KAREL 98

Základy programování pro malé i větší bez potřeby znalostí matematiky

Tomáš Holubec
Ústí u Vsetína 116
755 01

Karel je robot uzavřený ve městě 10x10 polí. V jeho světě existují pouze zdi, značky a čtyři světové strany. Sám umí pouze udělat krok, otočit se vlevo a položit nebo zvednout značku. Také umí rozpoznat zda na poli, kde stojí, je nějaká značka, zda stojí před zdí a na jakou světovou stranu je natočen.
Robot Karel je však velmi učenlivý a má schopnost naučit se vykonávat i značně složité činnosti. Cílem Vaší práce bude vytvořit pro Karla návod k vykonání zadaného úkolu.

Karlovo město

Karlovo město je zobrazeno v pravém horním rohu. Je tvořeno poli 10x10, z vnějšku je ohraničeno vnějšími zdmi, které jsou znázorněny růžovou barvou. Karel je ve výchozí poloze v levém dolním rohu natočen vpravo - je doma.
Vedle města je malé okno obsahující nástroje na úpravu města. Umožňuje hýbat s Karlem, pokládat značky a vytvářet vnitřní zdi.
Další nástroje pro úpravu města jsou v horním menu pod položkou Město. Světové strany jsou ve městě rozloženy jako na mapě - sever nahoře, jih dole, východ vlevo, západ vpravo.

Přímý režim

Karel ihned provede Vámi zadaný příkaz. Klikněte myší na okno Ovládání Karla a do spodního řádku napište VLEVO VBOK a stiskněte ENTER. Karel (jeho šipka) se otočí vlevo. Stejným způsobem můžete napsat POLOZ nebo ZVEDNI a Karel na poli, kde stojí, položí nebo zvedne značku. Napíšete-li KROK, Karel se posune o jedno políčko ve směru šipky.
Obecně platí, že můžete napsat Karlovi jakýkoli příkaz, který je uveden v okně Známé příkazy. Na začátku zná Karel pouze čtyři základní výkonné příkazy. Jejich pomocí se dá vytvořit jakýkoliv program.

Režim učení Karla

Chceme-li naučit Karla rozumět novému příkazu musíme mu říci, že se jedná o nový příkaz, který si má zapamatovat.
Pokud jste chtěli Karla otočit čelem vzad, museli jste dvakrát za sebou napsat VLEVO VBOK. Karel příkaz CELEM VZAD ještě nezná, musíme mu nový příkaz vysvětlit.
Napíšeme POCHOP CELEM VZAD a stiskneme ENTER. V okně nad vstupním řádkem se objeví náš nový příkaz. Karel nyní čeká, co tento příkaz znamená. Napíšeme VLEVO VBOK. V horním okně se pod CELEM VZAD objeví VLEVO VBOK, všimněme si, že VLEVO VBOK je odskočeno od začátku řádky. Napíšeme ještě jednou VLEVO VBOK. Napíšeme KONEC. Karel nyní zná nový příkaz CELEM VZAD. Nový příkaz můžete ihned vyzkoušet.

Základy programování v Karlovi

Karel od narození zná pouze 4 přímé příkazy:

KROK	Karel otočí šipku o 90° vlevo
VLEVO VBOK	Karel se posune o jedno pole ve směru šipky
POLOZ	Karel na pole, kde stojí,položí jednu značku (max.9)
ZVEDNI	Karel zvedne jednu značku

Dále rozumí slovům: OPAKUJ, DOKUD, KDYZ, JE/NENI, ZEĎ, ZNACKA, SEVER, JIH, VYCHOD, ZAPAD, KONEC, POCHOP, CHYBA

Učíme Karla novým příkazům

Každý nový příkaz si nejprve pište do tzv. kopenogramu. Kdo se naučí myslet v kopenogramech, bude umět v budoucnu rychleji pracovat i se složitějšími programovacími systémy.

1.úkol: Naučíme Karla otočit se čelem vzad a vpravo vbok.

