gb-java-devel/seminars/jtc1-02c.tex

\documentclass[../j-spec.tex]{subfiles}
\usepackage{spreadtab}

\begin{document}
\setcounter{section}{1}
\section{Семинар: данные и функции}
\subsection{Инструментарий}
\begin{itemize}
\item Презентация для преподавателя, ведущего семинар;
\item \href{https://drive.google.com/file/d/1LWyE8aEy4-1gsognqhXIXwDcoLviVge4/view}{Фон} GeekBrains для проведения семинара в Zoom;
\item JDK любая 11 версии и выше;
\item \href{https://www.jetbrains.com/idea/download}{IntelliJ IDEA Community Edition} для практики и примеров используется IDEA.
\end{itemize}

\subsection{Цели семинара}
\begin{itemize}
\item Закрепить полученные на лекции знания, хранения примитивных и ссылочных типов данных;
\item Получить практический навык создания функций по описанию;
\item Попрактиковаться в написании простых функций, манипулирующих ссылочными данными.
\end{itemize}

\subsection{План-содержание}
\noindent
\begin{spreadtab}{{longtable}{|p{37mm}|l|l|p{90mm}|}}
\hline
 @ Что происходит         & @ Время     & @ Слайды & @ Описание \\
\hline
\endhead
 @ Организационный момент & 5 tag(beg)  & @ 1-4    & @ Преподаватель ожидает студентов, поддерживает активность и коммуникацию в чате, озвучиает цели и планы на семинар. Важно упомянуть, что выполнение домашних заданий с лекции является, фактически, подготовкой к семинару \\
\hline
 @ Quiz                   & 5           & @ 3-14   & @ Преподаватель задаёт вопросы викторины, через 30 секунд демонстрирует слайд-подсказку и ожидает ответов (4 вопроса, по минуте на ответ) \\
\hline
 @ Рассмотрение ДЗ лекции & 10          & @ 15-18  & @ Преподаватель демонстрирует свой вариант решения домашнего задания с лекции, возможно, по предварительному опросу, демонстрирует и разбирает вариант решения одного из студентов \\
\hline
 @ Вопросы и ответы       & 10          & @ 19     & @ Преподаватель ожидает вопросов по теме прошедшей лекции, викторины и продемонстрированной работы \\
\hline
 @ Задание 1              & 10          & @ 20-22  & @ Сравнить насколько разные могут быть прочтения одного и того же технического задания - одна функция для двух значений, возврат значений, возврат индекса, объявление исходного массива внутри функции поиска и др); \\
\hline
 @ Задание 2              & 10          & @ 23-25  & @ Корректная манипуляция индексами, как следствие, сокращение числа возможных проходов по массиву и ускорение работы приложени \\
\hline
 @ Перерыв (если нужен)   & 5           & @ 26     & @ Преподаватель предлагает студентам перерыв на 5 минут (студенты голосуют) \\ 
\hline
 @ Задание 3              & 20          & @ 27-29  & @ Формирование алгоритмического мышления при решении задач с описанием верхнего уровня \\
\hline
 @ Задание 4              & 15          & @ 27-29  & @ Понимание внутренней механики работы фреймворка коллекций, повышение уровня абстракции написанного кода \\
\hline
 @ Задание 5 (необязат)   & 20          & @ 27-29  & @  Описание базовых алгоритмов манипуляции данными с применением вспомогательных массивов \\
\hline
 @ Домашнее задание       & 5           & @ 39     & @ Объясните домашнее задание, подведите итоги урока \\ 
\hline
 @ Рефлексия              & 10 tag(end) & @ 40-42  & @ Преподаватель запрашивает обратную связь \\
\hline
 @ Длительность           & sum(cell(beg):cell(end)) & & \\
\hline
\end{spreadtab}

