人工知能
北海道工業大学 情報デザイン学科
AIプログラミング
Javaとオブジェクト指向プログラミングの基礎
AIプログラミングの簡単な歴史
 1960年代~現在
Lisp
(関数型,リスト処理,ゴミ集め)
 1980年代~現在
Prolog
(論理型,パターン照合,探索)
 1995年~現在
Java
(オブジェクト指向,ネットワーク,GUI)
構成
Part1
オブジェクト指向の基本概念
Part2
オブジェクト指向の3大特徴
Part1
オブジェクト指向の基本概念
オブジェクトとは?
データと操作をカプセル化した「もの」
カプセル化
オブジェクト
位置
X 軸方向
速度
のみに進む
ロボット
燃料
データ(フィールド)
メンバ
どこ?
変速
進め
操作(メソッド)
メモリ内に
オブジェクトがうようよできる
位置
5
8
-4
速度
+1
-1
2
燃料
10
8
0
どこ?
どこ?
どこ?
変速
変速
変速
進め
進め
進め
いろんな種類(クラス)の
オブジェクトが共存する
8
-1
6
7
+2
4
ロボット クラス
船 クラス
2
+1
1
オブジェクトはクラス(ひな形)から
生成されるインスタンス(実例)
クラス
位置
6
+1
9
インスタンス
2
-1
4
速度
燃料
2
-1
4
どこ?
変速
操作(メソッド)は
クラスで共通
進め
データ(フィールド)は
インスタンス毎
Javaではクラスを記述する
ロボットになったつもりで書く
整数型
戻り値の
データ型
値を戻す
戻り値
なし
class
int
int
int
ロボット {
位置;
速度;
燃料;
int どこ?() {
return(位置);
}
クラス名
フィールド名
メソッド名
void 変速(int 新速度) {
速度 = 新速度;
}
種々の名前には
日本語を使える
続
く
Javaではクラスを記述する(続き)
class ロボット {
int 位置;
int 速度;
int 燃料;
//---------------------int 進め() {
if (燃料 > 0) {
位置 = 位置 + 速度;
燃料 = 燃料 - 1;
return 0;
} else {
return (-1);
}
}
再掲
続
く
コンストラクタも記述する
class ロボット {
int 位置;
再掲
int 速度;
int 燃料;
//---------------------ロボット(int p, int v, int f) {
位置 = p;
インスタンス生成時
速度
=
v;
クラス定義
フィールドを初期化
燃料 = f;
の終わり
}
}
Constructor
ロボットを生成し,使用する
ロボットのコントローラを持ったつもりで書く
public class ロボットのテスト {
public static void main(String args[])
{
ロボット robocop = new ロボット(0,1,10);
ローカル変数
ロボット生成
宣言
robocop.進め();
(コンストラクタ呼出し)
robocop.変速(2);
while(robocop.どこ?() < 10) {
robocop.進め();
}
ロボットを使う
}
(メソッド呼出し)
}
Part2
オブジェクト指向の3大特徴
特徴
1 カプセル化
2 インヘリタンス(継承)
3 ポリモルフィズム(多様性)
特徴1:カプセル化
特徴
1 カプセル化
2 インヘリタンス(継承)
3 ポリモルフィズム(多様性)
いろんなクラスが出てきたら...
制作者B
船 クラス
船のフィールドの宣言
船の操作(メソッド)の宣言
アクセス不可能
制作者A
カプセル化
ロボット クラス
ロボットのフィールドの宣言
使
用
可
ロボットの操作(メソッド)の宣言
カプセル化
メソッドを通してのみ,フィールドにアクセス可
メソッド
フィールド
メソッド フィールド メソッド
フィールド
アクセス
.メソッド名(引数リスト)
メソッド
オブジェクトとは,データと操作をカプセル
化した「もの」
ゲッター,セッター,コンストラクタ
は超基本メソッド
class Robot {
int position;
int getPosition() {
return(position);
}
Getter
値を取得
Setter
値を設定
void setPosition(int p) {
position = p;
ローカル変数
}
寿命が短い
Robot(int p) {
position = p;
Constructor
}
値を初期化
}
ゲッター,セッターを通してフィールドにアクセス
メソッド
Robot( p )
setPosition( p )
getPosition( )
Position
アクセス
.setPosition(10)
クラス図
(API: Application Programmer's Interface)
クラス
名
フィールド
メソッド
Robot
int position
Robot(int p)
int getPosition()
void setPosition(int p)
メンバ
ロボットのクラス図
ロボット
int 位置
int 速度
int 燃料
ロボット(int p, int v, int f )
int どこ?( )
void 変速(int 新速度)
int 進め( )
コンストラクタ
ゲッター
セッター
オペレータ
(一般のメソッド)
特徴2:インヘリタンス(継承)
特徴
1 カプセル化
2 インヘリタンス(継承)
3 ポリモルフィズム(多様性)
親子
インヘリタンス(継承)
親を再利用して子を作る
使い捨ての
ロボット
再利用可能
ロボット
位置
速度
位置
速度
燃料
燃料
容量
どこ?
