|
|
Zeile 36: |
Zeile 36: |
| :Marken werden direkt auf das Feld unter Karol gelegt. Sie dienen zur Orientierung und haben keinen Einfluss auf Karols <br> | | :Marken werden direkt auf das Feld unter Karol gelegt. Sie dienen zur Orientierung und haben keinen Einfluss auf Karols <br> |
| :Bewegungsmöglichkeiten; er kann einfach darüber laufen. Im Gegensatz zu Ziegeln können nicht mehrer Marken übereinander gestapelt werden. <br> | | :Bewegungsmöglichkeiten; er kann einfach darüber laufen. Im Gegensatz zu Ziegeln können nicht mehrer Marken übereinander gestapelt werden. <br> |
− |
| |
| | | |
| *Quader | | *Quader |
Version vom 16. September 2013, 21:29 Uhr
Das Programm
Robot Karol ist eine Programmierumgebung mit einer Programmiersprache, die zum Erlernen des Programmierens und zur Einführung in die Algorithmik in der Schule gedacht ist. Das Programm ist Freeware und kann über den Link Karol heruntergeladen werden.
|
|
|
Die Oberfläche
Die Programmoberfläche von Karol ist zweigeteilt: Auf der linken Seiten befindet sich der sogenannte Editor, in dem die Programme geschrieben werden. Auf der rechten Seite ist Karols Welt, in der das verfasste Programm ausgeführt werden kann.
|
|
|
Objekte
In Karos Welt gibt es einige Objekte die von Karo verteilt und wieder eingesammelt werden können.
- Karol kann Ziegel vor sich hinlegen. Sollte vor ihm bereits ein Ziegel liegen, wird der nächste Ziegel auf den anderen drauf gelegt.
- Wenn Karol vor einem Ziegel steht und einen Schritt macht, steigt er auf den Ziegel. Allerdings kann er nicht über 2 Ziegel auf einmal steigen.
- Das heißt um auf einen 2er Ziegelturm zu kommen, muss er über einen davorliegenden einzelnen Ziegelstein "klettern".
- Marken werden direkt auf das Feld unter Karol gelegt. Sie dienen zur Orientierung und haben keinen Einfluss auf Karols
- Bewegungsmöglichkeiten; er kann einfach darüber laufen. Im Gegensatz zu Ziegeln können nicht mehrer Marken übereinander gestapelt werden.
- Quader versperren Karol den Weg. Er kann nicht über sie gehen. Außerdem lassen sie sich nicht stapeln.
|
|
|
Die Bewegungmöglichkeiten von Karol
Die Bewegungsmöglichkeiten von Karol sind recht übersichtlich. Mit den angegebenen Anweisungen kann das entsprechende Verhalten gesteuert werden.
|
|
|
Verhalten
|
Anweisung
|
ein Schritt vorwärts
|
Schritt
|
eine Vierteldrehung nach links
|
LinksDrehen
|
eine Vierteldrehung nach rechts
|
RechtsDrehen
|
einen Ziegel vor sich hinlegen
|
Hinlegen
|
einen Ziegel vor sich entfernen
|
Aufheben
|
eine gelbe Marke unter sich legen
|
MarkeSetzen
|
eine gelbe Marke unter sich entfernen
|
MarkeLöschen
|
Karols Welt
Auf der rechten Seite der Karoloberfläche befindet sich Karols Welt. Durch Aufruf von Welt - Neue Welt kann die gewünschte Ausdehnung der neuen Welt festgelegt werden. Wenn die Ausgangsposition vom Standardstartpunkt (1,1) abweicht oder Hindernisse zur von Karol zu lösenden Welt gehören, dann empfiehlt es sich, die Welt über Welt - Welt speichern mit der Endung .kdw abzuspeichern.
|
|
|
Erste Programme
Das Programm "Robot Karol" ermöglicht es uns, dem Roboter, der sich in seiner Welt bewegen und Aufgaben erfüllen kann, Anweisungen zu geben.
Durch eine Anweisung (z.B. "Schritt") sendet man eine Botschaft an ein Objekt (z.B. Karol), das darauf mit der zugehörigen Methode reagiert (z.B. Schritt() ).
|
|
|
Aufgabe
Karol soll eine U-Form abschreiten
Lösung
umgangssprachlich formuliert
|
Karolprogramm
|
- 2 mal vorwärts
- Linksum
- 2 mal vorwärts
- Linksum
- 2 mal vorwärts
|
Schritt
Schritt
LinksDrehen
Schritt
Schritt
LinksDrehen
Schritt
Schritt
|
Eine solche Folge von Anweisungen bezeichnet man als Algorithmus.
