Введение в ООП

Работа с файлами

Ввод данных с клавиатуры в процессе выполнения программы удобен только в случае небольших объемов. В других ситуациях необходимо чтение информации из заранее подготовленного файла.

Для работы с файлом при помощи метода new создается экземпляр класса File. Обязательным аргументом этого метода является строка, содержащая имя файла, например,

f = File.new("myfile.txt")

Другим (необязательным) аргументом является задание режима работы с файлом. По умолчанию этот параметр имеет значение " r ", что соответствует режиму "только чтение". Если требуется открыть файл с возможностью записи в него, то следует указать параметр " w ", например,

f1 = File.new("newfile.txt", "w")

Метод readlines считывает весь файл, создает массив и размещает каждую прочитанную строку в отдельном элементе массива При дальнейшей обработке полученного массива удобно использовать метод each.

Для вывода строки в выходной поток (в файл или на экран монитора) используется метод write, например,

a = "Hello, world!"
f1.write(a)

Задача

Имеется текстовый файл fio.txt, содержащий список фамилий, имен и отчеств учащихся. При этом каждая строка файла содержит данные только об одном человеке, например,

Петров Сергей Васильевич
Сидорова Ольга Петровна
Иванова Марья Даниловна

Напишите программу, которая читает информацию из файла и

1. печатает пронумерованный список учеников;
2. печатает пронумерованный список фамилий и инициалов.

Решение 1

f = File.new("fio.txt")
n = 1
student = f.readlines
student.each{ |i|
  print n, ". ", i
  n += 1
}

Отметим, что программа должна располагаться в той же директории, что и файл с данными. В противном случае необходимо указывать полный путь к этому файлу.

Для получения инициалов каждую строку полученного массива преобразуем в массив, элементами которого будут фамилия, имя и отчество. Затем фамилию печатаем полностью, а вместо следующих элементов массива - только их первый символ. Для преобразования строки в массив используется ранее рассмотренная функция split. Напомним, что параметром по умолчанию этой функции является пробел.

Решение 2

f = File.new("fio.txt")
n = 1
student = f.readlines
student.each{ |i|
  i.chop!
  fio = i.split
  print n, ". ", fio[0], " ", fio[0][0].chr, ". ",
    fio[1][0].chr, ".\n" 
  n += 1
}

#!/usr/bin/env ruby

# 1
f = File.new("fio.txt")
n = 1
student = f.readlines
student.each{ |i|
  print n, ". ", i
  n += 1
}

puts
# 2
f = File.new("fio.txt")
n = 1
student = f.readlines
student.each{ |i|
  i.chop!
  fio = i.split
  print n, ". ", fio[0], " ", fio[0][0].chr, ". ",
    fio[1][0].chr, ".\n" 
  n += 1
}

Случайные числа

Моделирование случайных процессов на компьютере - достаточно распространенное явление. Как и в большинстве языков программирования в Ruby есть методы, генерирующие, так называемые, "псевдослучайные" числа (их нельзя считать чисто случайными, ведь создаются они при помощи некоторого алгоритма).

Для получения случайного целого числа в диапазоне от 0 до n используется метод rand(n). Случайное число в диапазоне от 0 до 1 получается с помощью этого же метода без указания параметра.

a1 = (1..10).collect { |j| rand(100)}
a2 = (1..4).collect { |j| rand()}
p a1, a2

Ниже представлен возможный вывод:

[64, 17, 21, 95, 58, 24, 29, 60, 47, 63]
[0.2009671596, 0.8890923676, 0.3349569312, 0.8719313448]

Одним из применений случайных чисел является компьютерное моделирование метода Монте-Карло для определения площади некоторой фигуры, рассмотренный нами ранее. Напомним, что для применения этого метода фигуру вписывают в другую, известной площади, и случайным образом "бросают" точки, подсчитывая число попаданий в фигуру. При достаточно большом числе испытаний отношение числа точек, попавших внутрь фигуры, к общему числу точек, стремится к отношению их площадей.

Задача

Напишите программу, вычисляющее приближенное значение числа PI при помощи метода Монте-Карло.

