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Arreglos de Objetos - PRMap

Los arreglos de datos (arrays) nos facilitan guardar y trabajar con grupos de datos del mismo tipo. Los datos se guardan en espacios de memoria consecutivos a los que se puede acceder utilizando el nombre del arreglo e índices o suscritos que indican la posición en que se encuentra el dato. Las estructuras de repetición nos proveen una manera simple de acceder a los datos de un arreglo.

Un objeto es una entidad que se utiliza en muchos lenguajes de programación para integrar los datos y el código que opera en ellos, haciendo más fácil el modificar programas grandes. Una tarea bien común en programación usando C++ lo es el trabajar con arreglos de objetos. En la experiencia de laboratorio de hoy estarás trabajando con datos “georeferenciados” de pueblos en Puerto Rico, en donde tendrás atributos, como el nombre del pueblo, la latitud y longitud de su localización, que utilizarás para ilustrar propiedades en un mapa.

Objetivos:

1. Crear dinámicamente y manipular un arreglo de objetos.

2. Codificar funciones para procesar arreglos de objetos.

3. Practicar el pasar arreglos de objetos como parámetros de una función.

4. Practicar la lectura secuencial de datos en un archivo.

5. Usar programación modular.

6. Usar estructuras de repetición y control.

Pre-Lab:

Antes de llegar al laboratorio debes haber:

1. Repasado los conceptos relacionados a arreglos de objetos.

2. Repasado los conceptos relacionados funciones que utilizan arreglos de objetos.

3. Repasado cómo leer datos de un archivo.

4. Estudiado los conceptos e instrucciones para la sesión de laboratorio.

5. Tomado el quiz Pre-Lab que se encuentra en Moodle.

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Datos “georeferenciados”

Trabajar con arreglos de objetos es una tarea bien común en la programación usando C++. Una vez has leido la información de los objetos de un archivo o provenientes de un usuario, debes depender de tus destrezas algorítmicas y conocimiento sobre C++ para invocar los métodos y funciones adecuadas para procesar los datos correctamente.

En esta experiencia de laboratorio estarás trabajando con datos “georeferenciados” sobre las ciudades en Puerto Rico. El que un dato sea “georeferenciado” quiere decir que el dato tiene una localización física asociada. Típicamente, esta localización son coordenadas de longitud y latitud. Por ejemplo, lo que sigue es parte de un archivo que contiene datos georeferenciados de pueblos en Puerto Rico:

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Arroyo 17.9658 -66.0614
Bayamon 18.3833 -66.15
Caguas 18.2342 -66.0486
Dorado 18.4589 -66.2678
Fajardo 18.3258 -65.6525

Figura 1. Parte del contenido de una archivo de datos georeferenciados de pueblos en Puerto Rico; contiene nombre del pueblo, coordenadas de latitud y coordenada de longitud.

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Distancia ortodrómica

Para calcular la distancia entre dos puntos en el plano Euclideano, trazas el segmento de línea recta que une a los puntos y calculas su largo utilizando la fórmula de distancia que estudiaste en tu curso de Pre-cálculo. Para calcular la distancia entre dos puntos en la superficie de una esfera no utilzas el segmento de línea que los une, utilizas la distancia más corta entre esos puntos medida sobre la esfera. Esta distancia se llama distancia ortodrómica. Para calcular la distancia ortodrómica entre dos puntos en el globo terráqueo se usan las coordenadas de latitud y longitud.

La clase GPOI

La manera más común para los programadores en C++ encapsular datos asociados a un ente es utilizando clases. Por ejemplo, en el caso de datos georeferenciados, una manera práctica de encapsular la información para cada pueblo sería implementando una clase GeoreferencedPointOfInterest que contenga al menos datos (o atributos) para: el nombre del pueblo, su latitud y su longitud. La clase GPOI también necesitará implementar métodos para acceder, modificar y hacer operaciones en sus atributos.