\subsection{Подробности}
\subsubsection{Организационный момент}
\begin{itemize}
\item \textbf{Цель этапа:} Позитивно начать урок, создать комфортную среду для обучения.
\item \textbf{Тайминг:} 3-5 минут.
\item \textbf{Действия преподавателя:}
  \begin{itemize}
  \item Презентует название курса (первый раз) и семинара;
  \item Рассказывает немного о себе;
  \item Запрашивает активность от аудитории в чате;
  \item Презентует цели курса и семинара;
  \item Презентует краткий план семинара и что студент научится делать.
  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Quiz}
\begin{itemize}
\item \textbf{Цель этапа:} Вовлечение аудитории в обратную связь.
\item \textbf{Тайминг:} 5-7 минут (4 вопроса, по минуте на ответ).
\item \textbf{Действия преподавателя:}
  \begin{itemize}
  \item Преподаватель задаёт вопросы викторины, представленные на слайдах презентации;
  \item через 30 секунд демонстрирует слайд-подсказку и ожидает ответов.
  \end{itemize}
\item \textbf{Вопросы и ответы:}
  \begin{enumerate}
  \item Магическое число -- это: (1)
    \begin{enumerate}
    \item числовая константа без пояснений;
    \item число, помогающее в вычислениях;
    \item числовая константа, присваиваемая при объявлении переменной.
    \end{enumerate}
  \item Какое значение будет содержаться в переменной a после выполнения строки \code{int а = 10.0f/3.0f;} (3)
  \item Сколько будет создано одномерных массивов при инициализации массива 3х3x3? (13)
  \item \code{2 + 2 * 2 == 2 << 2 >> 1}? (false? 6 != 4)
  \end{enumerate}
\end{itemize}

\subsubsection{Рассмотрение ДЗ}
\begin{itemize}
\item \textbf{Цель этапа:} Пояснить неочевидные моменты в формулировке ДЗ с лекции, синхронизировать прочитанный на лекции материал к началу семинара.
\item \textbf{Тайминг:} 15-20 минут.
\item \textbf{Действия преподавателя:}
  \begin{itemize}
  \item Преподаватель демонстрирует свой вариант решения домашнего задания из лекции;
  \item возможно, по предварительному опросу, демонстрирует и разбирает вариант решения одного из студентов.
  \end{itemize}
\item \textbf{Домашнее задание из лекции:}
  \begin{itemize}
  \item Написать метод «Шифр Цезаря», с булевым параметром зашифрования/расшифрования, и числовым ключом;

    \textbf{Вариант решения}

    \lstinputlisting[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Шифр Цезаря}]{src/s02-h1-caesar.java}

  \item Написать метод, принимающий на вход массив чисел и параметр \code{n}. Метод должен осуществить циклический (последний элемент при сдвиге становится первым) сдвиг всех элементов массива на n позиций;

    \textbf{Вариант решения}

    \lstinputlisting[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Сдвиговый метод}]{src/s02-h2-shifter.java}

  \item Написать метод, которому можно передать в качестве аргумента массив, состоящий строго из единиц и нулей (целые числа типа \code{int}). Метод должен заменить единицы в массиве на нули, а нули на единицы и не содержать ветвлений. Написать как можно больше вариантов метода

    \textbf{Вариант решения}

    \lstinputlisting[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Инверсия}]{src/s02-h3-inverse.java}