Решение

Число PI равно отношению площади круга к квадрату его радиуса. Впишем круг единичного радиуса с центром в начале координат в квадрат и методом Монте-Карло найдем его площадь. Координаты случайных точек, бросаемых в круг, принадлежат интервалу (-1; 1). Величина, случайно распределенная в этом интервале, задается выражением 2*rand() - 1.

Для контроля за временем добавим два экземпляра класса Time: время начала и окончания расчета. Программа, реализующая этот алгоритм, представлена ниже. В ней используется оператор eval, чтобы количество точек можно было задавать в виде арифметического выражения.

puts "Введите количество точек:"
n1, n, t1  = 0, eval(gets.chop), Time.now
for i in 1 .. n
  x = 2*rand() - 1
  y = 2*rand() - 1
#      проверяем попадание внутрь круга
  n1 += 1 if (x**2 + y**2) < 1
end
puts "PI=#{4.0*n1/n}"
t2 = Time.now
puts "Число точек #{n}, время расчета " +
  "около #{(t2 - t1).round} сек."

Возможные результаты работы программы будут похожи (случайность!) на следующие:

Введите количество точек: 10**5    PI=3.14028
Число точек 100000, время расчета около 2 сек.

Введите количество точек: 10**6    PI=3.142204
Число точек 1000000, время расчета около 20 сек.

#!/usr/bin/env ruby

# Метод Монте-Карло
puts "Введите количество точек:"
n1, n, t1  = 0, eval(gets.chop), Time.now
for i in 1 .. n
  x = 2*rand() - 1
  y = 2*rand() - 1
#      проверяем попадание внутрь круга
  n1 += 1 if (x**2 + y**2) < 1
end
puts "PI=#{4.0*n1/n}"
t2 = Time.now
puts "Число точек #{n}, время расчета " +
  "около #{(t2 - t1).round} сек."

Разработка пользовательских классов

Пример программы на языке Ruby, демонстрирующий работу с классами, уже приводился в "глава 9" . Следующий пример демонстрирует использование так называемой переменной класса, которая не принадлежит ни одному из экземпляров данного класса, а используется для хранения информации, относящейся ко всему классу в целом.

Задача

Напишите программу, описывающую класс автомобиль и два его дочерних класса: спортивные машины и машины для семейного использования. В программе нужно предусмотреть возможность печати общего числа созданных автомобилей.

Решение

Поместите в файл с именем car.rb следующую программу:

class Car
    @@NUM_CARS = 0
    def initialize
        @@NUM_CARS = @@NUM_CARS +  1
        puts @@NUM_CARS
    end
end
class SportsCar < Car
end
class FamilyCar < Car
end

a = Car.new
b = SportsCar.new
c = FamilyCar.new

Для запуска программы выполните команду ruby car.rb. При создании каждого автомобиля, независимо от того, к какому (родительскому или дочернему) классу он принадлежит, значение переменной класса @@NUM_CARS увеличивается на единицу.

#!/usr/bin/env ruby

class Car
    @@NUM_CARS = 0
    def initialize
        @@NUM_CARS = @@NUM_CARS +  1
        puts @@NUM_CARS
    end
end
class SportsCar < Car
end
class FamilyCar < Car
end

a = Car.new
b = SportsCar.new
c = FamilyCar.new

Задания

1. Напишите программу, запрашивающую с клавиатуры натуральное число, большее 1, и печатающую список всех простых несократимых дробей, заключенных в интервале между 0 и 1, знаменатели которых не превышают введенное число. Например, если ввести число 4, то должна быть напечатана последовательность 1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 3/4. Подсказка: используйте функцию нахождения НОД.
2. Создайте текстовый файл, в котором разместите фамилии учащихся и их рост в сантиметрах. Напишите программу
   • печатающую фамилию и рост самых высоких учеников;
   • по введенному числу - росту с сантиметрах - печатающую список всех учащихся, чей рост не превышает введенного числа.
3. Напишите программу, вычисляющую методом Монте-Карло площадь криволинейной трапеции, ограниченной графиками функций y=sin(x) и y=0 ( x изменяется в интервале от 0 до PI ).