En esta experiencia de laboratorio te proveemos una clase GPOI con los siguientes métodos de interfase:

• GISPOI(): constructor por defecto

• GISPOI(QString s, double latitude, double longitude): constructor que recibe nombre, longitud y latitud

• double getLat(), double getLon(): “getters” para la latitud y longitud

• QString getName(): “getter” para el nombre

• void setAll(string s, double a, double b): “setter” para todas las propiedades (a la vez)

• double odDistance(const GISPOI &B) const: dado otro objeto B de la clase GPOI, devuelve la distancia ortodrómica (orthodromic) (la distancia más corta) entre el GPOI que invoca y B

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!INCLUDE “../../eip-diagnostic/PRMap/es/diag-prmap-01.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/PRMap/es/diag-prmap-02.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/PRMap/es/diag-prmap-03.html”

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Sesión de laboratorio:

Ejercicio 0 - Bajar y entender el código

Instrucciones

1. Carga a QtCreator el proyecto prMap haciendo doble “click” en el archivo prMap.pro en el directorio Documents/eip/ObjectsArrays-PRMap de tu computadora. También puedes ir a http://bitbucket.org/eip-uprrp/objectsarrays-prmap para descargar la carpeta ObjectsArrays-PRMap a tu computadora.

2. Compila y corre el programa. En su estado actual, el programa solo despliega un mapa de Puerto Rico. En este mapa podrás ver los resultados de tu programa. Quizás ves algunas advertencias (“warnings”) debido a que hay algunas funciones que están incompletas. Estarás completando estas funciones durante la experiencia de laboratorio.

3. Abre el archivo main.cpp. En este archivo es que estarás escribiendo tu código. El archivo contiene las siguientes funciones:

   1. void printArrayOfCities(GISPOI A[], int size): Dado un arreglo A de objetos de la clase GISPOI y su tamaño, imprime todos los pueblos en el arreglo. Puedes usar esta función como parte de tu proceso de depuración (“debugging”).

   2. int countLinesInFile(ifstream &file): Dada una referencia a un objeto que representa un archivo, esta función cuenta y devuelve el número de filas del archivo.

   3. void readFileToArray(ifstream &file, GISPOI A[], int numOfCities): Dado el objeto ifstream de un archivo, un arreglo de pueblos, y el número de registros para leer del archivo, esta función lee los valores del archivo y llena el arreglo con objetos. Esta es una función que tú implementarás.

   4. void maxDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB) : Dado un arreglo A de pueblos, determina los dos pueblos que quedan más lejos. Recuerda que la distancia que calcularás será la distancia ortodrómica. La función devuelve (por referencia) los índices de estas ciudades en el arreglo. Esta es una función que tú implementarás.

   5. void minDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB): Dado un arreglo A de pueblos, determina los dos pueblos que quedan más cerca. Recuerda que la distancia que calcularás será la distancia ortodrómica. La función devuelve (por referencia) los índices de estas ciudades en el arreglo. Esta es una función que tú implementarás.

   6. double cycleDistance(GISPOI A[], int size, int P[]): Dado un arreglo A de pueblos, el tamaño de este arreglo, y un arreglo P con una permutación de los enteros en [0,size-1], computa y devuelve la distancia de viajar el ciclo de pueblos A[P[0]] $$\rightarrow$$ A[P[1]] $$\rightarrow \cdots \rightarrow$$ A[P[size-1]]. Recuerda que la distancia que calcularás será la distancia ortodrómica.

      Por ejemplo, si los pueblos que se leen del archivo fueran Mayaguez, Ponce, Yauco y San Juan (en ese orden) y la permutación P es $$(3, 1, 0, 2$$, la función debe computar la distancia del ciclo San Juan $$\rightarrow$$ Ponce $$\rightarrow$$ Mayaguez $$\rightarrow$$ Yauco $$\rightarrow$$ San Juan.Esta es una función que tú implementarás.

   Hay otras dos funciones que debes conocer:

   1. void MainWindow::drawLine(const GISPOI &city01, const GISPOI &city02): Dada una referencia a dos objetos GISPOI, la función pinta una línea entre ellos.

   2. void drawPoints(GISPOI* gisLocations, unsigned int size);: Dado un arreglo de objetos GISPOI y su tamaño, despliega sus localizaciones como puntos en el mapa.

Ejercicio 1 - Leer los puntos georeferenciados a un arreglo

Recuerda que solo estarás cambiando código en el archivo main.cpp. Tu primera tarea será añadir código para leer todo el contenido de un archivo a un arreglo de objetos GISPOI.