  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Вопросы и ответы}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Задать задание для самостоятельного выполнения между занятиями. 
\item \textbf{Тайминг} 5-15 минут
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Преподаватель ожидает вопросов по теме прошедшей лекции, викторины и продемонстрированной работы;
  \item Если преподаватель затрудняется с ответом, необходимо мягко предложить студенту ответить на его вопрос на следующем семинаре (и не забыть найти ответ на вопрос студента!);
  \item Предложить и показать пути самостоятельного поиска студентом ответа на заданный вопрос;
  \item Посоветовать литературу на тему заданного вопроса;
  \item Дополнительно указать на то, что все сведения для выполнения домашнего задания, прохождения викторины и работы на семинаре были рассмотрены в методическом материале к этому или предыдущим урокам.
  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Задание 1}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Базовая манипуляция данными внутри массива. 
\item \textbf{Тайминг} 10-15 минут.
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Первые пять минут уклоняться от ответов на уточняющие вопросы
  \item Пояснить студентам ценность опыта (сравнить насколько разные могут быть прочтения одного и того же технического задания - одна функция для двух значений, возврат значений, возврат индекса, объявление исходного массива внутри функции поиска и др);
  \item Выдать задание группам студентов, показать где именно следует искать терминал ОС;
  \item Если группа студентов справилась с заданием, а времени осталось более 5 минут, выдавать группе задания «со звёздочкой».
  \end{itemize}
\item \textbf{Задания}:
  \begin{itemize}
  \item Задать одномерный массив. Написать методы поиска в нём минимального и максимального элемента;

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Поиск минимального значения}]
private static int findMin(int[] a) { // returns the minimum value
    int min = a[0];
    for (int i = 1; i < a.length; i++) {
        if (a[i] < min) {
            min = a[i];
        }
    }
    return min;
}
    \end{lstlisting}

  \item [$*_1$] Привести функции к корректному виду и дополнительно написать ещё две функции так, чтобы получились (четыре) функции поиска минимального и максимального как значения, так и индекса.

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Поиск индекса максимального значения}]
private static int findMax(int[] a) { // returns the maximum index
    int max = 0;
    for (int i = 1; i < a.length; i++) {
        if (a[i] > a[max])
        max = i;
    }
    return max;
  }
\end{lstlisting}
  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Задание 2}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Оптимизация сложности алгоритмов при работе с многомерными массивами.
\item \textbf{Тайминг} 10-15 минут.
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Пояснить студентам ценность этого опыта (корректная манипуляция индексами, как следствие, сокращение числа возможных проходов по массиву и ускорение работы приложения);
  \item Пояснить студентам в каком виде выполнять и сдавать задания;
  \item Выдать задание группам студентов, показать где и как скачивать необходимый инструментарий, если он ещё не установлен;
  \item Если группа студентов справилась с заданием, а времени осталось более 5 минут, выдавать группе задания «со звёздочкой».
  \end{itemize}
\item \textbf{Задания}
  \begin{itemize}
  \item Создать квадратный целочисленный массив (количество строк и столбцов одинаковое), заполнить его диагональные элементы единицами, используя цикл(ы)

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Заполнение диагональных элементов}]
private static void fillDiagonal(int[][] a) {
    for (int i = 0; i < a.length; i++) {
        a[i][i] = 1;
        a[i][a.length - 1 - i] = 1;
    }
}
    \end{lstlisting}
  \item [$*_1$] дописать функцию вывода двумерного массива в консоль

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Вывод массива в терминал}]
private static void printTwoDimArray(int[][] a) {
    for (int i = 0; i < a.length; i++) {
        System.out.println(Arrays.toString(a[i]));
    }
}
    \end{lstlisting}
  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Задание 3}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Формирование алгоритмического мышления при решении задач с описанием верхнего уровня. 
\item \textbf{Тайминг} 15-20 минут
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Пояснить студентам ценность этого опыта (ТЗ довольно редко бывают чёткими и никогда не говорят программисту, что именно нужно написать);
  \item Выдать задание группам студентов;
  \item Если группа студентов справилась с заданием, а времени осталось более 5 минут, выдать группе задание «со звёздочкой».
  \end{itemize}
\item \textbf{Задания}
  \begin{itemize}
  \item Написать метод, в который передается не пустой одномерный целочисленный массив, метод должен вернуть true если в массиве есть место, в котором сумма левой и правой части массива равны. Примеры:
    \begin{itemize}
    \item [] \code{checkBalance([1, 1, 1, || 2, 1])} $\to$ \code{true},
    \item [] \code{checkBalance([2, 1, 1, 2, 1])} $\to$ \code{false},
    \item [] \code{checkBalance([10, || 1, 2, 3, 4])} $\to$ \code{true}.
    \end{itemize}
    Абстрактная граница показана символами \code{||}, эти символы в массив не входят.