Ein Algorithmus ist eine endliche Folge aus eindeutigen und ausführbaren Anweisungen zur Lösung eines allgemeinen Problems.
Ein Programm ist ein Algorithmus, der in einer formalisierten Sprache abgefasst ist und maschinell ausgeführt werden kann.
|
|
|
Aufgaben:
- Karol soll ein Rechteck ablaufen und am Ende wieder in der Ausgangsposition stehen.
- Damit man besser erkennt, ob Karol auch ein „U“ durchläuft, soll er dabei Marken setzen. Es soll also eine „U-Form mit Markierungen“ gebildet werden.
- Karol soll vier Ziegel in einer Reihe nebeneinander legen.
|
|
|
Lösungsvorschlag
Selbstdefinierte Methoden
Die Fähigkeiten von Karol können durch neue, zusätzliche Methoden erweitert werden. Diese selbstdefinierten Anweisungen müssen vorher vom Programmierer festgelegt werden.
Neue Methoden beginnen stets mit dem Wort Anweisung und dann mit dem Bezeichner der Methode. Es folgt eine Sequenz von Anweisungen, die beim Aufruf der Methode abgearbeitet werden. Die Festlegung der Methode endet mit dem Schlüsselwort *Anweisung.
Beispiel 1: Neue Methode Umdrehen
Anweisung Umdrehen
LinksDrehen
LinksDrehen
*Anweisung
Aufgabe: Karol soll einen Schritt rückwärts gehen.
(Die Lösung greift nun auf die Anweisung Umdrehen zu.)
Anweisung Umdrehen
LinksDrehen
LinksDrehen
*Anweisung
Programm
Umdrehen
Schritt
Umdrehen
*Programm
Aufgaben
- Bringe Karol mittels einer selbstdefinierten Anweisung bei, einen Riesenschritt auf einmal zu vollführen, der so groß wie drei normale Schritte ist.
- Bringe Karol den Rösslsprung bei, wie ihn die Springerfigur beim Schach ausführt. Erstelle ein Programm, so dass Karol mehrere Rösslsprünge ausführt und nach jedem Sprung eine Marke setzt.
Lösungsvorschlag
|
|
|
Wiederholung mit fester Anzahl
Aufgabe:
Karol soll vier Ziegel in einer Reihe hintereinander legen.
Erste Lösung durch sequentielles Anschreiben der Anweisungen:
Hinlegen
Schritt
Hinlegen
Schritt
Hinlegen
Schritt
Hinlegen
Schritt
Bei größerer Zahl von Wiederholungen erweist sich das Ganze als ungünstig.
Bessere Lösung: Wiederholung mit fester Anzahl
Wiederholung mit fester Anzahl
Die Anweisungen im Wiederholungsteil werden nacheinander mehrfach ausgeführt (entsprechend der angegebenen Anzahl).
Sprache Karol:
wiederhole n mal
Anweisungen
*wiederhole
Die günstigere Lösung für unsere Aufgabe sieht dann wie folgt aus:
wiederhole 4 mal
hinlegen
schritt
*wiederhole
Aufgabe 1: Karol soll mit Ziegeln ein Quadrat auslegen.
Geschachtelte Wiederholung
Beispiel: Karol soll einen Quadratrand auslegen.
Lösung
wiederhole 4 mal
wiederhole 3 mal
Hinlegen
Schritt
*wiederhole
LinksDrehen
*wiederhole
Der Quadratrand besteht aus vier Seiten (äußere Schleife). Jede Seite besteht wiederum aus drei Ziegeln (innere Schleife).
Aufgabe 2
Karol soll eine Welt [8x8] vollständig mit Kacheln auslegen. Schreibe dazu ein
Programm, das Anweisungen für das Umdrehen und geschachtelte Wiederholungen
enthält. Überlege dir zuerst eine Strategie zur Lösung der Aufgabe, bei der du sie in Teilprobleme zerlegst.
Lösungsvorschlag
|
|
|
Wiederholung mit Anfangsbedingung
Bestimmte Problemstellungen lassen sich mit den bisherigen Methoden und Kontrollstrukturen
nicht zufrieden stellend bearbeiten. Die Lösung der Aufgabe „Gehe bis zur nächsten
Wand“ hängt von der Startposition Karols ab. Um unabhängig von der Ausgangsstellung zu
sein, muss Karol eine Methode kennen, die eine Anfrage, ob er noch weitergehen kann, mit
WAHR oder FALSCH beantwortet. Der Aufruf derartiger Methoden wird mit „Bedingung“
umschrieben.