	`POCHOP CELEM VZAD VLEVO VBOK VLEVO VBOK KONEC`
	`POCHOP VPRAVO VBOK VLEVO VBOK VLEVO VBOK VLEVO VBOK KONEC`
	`POCHOP VPRAVO VBOK CELEM VZAD VLEVO VBOK KONEC`

Tip: Příkazy můžete zkracovat.
Např. VLEVO VBOK stačí napsat jako VL., KROK stačí napsat jako K. atd.
Při přepisu kopenogramu do počítače nesmíme zapomenout na zásadu: "Každé opuštění rámečku musíme vyjádřit slovem KONEC."

2.úkol: Karel na pole, kde stojí, položí 5 značek (SLOUP), při jižní zdi postaví na 8 polích CHODNÍK (na každém poli jedna značka).

	`POCHOP SLOUP OPAKUJ 5 POLOZ KONEC KONEC`
	`POCHOP CHODNIK OPAKUJ 8 POLOZ KROK KONEC KONEC`
	`POCHOP STENA OPAKUJ 9 KROK SLOUP KONEC SLOUP KONEC`

Co udělá Karel příkazem STĚNA?
Proč je příkaz SLOUP použit i mimo opakovací blok?
Ověřte si své domněnky.

Cyklus OPAKUJ můžeme vložit dvěma způsoby:
1. OPAKUJ + počet opakování - ENTER
2. OPAKUJ - ENTER ; objeví se okno, ve kterém zvolíme počet opakování

3.úkol: Naučíme Karla dojít ke zdi, jejíž vzdálenost od robota není známa (KE ZDI), Karel postaví ke zdi neznámé vzdálenosti CHODNÍK 1, Karel postaví CHODNÍK 2 kolem města neznámých rozměrů.

	`POCHOP KE ZDI DOKUD NENI ZED KROK KONEC KONEC`
	`POCHOP CHODNIK 1 DOKUD NENI ZED KROK POLOZ KONEC KONEC`
	`POCHOP CHODNIK 2 OPAKUJ 4 CHODNIK 1 VLEVO VBOK KONEC KONEC`

Z kopenogramů vidíte, že dříve naučený příkaz lze v novém kopenogramu použít stejně jako některý ze čtyř příkazů, které Karel zná na začátku.

Cyklus DOKUD můžeme vložit dvěma způsoby:
1. DOKUD + celá podmínka - ENTER
2. DOKUD - ENTER ; objeví se okno, ve kterém zvolíme podmínku

Při přepisování kopenogramu můžete příkazem CHYBA vymazat poslední vložený příkaz. Pokud zrovna Karlovi nevysvětlujete nový příkaz, dojde k odstranění posledního naučeného příkazu.

4.úkol:
a) Karel provede VÝMĚNU. Je-li na poli značka, zvedne ji, jinak značku položí.
b) Karel se rozhodne mezi těmito činnostmi: když bude mít pod sebou značku, sebere ji, bude-li pole prázdné, udělá krok vpřed (ROZHODNI) - Kopenogram si doplňte sami.

	`POCHOP VYMENA KDYZ JE ZNACKA ZVEDNI KONEC JINAK POLOZ KONEC KONEC`
	`POCHOP ROZHODNI KDYZ JE ZNACKA ??? KONEC JINAK ??? KONEC KONEC`

KDYZ můžeme vložit dvěma způsoby:
1. KDYZ + celá podmínka - ENTER
2. KDYZ - ENTER ; objeví se okno, ve kterém myší zvolíme podmínku

KONEC můžeme vložit pouhým zmáčknutím klávesy ENTER.
KONEC JINAK nemusíme vkládat celé, Karel sám rozhodne, na který řádek JINAK patří. JINAK je vloženo v okamžiku, kdy při přepisování přecházíme z levé větve podmínky do pravé.

5.úkol:
a) Naučíme Karla točit PIRUETU.
b) Vybrat všechny značky na poli,kde stojí.