1. En la función main(), añade las instrucciones necesarias para abrir el archivo que contiene la información de los pueblos georeferenciados. El archivo que usarás primero está en el directorio data y es pr10.txt. Necesitas dar el path completo del archivo como parámetro del método open() de tu objeto ifstream. Como siempre, cuando uses archivos debes verificar si el nombre del archivo que pusiste se puede abrir para leer exitosamente.

2. Invoca la función int countLinesInFile(ifstream &inFile) para obtener el número de líneas en el archivo. Puedes imprimir el número de líneas obtenido de modo que valides que tu programa está funcionando correctamente.

3. Crea un arreglo dinámicamente tan grande como el número de líneas en tu programa.

4. Modifica la función void readFileToArray(ifstream &file, GISPOI A[], int numOfCities) de modo que lea todas las líneas en el archivo a los objetos en el arreglo.

5. En la función main(), invoca la función readFileToArray, pasando la referencia al archivo, el arreglo que creaste en el paso 3, y su tamaño.

6. Luego de invocar la función readFileToArray puedes invocar la función void printArrayOfCities(GISPOI A[], int size) para imprimir los nombres y georeferencias de los puntos leidos del archivo.

7. Invoca el método drawPoints(GISPOI* gisLocations, unsigned int size) en el objeto w de modo que se muestre un punto en el mapa para cada pueblo. La invocación debe hacerse de esta manera: w.drawPoints(A, size) (asumiendo que A es el nombre de tu arreglo). Debes obtener algo parecido a la siguiente figura:

   

Ejercicio 2 - Funciones max y min

Una vez que tengas la información de los pueblos georeferenciados en el arreglo de objetos, puedes comenzar a procesarlos de muchas formas interesantes. Comenzaremos con algunas operaciones básicas.

1. Lee la documentación e implementa la la función void maxDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB). Invoca la función desde main().

2. Usa el método void drawLine(const GISPOI &city01, const GISPOI &city02) del objeto w para dibujar una línea que conecte los pueblos más lejanos. Nota que el segundo y tercer parámetro de este método son referencias a los objetos que representan los pueblos (no sus índices en el arreglo).

3. Lee la documentación e implementa la función void minDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB). Invoca la función desde main().

4. Usa el método void drawLine(const GISPOI &city01, const GISPOI &city02) del objeto w para dibujar una línea que conecte los pueblos más cercanos.

Ejercicio 3 - Computa la distancia del ciclo

1. Lee la documentación e implementa la función double cycleDistance(GISPOI A[], int size, int P[]). Invoca la función desde main() como se indica en los comentarios dentro de la función main():

   1. Primero con $$P =(0, 2, 4, 6, 8, 1, 3, 5, 7, 9)$$,
   2. Luego con = $$P=(0, 3, 6, 9, 1, 4, 7, 2, 5, 8)$$.

Ejercicio 4 - ¡Más diversión!

Cambia tu código de modo que ahora abra el archivo pr.txt. Valida tus resultados y ¡maravíllate de tu gran logro!

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Entrega

Utiliza “Entrega” en Moodle para entregar el archivo main.cpp. Recuerda utilizar buenas prácticas de programación, incluir el nombre de los programadores y documentar tu programa.

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Referencias

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Great-circle_distance

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Arrays of Objects - PRMap

Arrays help us to store and work with groups of data of the same type. The data is stored in consecutive memory spaces which can be accessed by using the name of the array and indexes or subscripts that indicate the position where the data is stored. Repetition structures provide us a simple way of accessing the data within an array.

An object is an entity that it is used in many programming languages to integrate the data and the code that operates on it, simplifying the modification of large programs. A common task in programming using C++ is working with arrays of objects. In today’s laboratory experience you will be working with georeferenced data of cities in Puerto Rico, where you will have attributes, such as name of the city, the latitude and longitude of its location, that you will use to illustrate properties in a map.