Karol hat auch Methoden, mit denen er auf eine Anfrage mit WAHR oder
FALSCH antwortet. Der Aufruf einer Methode dieser Art heißt Bedingung.
Von Karol vorgegebene Bedingungen sind: IstWand(), NichtIstWand(), IstZiegel(), NichtIstZiegel(),
IstMarke(), NichtIstMarke(), IstSüden(), IstNorden(), IstOsten(), IstWesten().
Aufgabe: Karol soll, solange er nicht an eine Wand anstößt, vorwärts gehen.
Er muss den Vorgang „Schritt“ solange wiederholen, bis er auf die Frage NichtIstWand mit
WAHR antwortet, da man die Anzahl der möglichen Schritte nicht im Voraus kennt. Sie ist
von der Ausgangsposition Karols abhängig.
Lösung: Wiederholung mit Anfangsbedingung
Die Anweisungen im Wiederholungsteil werden so oft wiederholt, solange
die Bedingung WAHR ergibt. Die Überprüfung der Bedingung erfolgt am
Anfang jeder Wiederholung.
Sprache Karol:
wiederhole solange Bedingung
Anweisungen
*wiederhole
Aufgabe 1:
Karol soll in einer rechteckigen Welt von einer Ecke aus genau einmal um die Welt
herumlaufen und seine Strecke dabei mit Ziegeln belegen.
Aufgabe 2:
Wie Aufgabe 1. Aber nun soll Karol an einem beliebigen Ort an der Wand starten.
Lösungsvorschlag
|
|
|
Zweiseitige bedingte Anweisung
Das Programm für die Lösung der Aufgabe "Karol soll von einem beliebigen Punkt an der Wand
aus einmal an der Wand entlang genau eine Runde laufen und dabei seine Ziegel hinlegen", lässt
sich dadurch vereinfachen, dass wir ihn bei jedem Schritt entscheiden lassen, was er als nächstes
tut:
Solange er nicht an der Wand anstößt macht er jeweils einen Schritt. Stößt er an der Wand an
dreht er sich nach links. Der Vorteil ist, dass wir nicht mehr anzugeben brauchen, wie oft Karol
sich drehen muss, bis er seine Runde absolviert hat.
Bedingte Anweisung (zweiseitig):
In Abhängigkeit davon, ob die Bedingung erfüllt wird oder nicht, werden die
Anweisungen1 bzw. die Anweisungen2 ausgeführt.
Sprache Karol:
wenn Bedingung dann
Anweisungen1
sonst
Anweisungen2
*wenn
Aufgabe 1:
Das Beispielprogramm "Karol soll von einem beliebigen Punkt an der Wand aus einmal an der
Wand entlang genau eine Runde laufen und dabei seine Ziegel hinlegen" soll in ein Programm
mit einer bedingten Anweisung umgewandelt und dadurch vereinfacht werden.
Aufgabe 2:
Wie Aufgabe 1, nur dass Karol von einem beliebigen Feld in der Welt startet und auch wieder an
seinen Ausgangspunkt zurückkehrt.
a) Lösung ohne Verwendung der bedingten Anweisung.
b) Lösung unter Verwendung der bedingten Anweisung.
Aufgabe 3:
a) Karol hat eine Reihe von Ziegelsteinen vor sich. Dort wo ein Stein liegt, soll er ihn wegnehmen, dort wo keiner liegt, soll er einen Stein hinlegen.
b) Nun soll Karol das Ganze 4 mal wiederholen, wobei er jeweils an der Wand entlang zurückgehen und zu seinem Ausgangspunkt zurückkehren soll.
|
|
|
Lösungsvorschlag
Einseitige bedingte Anweisung
Aufgabe:
Karol soll eine lückenhafte Ziegelreihe auffüllen, bis er an der Wand
ankommt. Vor jedem Schritt muss er nur dann einen Ziegel legen, wenn
vor ihm keiner liegt. Falls bereits ein Ziegel vor ihm liegt, geschieht nichts.
Bedingte Anweisung (einseitig):
Wenn die Bedingung WAHR ergibt, werden die Anweisungen ausgeführt.
Sprache Karol:
wenn Bedingung dann
Anweisungen
*wenn
Lösung der obigen Aufgabe:
wiederhole solange NichtIstWand
wenn NichtIstZiegel dann
Hinlegen
*wenn
Schritt
*wiederhole
Aufgabe:
In einer Welt (9x8) sind 15 Marken beliebig verteilt. Karol soll von einem beliebigen
Startpunkt ausgehend, alle Marken mit Ziegelsteinen belegen und dabei keine Marke
vergessen. Teste das Programm mit verschiedenen Startpunkten von Karol.
Lösungsvorschlag
|
|
|