Programação 2009/2010
MEEC ­ MEAer
Projecto de Programação ­ population_workbench
1. Introdução
Com o desenvolvimentos das redes de sensores e tecnologias de telemetria e identificação remota é possível monitorizar grandes populações de animais no meio selvagem. Devido à elevada quantidade de dados produzidos por estes sistemas é necessário automatizar o seu processamento.
Assim, o projecto de programação consiste no desenvolvimento de um programa (chamado population_workbench) que permite analisar e apresentar os dados produzidos por sistemas de lo­
calização de animais selvagens.
O programa interage com o utilizador por meio de comandos textuais, permitindo ao utiliza­
dor a leitura de conjuntos de dados (contendo as diversas localizações de uma população ao longo do tempo), a geração de gráficos com a localização individual dos indivíduo e deslocamento da po­
pulação e geração de estatística.
O utilizador, após invocar a aplicação population_workbench tem à sua disposição uma linha de comando onde deverá escrever os comandos. Estes comandos seguem a sintaxe que se apresenta na próxima secção.
2. Comandos
Neste projecto deverão ser implementados os comandos que permite ao utilizador interagir com a aplicação: ler dados, configurar aplicação e gerar resultados.
2.1. Leitura de dados
read population_name [ start_time_step [ end_time_step ] ]
Lê vários ficheiros cujos nomes têm a forma population_name_X.data , em que X é substituído por um valor numérico entre start_time_step e end_time_step (inclusive). A leitura começa no ficheiro com o valor X menor e continua lendo os ficheiros com X su­
periores.
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
Se não for indicado end_time_step a leitura termina quando não conseguir ler um ficheiro de dados.
Se não for indicado start_time_step o primeiro ficheiro lido corresponde ao do instante zero, X com o valor 0 (zero).
Quando forem indicados os dois parâmetros numéricos (start_time_step e end_time_step) a leitura deve continuar para o ficheiro seguinte, mesmo que um ficheiro não exista.
Cada ficheiro lido contém as coordenadas dos diversos indivíduos de uma determinada po­
pulação. O armazenamento dos dados correspondentes a vários instantes permite o estudo da evolu­
ção temporal dessas populações.
As coordenadas correspondentes a cada instante deverão ser armazenadas em memória para processamento posterior.
A leitura repetida de dados correspondentes a populações com informação já armazenada em memória, implica a adição de novos dados (correspondentes a instantes não lidos anteriormente). Para uma população não poderá haver dados repetidos referentes a um mesmo instante, i.e. para um determinado instante e para uma população não pode haver dados repetidos.
Exemplos
read flock
Este comando tenta ler o ficheiro flock_0.data, seguido de flock_1.data, flock_2.data, flock_3.data, flock_4.data,... Termina a leitura quando não conseguir ler um ficheiro.
read eagle 10
Este comando tenta ler o ficheiro eagle_10.data, seguido de eagle_11.data, eagle_12.data, eagle_13.data, eagle_14.data ,... Termina a leitura quando não conseguir ler um ficheiro.
read eagle 15 20
Este comando tenta ler todos os ficheiros: eagle_15.data, eagle_16.data, eagle_17.data, eagle_18.data, eagle_19.data e eagle_20.data .
Neste comando, se algum dos ficheiros não existir, a leitura deverá continuar pelos próximos ficheiros.
2/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
2.2. Remoção de dados
remove population_name [ start_time_step [ end_time_step ] ]
O comando remove apaga da memória os dados correspondentes à população cujo nome aparece como parâmetro (population_name).
Os valores start_time_step e end_time_step limitam quais os dados a ser removidos. No caso de ambos forem indicados, só os dados correspondentes a instantes pertencentes a este interva­
lo são removidos. Se apenas for indicado o start_time_step, são removidos todos os dados correspondentes a instantes posteriores a esse instante, i.e. dados cujo time_step seja superior a start_time_step. Se não for indicado start_time_step nem end_time_step todos os dados da população são apagados. Exemplos
remove flock
Este comando remove todos os dados armazenados em memória correspondentes à popula­
ção flock
remove eagle 10
Este comando remove todos os dados armazenados em memória correspondentes à popula­
ção eagle, cujo instante (time_step) é maior ou igual a 10
read eagle 15 20
Este comando remove todos os dados armazenados em memória correspondentes à popula­
ção eagle para os instantes entre 15 e 20 (inclusive). 2.3. Definição dos limites dos gráficos
set limits auto
set limits minx miny maxx maxy
Uma funcionalidade desta aplicação é a geração de gráficos (mapas) com a localização dos indivíduos das diversas populações.
