y1 =... # Set x, y to be the center of ball x, y =... # Set d to be the sum of the radii of balls 1 and d =... # Detect collision and returns if no collision occurs if...: return # Collision happened: # Calculate the distance between ball1 and ball: dx, dy = x-x1, y-y1 distance =... # Calculate the perpendicular vectors: vp1 and vp vx1, vy1 = b1.vx, b1.vy vx, vy = b.vx, b.vy vp1 =... vp =... # Two balls should have collided at time t-dt, # so we should move the two ball backward dt =(d-distance)/(vp1-vp) backx1, backy1 = vx1*dt, vy1*dt backx, backy = vx*dt, vy*dt b1.move(-backx1, -backy1) b.move(-backy, -backy) x1, y1 = x1-backx1, y1-backy1 x, y = x-backx, y-backy # Recalculate: # Distance between two balls dx, dy = x-x1, y-y1 distance =... # Unit vector in the direction of the collision ax, ay = dx/distance, dy/distance # Projection of the velocities in these axes va1, vb1 = vx1*ax+vy1*ay, -vx1*ay+vy1*ax va, vb = vx*ax+vy*ay, -vx*ay+vy*ax # New velocities after collision vap1 = va1 + (1+ed)*(va-va1)/(1+b1.mass/b.mass) vap = va + (1+ed)*(va1-va)/(1+b.mass/b1.mass) # Undo the projections vx1, vy1 = vap1*ax-vb1*ay, vap1*ay+vb1*ax # new vx,vy for ball 1 after collision vx, vy = vap*ax-vb*ay, vap*ay+vb*ax # new vx,vy for ball after collision # Move time forward b1.move(vx1*dt, vy1*dt) b.move(vx*dt, vy*dt) # Restore data b1.vx, b1.vy = vx1, vy1 b.vx, b.vy = vx, vy # end resolvecollision 3

輸出 : 附註 : 為什麼應該盡量避免使用全域變數 (Global variables) 無區域性當程式碼只牽涉自身的範圍內是最容易了解的, 全域變數可以被程式的其他部份讀取或修改, 因此很難記得或了解該變數的使用方式或時機無法進行存取控制或限制檢查全域變數可以被程式的各個部份讀取或設定 (get/set), 因此全域變數的使用規則很容易就被破壞或忘記 ( 也就是說,

4 輸出 : 附註 : 為什麼應該盡量避免使用全域變數 (Global variables) 無區域性當程式碼只牽涉自身的範圍內是最容易了解的, 全域變數可以被程式的其他部份讀取或修改, 因此很難記得或了解該變數的使用方式或時機無法進行存取控制或限制檢查全域變數可以被程式的各個部份讀取或設定 (get/set), 因此全域變數的使用規則很容易就被破壞或忘記 ( 也就是說, 變數的修改應使用專屬的讀取或設定程式較好, 盡量避免直接存取 ) 進一步來看, 缺乏存取控制會造成很大的安全問題, 尤其是在使用第三方程式的時候隱含的連結在一個具有許多全域變數的程式中, 全域變數之間會產生連結, 使用全域變數的函式也會和這些變數產生連結, 如果能將具有連結的變數及函式組合成為一個凝聚的單元, 會使程式的結構更好同步問題如果全域變數可以被程式的多個執行緒分別存取, 就必須處理同步問題 ( 這點常被忽略 ) 如果某程式利用全域變數來動態連結程式模組, 即使經過大量測試都沒問題, 該程式可能還是不安全 (not thread-safe) 名稱空間污染全域變數名稱到處都可看到, 程式設計師可能一不小心就使用到相同的名稱, 還以為那是區域變數此外, 當程式所連結的許多模組中有相同的全域變數名稱, 會造成連結錯誤, 這還算是幸運的, 如果連結器將這些全域變數都是為相同物件而沒有產生錯誤訊息, 那麼問題就更嚴重了記憶體配置問題有些程式環境在配置全域變數記憶體時是有點微妙的, 尤其是某些程式語言的建構器 (Constructor) 的功能有副作用 (Side-effect), 因為很有可能兩個全域變數彼此依賴而造成不安全的狀態另外, 在動態連結程式模組方面, 到底這些模組是分別有自己的全域變數但只是名稱相同, 還是他們根本就是分享相同的全域變數, 會造成混淆不清的結 4

5 果測試與改善使用全域變數的程式較難測試, 因為各個測試之間無法建構一個乾淨的環境尤其在通訊系統的測試中, 常常需要同時執行多個相同程式, 這時候就可能會有多個全域變數, 這和使用全域變數的目的完全相反, 更會造成不可知的結果 5

投影片 1

投影片 1 資料庫管理程式 ( 補充教材 -Part2) 使用 ADO.NET 連結資料庫 ( 自行撰寫程式碼以實現新增刪除修改等功能 ) Private Sub InsertButton_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles InsertButton.Click ' 宣告相關的 Connection