	`POCHOP PIRUETA VLEVO VBOK PIRUETA KONEC`
	`POCHOP VYBER 1 KDYZ JE ZNACKA ZVEDNI VYBER 1 KONEC JINAK KONEC KONEC`
	`POCHOP VYBER 2 DOKUD JE ZNACKA ZVEDNI KONEC KONEC`

Volání názvu právě učeného příkazu nazýváme rekurze, program se ocitá na začátku a opět vykoná příkaz VLEVO VBOK, znovu je rekurzí vrácen na začátek programu a Karel se opět otočí vlevo, točí se tak dlouho, dokud ho nezastavíme tlačítkem s přeškrtnutým vykřičníkem, které se objeví na ovládacím panelu vedle města.

Rekurzi lze použít také v bloku s příkazem KDYZ (VYBER 1), v tomto případě se Karel v okamžiku, kdy na políčku už nebude žádná značka, zastaví. VYBER 2 má stejnou funkci jako VYBER 1.

Při rekurzi si Karel pamatuje odkud byl na začátek programu odhozen - vytahuje si kartičky a vše si na ně zapisuje (Ve skutečnosti se tomu říká zásobník a ukládá se do něj adresa místa, odkud má program odskočit do podprogramu.
Po ukončení podprogramu pak bude program pokračovat od adresy, ze které do podprogramu odskočil.). Kartiček má však omezený počet a jakmile mu dojdou, tak se s chybou zastaví.

Pokus: Zadejte příkaz PIRUETA, kliknutím na tlačítko se sanitkou přepněte Karla na nejvyšší možný rychlostní stupeň a čekejte co se po nějaké chvíli stane.

6.úkol: S využitím rekurze naučte Karla chodit kolem budovy 4X4 zdi (HLÍDAČ), tzn. Karel udělá 5 kroků a otočí se vlevo a tuto činnost vykonává tak dlouho dokud ho sami nezastavíme.

Ověřte si, co vykoná Karel příkazy TOČ1,TOČ2. Pozor, nejprve ho musíte naučit příkaz OTOČ- Karel se jednou na místě otočí o 360°.

Rekurzi v kombinaci s příkazem KDYZ využíváme ve všech složitějších úlohách Karla.

7.úkol: Naučíme Karla dojít do poloviny neznámé vzdálenosti od zdi.

Karel nejprve půjde dvojkroky ke zdi, pak se otočí a zpět půjde po krocích - tzn. kolik dvojkroků šel ke zdi, tolik kroků půjde zpět a dostane se právě do poloviny vzdálenosti.

? krok = opatrný krok, doplňte kopenogram:
(Zabezpečte, aby Karel udělal krok jen pokud nestojí před zdí.)

Proč druhý krok musí být opatrný?
Musíme totiž počítat s tím, že Karel má před sebou ke zdi lichý počet polí.
? KROK zajistí, že Karel nenarazí na zeď a program se nezastaví.

Rekurzí je Karel vždy odhozen na začátek programu. Při každém odhození si ze svého batůžku vytáhne kartičku a na ni si poznačí, odkud byl odhozen na začátek příkazu.
Když se dostane do levého bloku rozhodování a vykoná i poslední příkaz CELEM VZAD, měl by se vlastně zastavit, má ale v ruce kartičky, které mu říkají, že se má vrátit na místo, odkud byl rekurzí odhozen a dodělat příkazy, které jsou za rekurzí.
To znamená, že vykoná tolikrát příkazy, které zde následují, kolik v ruce drží kartiček. Udělá přesně tolik kroků zpátky od zdi, kolik udělal dvojkroků cestou ke zdi.

Při řešení některých složitějších úloh je zapotřebí užít několik takových rekurzí.

V hlavním menu programu naleznete sbírku úloh. Jedná se o úlohy během let sesbírané na soutěžích v programování. K některým z nich jsem přidal i vzorové řešení.

Tomáš Holubec
Ústí u Vsetína 116
755 01

tomas@holubec.cz