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Вариант со сложностью $O(n^2)$}]
private static boolean checkBalance(int[] a) {
    int left = 0;
    for (int i = 0; i < a.length - 1; i++) {
        left += a[i];
        int right = 0;
        for (int j = i + 1; j < a.length; j++) {
            right += a[j];
        }
        if (left == right) return true;
    }
    return false;
}
    \end{lstlisting}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Вариант со сложностью $O(2n)$}]
private static boolean checkBalance2(int[] a) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < a.length; i++) {
        sum += a[i];
    }
    if (sum % 2 != 0) return false;
    int left = 0;
    for (int i = 0; i < a.length; i++) {
        left += a[i];
        sum -= a[i];
        if (left == sum) return true;
    }
    return false;
}
    \end{lstlisting}

    
  \item [$*_1$] написать этот же метод таким образом, чтобы в нём использовался только один цикл.

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={* Вариант со сложностью $O(n)$}]
private static boolean checkBalance3(int[] a) {
    int lbound = 0;
    int rbound = a.length - 1;
    int left = 0;
    int right = 0;
    while (lbound <= rbound) {
        if (left > right)
            right += a[rbound--];
        else
            left += a[lbound++];
    }
    return left == right;
}    
    \end{lstlisting}
  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Задание 4}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Понимание внутренней механики работы фреймворка коллекций, повышение уровня абстракции написанного кода. 
\item \textbf{Тайминг} 15-20 минут
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Пояснить студентам ценность этого опыта (написание собственных функций, реализующих алгоритмы часто помогает в ситуациях, когда задача не решается стандартными средствами)
  \item Выдать задание группам студентов
  \item Если группа студентов справилась с заданием, а времени осталось более 5 минут, выдать группе задание «со звёздочкой».
  \item Если нужно, через 7 минут после старта, дать подсказку для первой части задания (сигнатура функции должна содержать не только передаваемый массив, но и его текущее заполнение, которое нужно отслеживать самостоятельно)
  \end{itemize}
\item \textbf{Задания}
  \begin{itemize}
  \item Написать функцию добавления элемента в конец массива таким образом, чтобы она расширяла массив при необходимости.

    Здесь нет смысла показывать не лучшее, но самое популярное решение, поэтому можно продемонстрировать сразу вариант решения «со звёздочкой».

  \item [$*_1$] Функция должна возвращать ссылку на вновь созданный внутри себя массив, а не использовать глобальный

    \textbf{Вариант решения}
    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={* Вариант без глобального массива}]
int[] add(int[] arr, int current, int value) {
    if (current == arr.length) {
        int[] temp = new int[arr.length * 2];
        System.arraycopy(arr, 0, temp, 0, arr.length);
        arr = temp;
    }
    arr[current++] = value;
    return arr;
}
  
// main
int[] array = {1,2};
int size = 2;
System.out.println(size + " = " + Arrays.toString(array));
array = add(array, size++, 6);
System.out.println(size + " = " + Arrays.toString(array));
array = add(array, size++, 6);
    \end{lstlisting}
  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Задание 5 (необязательное)}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Описание базовых алгоритмов манипуляции данными с применением вспомогательных массивов. 
\item \textbf{Тайминг} 15-20 минут
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Объяснить студентам, в чём заключается алгоритм сортировки подсчётом. Для сортировки подсчётом алгоритм совершает проход по исходному массиву, подсчитывая количество повторений каждого значения, и записывая эту информацию в промежуточный (частотный) массив. Вторым шагом алгоритма совершается обход вспомогательного массива и запись нужного количества значений по возрастанию в исходный массив. Сложность сортировки $O(2n)$. Например:
    \[ x[2,1,0,4,3,0,0,1,2] \to t[3(x_0),2(x_1),2(x_2),1(x_3),1(x_4)] \to x[0,0,0,1,1,2,2,3,4] \]
  \item Выдать задание группам студентов
  \item Если группа студентов справилась с заданием, а времени осталось более 5 минут, выдать группе задание «со звёздочкой».
  \end{itemize}
\item \textbf{Задания}
  \begin{itemize}
  \item Написать метод, осуществляющий сортировку одномерного массива подсчётом. Важное ограничение состоит в том, что для этой сортировки диапазон значений исходного массива должен находиться в разумных пределах, например, не более 1000.