O comando set limits permite definir quais os limites da região que será mostrada em cada gráfico. Este comando definirá quais os valores mínimos e máximos para as coordenadas x e y da região a apresentar nos gráficos.
3/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
Se o utilizador der o comando set limits auto, os limites da região deverão garantir que to­
dos os indivíduos lidos e armazenados até esse momento estão incluídos no intervalo calculado.
Na outra alternativa (set limits minx miny maxx maxy) é o utilizador que define os limites dos gráficos.
A partir deste momento e até que novo comando set limits seja dados os mapas terão o mes­
mos limites.
Ao desenhar os mapas, qualquer indivíduo com coordenadas externas a estes intervalos não é impresso.
A leitura de novos dados não altera os limites definidos por este comando. Só uma nova invocação do comando set limits altera os limites dos gráficos.
Exemplos
set limits auto
Este comando define de forma automática os limites dos gráficos que forem gerados poste­
riormente. Os limites calculados deverão circundar as coordenadas de todos os indivíduos armazenadas até este momento. A leitura de novos dados, não altera os limites definidos com este comando.
set limits 0 0 1000 800
Este comando define explicitamente o novos limites para os gráficos (coordenadas x entre 0 e 1000 e coordenadas y entre 0 e 800). 4/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
2.4. Atribuição de símbolo a uma população
assign population_name symbol Aquando da geração dos mapas com as populações, é necessário identificar e distingui­las. Assim é necessário que os indivíduos de cada população sejam representados por símbolos dife­
rentes.
Este comando atribuí a uma população um símbolo (um caracter) que será usado na geração dos mapas.
Exemplos
assign eagle v
A partir deste momento qualquer mapa ou gráfico que apresente indivíduos da população eagle, usa o caracter v para os representar (ver exemplos na secção 2.5). Para indivíduos de outras populações deverão ser usados outros caracteres (também defini­
dos pelo utilizador e atribuídos com outro comando assign) .
2.5. Apresentação de dados
show pop all time_step
show pop population_name time_step
O comando show pop abre uma janela e apresenta nela um gráfico com a localização dos indivíduos num determinado instante (time_step).
Se for usada a palavra all, são apresentados os indivíduos de todas as populações para as quais haja dados nesse instante.
Caso se use um outro nome diferente de all, apenas serão apresentados os indivíduos da po­
pulação com esse nome, também no instante definido.
Exemplos
Show pop eagle 1
Esta instrução abre uma janela e, usando os limites definidos anteriormente (automáticos ou explicitamente definidos), desenha o gráfico com a posição dos indivíduos da população eagle no instante 1.
5/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
Show pop all 100
Esta instrução abre uma janela e, usando os limites definidos anteriormente (automáticos ou explicitamente definidos), desenha o gráfico com a posição dos indivíduos de todas as populações existentes no instante 1. Neste caso do seguinte exemplo existiam duas populações diferentes, que se podem observar no gráfico representadas por símbolos diferentes: uma representada pelo caracter x e outra pelo caracter v.
6/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
show center population_name
O comando show center abre uma janela e apresenta nela um gráfico com o percurso reali­
zado pela população identificada por population_name.
Na apresentação do percurso é usado o “centro de massa” da população.
Cálculo do centro de massa
O centro de uma população pode ser calculado de diversas maneiras. Neste projectos este ponto será calculado de modo semelhante ao centro de massa de um sistema com N partículas:
1 N
C= ∑ m i∗ pi em que N é o número de partículas, p i á a posição e m i
N i =1
corresponde à massa de cada partícula.
No caso das populações deste projecto, considera­se que todos os elementos da população como tem massa igual, ficando assim a fómula:
N
C=
1
∑p
N i =1 i
As coordenadas (x e y) do centro da população podem ser calculadas separadamente:
•
•
1
xc=
N
N
1
∑ x i e y c= N
i=1
N
∑ yi
são as coordenadas do centro da população
i=1
x i e x i são as coordenadas de cada uma dos elementos da população
Exemplos
show center flock
Esta instrução abre uma janela e, usando os limites definidos anteriormente (automáticos ou explícitos) e desenha uma linha que representa o percurso do bando flock.