Objectives:

1. Dynamically create and manipulate an array of objects.

2. Code functions that process arrays of objects.

3. Practice passing arrays of objects as parameters in a function.

4. Practice the sequential reading of data from a file.

5. Use modular programming.

6. Use repetition and decision structures.

Pre-Lab:

Before coming to the laboratory you should have:

1. Reviewed the concepts related to arrays of objects.

2. Reviewed the concepts related to functions that use arrays of objects.

3. Reviewed how to read data from a file.

4. Studied the concepts and instructions for the laboratory session.

5. Taken the Pre-Lab quiz that can be found in Moodle.

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Georeferenced Data

Working with arrays of objects is a very common task in programming with C++. Once you have read the object’s information from a file or as user input, you should use your algorithmic skills and knowledge of C++ to invoke the adequate methods and functions to process the data correctly.

In this laboratory experience, you will be working with georeferenced data about the cities in Puerto Rico. When a data is georeferenced it simply means that it has an associated location in physical space. Typically this location are latitude and longitude coordinates. For example, the following is part of a file that contains georeferenced data for some Puerto Rican cities:

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Arroyo 17.9658 -66.0614
Bayamon 18.3833 -66.15
Caguas 18.2342 -66.0486
Dorado 18.4589 -66.2678
Fajardo 18.3258 -65.6525

Figure 1. Part of the content of a file with georeferenced data of cities in Puerto Rico; contains name of the city, coordinates for latitude and longitude.

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Orthodromic Distance

To calculate the distance between two points in the Euclidean plane, you trace the straight line segment that joins the points and compute its length using the distance formula you studied in your Pre-Calculus course. To calculate the distance between two points in the surface of a sphere you don’t use the straight line segment that joins them, you use the shortest distance between these points measured over the sphere. This distance is called the orthodromic distance. To calculate the orthodromic distance between two points in the earth globe, the latitude and longitude coordinates are used.

The GPOI Class

The most common way for C++ programmers to encapsulate data to an entity is by using classes. For example, in the case of the georeferenced data, a practical way to encapsulate the information about each city would be to implement a GeoreferencedPointOfInterest class that contains at least data members (or attributes) for: the name of the city, its latitude and longitude. The GPOI class would also need to implement methods to access, modify, and perform computations on its attributes.

In this laboratory experience, you are provided a GPOI class with the following interface methods:

• GISPOI(): the default constructor

• GISPOI(QString s, double latitude, double longitude): constructor that receives name, longitude and latitude.

• double getLat(), double getLon(): getters for the latitude, longitude.

• QString getName(): getter for the name.

• void setAll(string s, double a, double b): setter for all the properties (at once)

• double odDistance(const GISPOI &B) const: given B, another GPOI object, returns the orthodromic distance (or the closest distance) between the invoking GPOI and B.

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!INCLUDE “../../eip-diagnostic/PRMap/en/diag-prmap-01.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/PRMap/en/diag-prmap-02.html”

!INCLUDE “../../eip-diagnostic/PRMap/en/diag-prmap-03.html”

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Laboratory Session:

Exercise 0 - Download and understand the code

Instructions

1. Load the prMap project onto Qt by double clicking on the prMap.pro filein the directory Documents/eip/Arrays-PRMap of your computer. You may also go to http://bitbucket.org/eip-uprrp/objectsarrays-prmap to download the ObjectsArrays-PRMap folder to your computer.

2. Build and run the program. In its current state, the program simply displays a map of Puerto Rico. This map is provided so that you can visualize the results of your program. You may see some warnings which are due to the fact that some of the functions are incomplete. You will complete them throughout this laboratory experience.

3. Open the main.cpp file. This is the file where you will be writing your code. This file contains the following functions:

   1. void printArrayOfCities(GISPOI A[], int size): Given A, an array of GISPOI objects and its size, prints all the cities in the array. You may use this function as part of your debugging process.

   2. int countLinesInFile(ifstream &file): Given a reference to the object that represents a file, this function counts and returns the number of lines in the file.

   3. void readFileToArray(ifstream &file, GISPOI A[], int numOfCities): Given the ifstream object of a file, an array of cities and the number of records to read from the file, this function reads the values from the file and populates the array with objects. This is a function you will implement.

   4. void maxDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB) : Given A, an array of cities, determines the farthest two cities. Remember that the distance you will calculate is the orthodromic distance. The function returns (by reference) the indices of these cities in the array. This is a function you will implement.