変速
どこ?
変速
進め
親
スーパー
クラス
サブ
クラス
進め
補給
新
デ
ー
タ
新
操
作
子
サブクラスの定義
新属性,新機能,新コンストラクタのみ記述
新
デ class 再利用可能ロボット extends ロボット{
ー
int 容量;
タ
新
操
作
void 補給() {
燃料 = 容量;
}
スーパークラスの指定
新
再利用可能ロボット(int p, int v, int f,
コ
int c) {
ン
super(p, v, f);
ス
スーパークラスを
ト
容量 = c;
書き直したり
ラ
}
ク }
再コンパイルす
タ
る必要はない
継承のクラス図
ロボット
int 位置
int 速度
int 燃料
スーパー
クラス
int どこ?( )
void 変速(int 速度)
int 進め( )
再利用可能ロボット
int 容量
void 補給( )
インヘリタンスの使用例
public class 再利用可能ロボットのテスト {
public static void main(String args[]) {
再利用可能ロボット robo2 =
new 再利用可能ロボット(0,1,10,10);
for (int i=0; i<100; i=i+1) {
if(robo2.進め()< 0) {
robo2.補給();
robo2.進め();
進め( ) は,
}
正常に進めたら0,
新しいメソッド
}
燃料切れで進めな
の使用
}
かったらー1を返す.
} 継承されたメソッド
の使用
特徴3:ポリモルフィズム(多様性)
特徴
1 カプセル化
2 インヘリタンス(継承)
3 ポリモルフィズム(多様性)
polymorphis
m
ポリモルフィズム(多様性)
同じメッセージでもクラスによって処理が異なる
ロボットクラス
進め
.進め( )
授業を
進める
先生クラス
メッセージ
進め
船クラス
進め
.進め( )
.進め( )
型の階層(包含)
進めるもの 型
ロボット 型
船型
進め
進め
先生 型
進め
「進めるもの」のインタフェース
interface 進めるもの {
int 進め();
}
抽象メソッド
「進めるもの」の実装
ここを追加する
class ロボット implements 進めるもの{
int 位置; int 速度; int 燃料;
int どこ?() { return(位置); }
void 変速(int 新速度) { 速度 = 新速度; }
int 進め() {
if (燃料 > 0) {
位置 = 位置 + 速度;
燃料 = 燃料 - 1;
return 0;
} else {
return (-1);
}
}
実装のクラス図
interface 進めるもの
int 進め( )
ロボット
int 位置
int 速度
int 燃料
int どこ?( )
void 変速(int 速度)
int 進め( )
実装
ポリモルフィズムの使用例
いろいろな「進めるもの」を統一的に進ませる
進めるもの 配列[] =
new 進めるもの[3];
配列[0] = new ロボット(0,1,10);
配列[1] = new 船("横浜");
配列[2] = new 先生("数学","舞黒素太");
for(i=0; i<3; i = i+1) 配列[i].進め();
0
1
進め
進め
配
列
2
進め
オブジェクト指向のまとめ
 基本用語
– オブジェクト,フィールド,メソッド,メンバ
– クラス,インスタンス
– ゲッター,セッター,コンストラクタ
– スーパークラス,サブクラス,クラス図
– インタフェース,抽象メソッド,実装
 特徴
– 1 カプセル化
– 2 インヘリタンス(継承)
– 3 ポリモルフィズム(多様性)
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