7/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
2.6. Geração de ficheiros gráficos
plot pop all file_name
plot pop population_name file_name
Este comando gera vários mapas (um para cada instante armazenado em memória) com a lo­
calização dos diversos indivíduos de cada população. Se se usar o parâmetro all, cada um dos mapas conterá indivíduos de todas as populações existentes. Caso contrário, só a população identificada por population_name será referenciada nos mapas gerados. É criado um ficheiro do tipo PNG com nome no seguinte formato: file_name_X.png , em que X deverá ser substituído pelo número de instante (time_step). Se para um determinado instante não existirem dados, não é gerado nenhum ficheiro.
A representação das populações usando este comando é semelhante à do comando show.
Exemplos
Show pop all all_pop
Este comando gera uma imagem para cada instante para o qual existem dados, independen­
temente da população a que pertencem. O nome dessas imagens tem o prefixo all_pop_.
Em alguns instantes (neste exemplo até ao instante 429) aparecem indivíduos de várias po­
pulações, noutros só aparecem indivíduos de uma população.
8/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
Se para um determinado instante não existirem dados não é gerada nenhuma imagem para esse instante.
As imagens são geradas na directoria de trabalho.
all_pop_00000.png all_pop_00001.png
all_pop_00076.png
...
...
all_pop_00074.png
all_pop_00075.png
all_pop_00429.png
all_pop_00430.png
...
Show pop eagle pop_eagle
Este comando gera uma imagem para cada instante para o qual existem dados referentes à população eagle. O nome dessas imagens tem o prefixo pop_eagle_.
Só aparecem indivíduos da população definida (neste caso eagle).
Se para um determinado instante não existirem dados, não é gerada nenhuma imagem.
As imagens são geradas na directoria de trabalho.
pop_eagle_00000.png pop_eagle_00001.png
pop_eagle_00431.png
...
...
pop_eagle_00429.png pop_eagle_00430.png
pop_eagle_00622.png pop_eagle_00623.png pop_eagle_00624.png
2.7. Geração de estatísticas
get stats population_name [ file_name ]
Este comando imprime uma tabela com as estatísticas de uma determinada população. Para cada instante, a partir dos dados armazenados em memória, é impressa uma linha contendo a seguinte informação: •
Limites da população (minx, miny, maxx, maxy)
9/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 •
29­09­2009
Centro da população (centrox, centroy)
Se for indicado o nome de um ficheiro, a informação acerca da população é escrita num ficheiro chamado file_name .
Exemplo
get stats eagle
0
217.08 85.27 794.61 666.47
530.32 314.22
1
233.11 91.44 782.50 646.87
529.55 308.22
2
252.30 98.88 772.36 627.10
529.82 301.44
3
271.35 105.60 762.53 607.32
529.87 293.42
4
290.40 112.51 752.44 608.19
528.90 287.00
20
216.62 164.69 511.65 468.47
355.17 236.93
21
203.31 166.13 510.38 455.09
342.55 235.76
...
....
2.8. Resumo dos comandos
São apresentados de seguida todos os comandos a implementar. Para cada comando são indicados a itálico quais os seus parâmetros (que o utilizador deve definir) e os seus tipos.
•
read population_name [ start_time_step [ end_time_step ] ]
o population_name ­ string
o start_time_step e end_time_step – inteiros
o start_time_step e end_time_step são opcionais
•
remove population_name [ start_time_step [ end_time_step ] ]
o population_name ­ string
o start_time_step e end_time_step – inteiros
o start_time_step e end_time_step são opcionais
•
set limits auto
•
set limits minx miny maxx maxy
o minx miny maxx maxy ­ reais
•
assign population_name symbol
o population_name – string
o symbol – caracter
•
show pop all time_step
o time_step – inteiro
10/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 •
29­09­2009
show pop population_name time_step
o population_name – string
o time_step – inteiro
•
show center population_name
o population_name – string
•
plot pop all file_name
o file_name – string
•
plot pop population_name file_name
o population_name e file_name – string
•
get stats population_name [ file_name ]
o population_name e file_name – string
o file_name é opcional
3. Formato dos Ficheiros de dados
As coordenadas dos indivíduos de uma população são armazenadas persistentemente em vários ficheiros. Cada ficheiro contém as coordenadas dos diversos indivíduos num determinado instante.