    \textbf{Вариант решения}

    \begin{lstlisting}[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Pigeonhole sort}]
void pigeon(int[] arr) {
    final int min = getMin(arr);
    final int max = getMax(arr);
    int[] freq = new int[max - min + 1];
    for (int i = 0; i < size; i++)
        freq[arr[i] - min]++;

    int arrIndex = 0;
    for (int i = 0; i < freq.length; i++)
        for (int elems = freq[i]; elems > 0; elems--)
            arr[arrIndex++] = i + min;
}
    \end{lstlisting}

  \end{itemize}
\end{itemize}

\subsubsection{Домашнее задание}
\begin{itemize}
\item \textbf{Ценность этапа} Задать задание для самостоятельного выполнения между занятиями. 
\item \textbf{Тайминг} 5-10 минут.
\item \textbf{Действия преподавателя}
  \begin{itemize}
  \item Пояснить студентам в каком виде выполнять и сдавать задания
  \item Уточнить кто будет проверять работы (преподаватель или ревьювер)
  \item Объяснить к кому обращаться за помощью и где искать подсказки
  \item Объяснить где взять проект заготовки для дз
  \end{itemize}
\item \textbf{Задания}
  \begin{enumerate}
  \item [5-25 мин] Решить все задания (в том числе «со звёздочкой»), если они не были решены на семинаре, без ограничений по времени;

    Все варианты решения приведены в тексте семинара выше
  \item [5-10 мин] Написать метод, возвращающий количество чётных элементов массива.
    \begin{itemize}
    \item [] \code{countEvens([2, 1, 2, 3, 4])} $\to$ \code{3}
    \item [] \code{countEvens([2, 2, 0])} $\to$ \code{3}
    \item [] \code{countEvens([1, 3, 5])} $\to$ \code{0}
    \end{itemize}

    \lstinputlisting[language=Java,style=JCodeStyle,caption={CountEvens.java}]{src/s02-hw2-count.java}
  \item [10 мин] Написать функцию, возвращающую разницу между самым большим и самым маленьким элементами переданного не пустого массива.

    \lstinputlisting[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Spread.java}]{src/s02-hw2-spread.java}
  \item [10 мин] Написать функцию, возвращающую истину, если в переданном массиве есть два соседних элемента, с нулевым значением.

\lstinputlisting[language=Java,style=JCodeStyle,caption={Zero2.java}]{src/s02-hw2-zeros.java}
  \end{enumerate}
\end{itemize}

\subsubsection{Рефлексия и завершение семинара}
\begin{itemize}
\item \textbf{Цель этапа:} Привести урок к логическому завершению, посмотреть что студентам удалось, что было сложно и над чем нужно еще поработать
\item \textbf{Тайминг:} 5-10 минут
\item \textbf{Действия преподавателя:}
  \begin{itemize}
  \item Запросить обратную связь от студентов.
  \item Подчеркните то, чему студенты научились на занятии. 
  \item Дайте рекомендации по решению заданий, если в этом есть необходимость
  \item Дайте краткую обратную связь студентам.
  \item Поделитесь ощущением от семинара.
  \item Поблагодарите за проделанную работу.
  \end{itemize}
\end{itemize}

\end{document}