   5. void minDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB): Given A, an array of cities, determines the closest two cities. Remember that the distance you will compute is the orthodromic distance. The function returns (by reference) the indices of these cities in the array. This is a function you will implement.

   6. double cycleDistance(GISPOI A[], int size, int P[]): Given an array of cities A, the size of the array, and an array P with a permutation of the integers in [0, size-1], computes and returns the distance to travel the cycle of cities A[P[0]] $$\rightarrow$$ A[P[1]] $$\rightarrow \cdots \rightarrow$$ A[P[size-1]]. Remember that the distance you will calculate is the orthodromic distance.

      For example, if the cities read from the file where Mayaguez, Ponce, Yauco and San Juan (in that order) and the permutation P is $$(3, 1, 0, 2$$, the function should compute the distance of a cycle from San Juan $$\rightarrow$$ Ponce $$\rightarrow$$ Mayaguez $$\rightarrow$$ Yauco $$\rightarrow$$ San Juan. This is a function you will implement.

There are two additional functions that you need to know:

1. void MainWindow::drawLine(const GISPOI &city01, const GISPOI &city02): Given a reference to two GISPOI objects, the function draws a line between them.

2. void drawPoints(GISPOI* gisLocations, unsigned int size);: Given an array of GISPOI objects and their size, displays their locations as points in the map.

Exercise 1 - Read the georeferenced points into an array

Remember that you will only be changing code in the main.cpp file. Your first task will be to add code to read the entire contents of a file into an array of GISPOI objects.

1. In the main() function, add the necessary instructions to open the file that contains the georeferenced city information. The file that you will use first is pr10.txt and it is in the data directory. You need to provide the complete path to the file as a parameter to the open() method of your ifstream object. As always, when using files you should verify if the entered name is a file that can be successfully opened for reading.

2. Invoke the int countLinesInFile(ifstream &inFile) function to obtain the number of lines in the file. You may print out the number obtained so that you can validate is your program is working correctly.

3. Dynamically create an array as big as the number of lines in the file.

4. Modify the void readFileToArray(ifstream &file, GISPOI A[], int numOfCities) function so that it reads all the lines in the file to the objects in the array.

5. In the main() function invoke the readFileToArray function, passing the reference to the file, the array you created in step 3, and its size.

6. After invoking readFileToArray you may invoke void printArrayOfCities(GISPOI A[], int size) to print the names and georeferences of the points read from the file.

7. Invoke the method drawPoints(GISPOI* gisLocations, unsigned int size) on the w object so that a point will be shown in the map for each city: w.drawPoints(A, size) (assuming that A is the name of your array). You should obtain something similar to the next figure.

   

Exercise 2 - Max and min functions

Once you have the information of georeferenced cities in the array of objects, you can start processing them in many interesting ways. We will start with some basic operations.

1. Read the documentation and implement the function void maxDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB). Invoke the function from main().

2. Use the void drawLine(const GISPOI &city01, const GISPOI &city02) method of the w object to draw a line connecting the two farthest cities. Notice that the second and third parameters of this method are ** references to the objects that represent the cities** (not their indices in the array).

3. Read the documentation and implement the function void minDistances(GISPOI A[], int size, int &idxCityA, int &idxCityB). Invoke the function from main().

4. Use the void drawLine(const GISPOI &city01, const GISPOI &city02) method of the w object to draw a line connecting the two closest cities.

Exercise 3 - Compute the cycle distance

1. Read the documentation and implement the function double cycleDistance(GISPOI A[], int size, int P[]). Invoke the function from main() as indicated in the comments inside the main() function:

   1. First with $$P = (0, 2, 4, 6, 8, 1, 3, 5, 7, 9)$$
   2. Then with $$P =(0, 3, 6, 9, 1, 4, 7, 2, 5, 8)$$

Exercise 4 - More fun!

1. Change your code so that it now opens the pr.txt file. Validate your results and wonder at your great achievement!

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Deliverables

Use “Deliverables” in Moodle to hand in the main.cpp file. Remember to use good programming techniques, include the name of the programmers involved, and document your program.

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Referencias

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Great-circle_distance