O formato do nome dos ficheiros é o seguinte NNNNNN_X.data , em que:
•
NNNNNN é substituído pelo nome da população
•
X corresponde ao instante a que os dados dizem respeito
Por exemplo o ficheiro eagle_127.data tem as coordenadas dos indivíduos da população eagle no instante 127.
Cada uma das linha destes ficheiros contém unicamente as coordenadas (x e y) de um indivíduo, separadas por um espaço (ou tab). Nenhuma outra informação está contida nos ficheiros de dados.
Exemplo do conteúdo de um ficheiros de dados eagle_1.data contendo as coordenadas de 20 aves:
371.42462
517.76807
745.8838
498.4199
782.49634
560.77795
233.11032
287.37665
587.2787
201.70482
586.4744
235.28424
403.76346
314.4696
11/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 745.3034
295.49466
713.2797
494.72754
712.14197
156.99321
531.9933
188.20189
317.48935
91.43638
381.3252
459.7714
364.15906
139.0551
759.3824
458.51932
456.92392
232.4197
629.93115
216.20279
539.61304
514.93555
496.79605
646.87274
603.6028
171.79942
29­09­2009
4. Directoria de trabalho
Os ficheiros de dados deverão ser todos lidos de uma directoria de trabalho, as escrita de ficheiros também é feita nessa directoria. Normalmente esta directoria é aquela onde se encontra a aplicação.
Se o utilizador desejar alterar esta directoria de trabalho, para ler (ou escrever) de uma directoria diferente, deverá utilizar os argumentos da linha de comando.
A opção –d (seguida de um nome) permite alterar a directoria de trabalho. Por exemplo population_workbench –d /data/ permitirá a leitura dos ficheiros de dados a partir da directoria /data/ . Mais tarde a mesma aplicação poderá ser utilizada para ler e processar dados existente noutra directoria (/data2 por exemplo): population_workbench –d /data2 .
5. Formato do gráficos
Os gráficos deverão ser desenhados (no écran ou nos ficheiros) usando a biblioteca g2:
•
http://g2.sourceforge.net/g2_ref/
Esta biblioteca contêm uma série de funções para geração de imagens em diversos formatos: inclui os mecanismos para criação dos ficheiros e abertura de janelas, assim como funções para escrita de figuras gráficas (pontos, polilinhas e polígonos).
Os gráficos apresentados no écran (com o comando show) ou escritos nos ficheiros (com o comando plot) seguem sempre o mesmo formato.
A dimensão dos gráficos (janelas ou ficheiros .png) é sempre 800x600: 800 pontos de largu­
ra e 600 pontos de altura. 12/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
Dentro desta área deverá ser desenhado um rectângulo em cujo interior serão assinaladas as posições dos indivíduos. Para representar cada indivíduo deverão ser usados os caracteres definidos pelo comando assign. As dimensões deste rectângulo são fixas e deverão ser definidas pelo programador. Nos eixos do gráfico deverão ser apresentados os limites definidos com o comando set limits. No exemplo anterior os limites calculados com o comando set limits auto foram:
•
eixo x 42.54 1023.18
•
eixo y 0.01 752.0
6. Desenvolvimento do projecto
Sugere­se um desenvolvimento faseado do projecto, devendo os alunos garantir que todas as funcionalidades codificadas até esse momento se encontram a funcionar correctamente.
É preferível um programa que implementa poucas funcionalidades, mas que funcio­
nam correctamente, do que um programa totalmente desenvolvido mas que não faz nada.
Assim sugerem­se os seguintes passos, pela ordem apresentada, para realização do projecto:
•
Leitura e verificação dos comandos dados pelo utilizador
•
Leitura e verificação dos ficheiros de dados
13/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
•
Armazenamento dos dados referentes a um instante
•
Comando set limits minx miny maxx maxy
•
Funções auxiliares para o comando set limits auto
•
Implementação parcial do comando assign
•
Implementação parcial do comando show (criação da janela e desenho dos indivíduos de uma única população) •
Implementação parcial do comando plot (criação do ficheiro e desenho dos indivíduos de uma única população) As funcionalidade listadas anteriormente podem ser implementadas sem o código de mani­
pulação de listas. A partir do momento em que se armazenam vários conjuntos de dados (de popula­
ções e instantes diferentes) todas as funcionalidade podem ser implementadas:
•
Armazenamento dos dados de diversos ficheiros
•
Comando remove
•
Comando set limits auto
•
Comando assign
•
Comando show pop
•
Comando show center
•
Comando plot
•
Comando get stats
6.1. Codificação
Devido ao tipo de dados (grande variabilidade e desconhecimento da quantidade máxima de populações e instantes), deverão ser utilizadas listas dinâmicas para armazenamento dos dados. O estilo de codificação (indentação, posicionamento das chavetas, nomes dos identificado­
res) deve ser escolhido pelos alunos, mas consistente em todo o projecto.
Existem diversas variações da linguagem C. Aquela que deve ser usada é a apresentada nas aulas teóricas e descrita no livro The C Programming Language ­ The ANSI edition. 6.2. Documentação
O código produzido pelos alunos deverá ser comentado e documentado. Os comentários pre­
sentes no código deverão explicitar e explicar o funcionamento da aplicação assim como as deci­
sões tomadas.
14/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
Na geração da documentação relativa às funções implementadas, deverá também ser usada o formato implementado pela aplicação Doxygen.
6.3. Compilação
O compilador a usar na execução do projecto é o gcc, em ambiente Linux. Na compilação do código devem ser usados os seguintes argumentos da linha de comando –Wall –ansi –pedantic.
Projectos que não compilem quando usando as opções anteriores, i.e. que tenham erros de sintaxe, não serão avaliados.
A existência de avisos durante a fase de compilação é indício da existência de problemas no código e será penalizada.
Não é permitido o uso de biblioteca distintas da g2 e das apresentadas no livro The C Pro­
gramming Language ­ The ANSI edition.
6.4. Decisões de projecto
Como em qualquer projecto de informática, o funcionamento do programa não está total­
mente definido no enunciado, existindo algumas ambiguidades e omissões. Para resolver essas omissões os alunos deverão tomar algumas decisões aquando do desen­
volvimento do projecto. Estas decisões devem ser fundamentadas, sem nunca ir contra o definido no enunciado.
7.
Avaliação
A avaliação do projecto terá em conta diversos parâmetros:
•
Funcionalidades implementadas
•
Qualidade do código produzido
•
Estruturação da aplicação
•
Estruturas de dados usadas no armazenamento das populações
•
Comentários e documentação
•
Tratamento de erros
•
Organização do código (separação modular do código)
•
Discussão oral
7.1. Entrega intermédia
A aplicação a realizar para a entrega intermédia deve ter a seguinte funcionalidade:
15/16
Projecto de Programação (MEEC­MEAer) 2009/2010 29­09­2009
•
Leitura dos comandos a partir do teclado
•
Verificação da correcção sintáctica dos comandos
•
Verificação do formato da informação contida nos ficheiros de dados
•
Identificação de possíveis erros, com escrita no écran de mensagens explicativas
•
Contabilização do número de ficheiros correctamente lidos
•
Apresentação do número de coordenadas existentes em cada ficheiro de dados lido
•
Contabilização discriminada de cada um dos comandos correctamente invocados pelo utilizador (read, remove, set limits, assign, show, plot e get stats)
Nesta fase, não é necessário armazenar nenhuma informação contida nos ficheiros da dados. A única informação a armazenar é aquela necessária à contabilização pedida.
Este programa servirá de base para o desenvolvimento do projecto final.
A entrega será realizada de modo electrónico, através do sistema Fénix. Nas semanas seguintes a nota e os problemas encontrados serão apresentados aos alunos.
Esta entrega intermédia será cotada entre 0 e 3 valores, sendo avaliado o seguinte:
•
Funcionalidade implementada e a funcionar
•
Estruturação do código
•
Comentários
7.2. Entrega Final
Aquando da entrega final do projecto, os alunos deverão ter um programa que implemente todas as funcionalidades pedidas.
Os alunos deverão entregar uma cópia em papel das listagens do código e, em versão electrónica (CD), a directoria do projecto KDevelop (comprimida num ficheiro .tar.gz) contendo o código e a documentação gerada pelo Doxygen.
O trabalho final e a discussão desse trabalho será cotada entre 0 e 17 valores.
16/16