2.4 Loogisia lausekkeita, valintaa ja toistoa

Tässä luvussa opetellaan ehtolausekkeiden kirjoittamista ja niiden käyttöä algoritmin toiminnan ohjaamiseen.

Tähän mennessä opitut ohjelmat ovat vähän tylsiä: ne suoritetaan aina samalla tavoin ensimmäisestä lauseesta viimeiseen. Valintalauseella ja ehdollisella toistolla algoritmin toiminta saadaan riippumaan syöttötiedoista. Toistolauseet ovat tavallaan varsinainen syy siihen, että tietokoneita kannattaa käyttää algoritmien suorittamiseen: vaikkei tietokoneista mihinkään 'viisaaseen' olisikaan, ne ovat hyvin nopeita mekaanisesti toistamaan alialgoritmeja. Ja ehkä viisas ohjelmoija voi saada koneenkin vaikuttamaan viisaalta...

• Loogisia lausekkeita (vertailuoperaatioita, loogisia operaatioita)
• Valintoja ja koottu lause
• Toistoja: for-lause
• Toistoja: while-lause
• Toistoja: do-while -lause
• Ohjelmaesimerkkejä: keskiarvo

Loogisia lausekkeita

  boolean oikein;
  oikein = false;

Vertailuoperaatioita:

   >    suurempi kuin
   >=   suurempi tai yhtäsuuri kuin
   <    pienempi kuin
   <=   pienempi tai yhtäsuuri kuin
   ==   yhtäsuuri kuin
   !=   erisuuri kuin

On syytä pitää mielessa sijoitusoperaation "=" ja vertailuoperaation "==" ero:

   i = 1;  // "i saa arvokseen yksi"
   i == 1  // "onko i:n arvo yksi"

Suuremmuutta tai pienemmyyttä tutkivilla operaatioilla voi vertailla vain numeerisia lausekkeita, yhtäsuuruus ja erisuuruus ovat käytettävissä monien muidenkin arvojen vertailussa.

Esimerkkejä loogisista lausekkeista - laskettu totuusarvo sijoitetaan boolean-muuttujan arvoksi (tavallisempaa kuitenkin on loogisten lausekkeiden käyttäminen ehdollisissa lauseissa, valinnassa ja toistossa):

   int i = 7;
   double d = 3.14;
   boolean b, bb, bbb;

   b   = (i < 10);     // true
   bb  = (d > 10.0);   // false
   bbb = (8 == (i+1)); // true

   bb  = (b == bbb);   // true
   bb  = (b != bbb);   // false
   

Huom: String-arvojen vertailussa "==" ja "!=" eivät tarkoita sisältöjen vertailua vaan merkkijononojen sijaintipaikkojen vertailua, koska String-arvot ovat olioita. String-vertailuun käytetään erikoisvälineitä. Asia opitaan myöhemmin.

Loogisia operaatioita:

   &&    ehdollinen "ja",  "and"
   ||    ehdollinen "tai", "or"
   ^     poissulkeva tai,  "xor" (myös !=)
   !     negaatio,  "ei"   "not"

Operaation ehdollisuus tarkoittaa sitä, että operaation jälkimmäinen laskettava lasketaan vain, jos totuusarvo ei selviä jo ensimmäisestä! (Ehdottomat and ja or ovat "&" ja "|". Näitä käytettäessä molemmat operandit lasketaan aina.)

Esimerkkejä:

   int i = 7;
   double d = 3.14;
   boolean b, bb, bbb;

   b   = (i == 7) && (d > 10.0);  // false
   bb  = (i == 7) && (d < 10.0);  // true

   b   = (i == 7) || (d > 10.0);  // true
   bb  = (i != 7) || (d > 10.0);  // false

   bbb = !b || !!bb;              // false

   // huom:  !(i==7)  ja (i!=7) tarkoittavat samaa:
   //        "i ei ole seitsemän"

Valintoja ja koottu lause

Ehdollinen lause eli if-lause on muotoa:

  if (ehto)
    lause

  if (ehto)
    lause1
  else
    lause2

Esimerkki (käytetään lukemiseen luokan Lue välineitä):

public class KumpiSuurempi1 { /* ilmoittaa kumpi kahdesta syöttöluvusta 
                                 on suurempi                              */
  public static void main(String[] args) {
    double luku1, luku2;

    System.out.println("Anna kaksi lukua!");
    luku1 = Lue.dluku();
    luku2 = Lue.dluku();

    if (luku1 > luku2)
      System.out.println("Ensimmäinen luku on suurempi.");
    else
      System.out.println("Ensimmäinen ei ole suurempi.");
  }
}

Jos valintavaihtoehto - valittava alialgoritmi - muodostuu useammasta lauseesta, nuo lauseet on koottava yhteen ns. lohkoksi (block) eli "kootuksi lauseeksi". Lohko on merkkien "{" ja "}" välissä oleva lauseiden jono. Noita merkkejä sanotaan joskus käskysulkeiksi. (Huomaa miten näitä samoja merkkejä käytetään luokan ja pääohjelman rajaamiseen! Lohkon loppusulkeen jälkeen puolipistettä ei käytetä.)

Esimerkki:

public class KumpiSuurempi2 { /* ilmoittaa kumpi kahdesta syöttöluvusta on 
                                 suurempi ja tulostaa luvuista suuremman */
  public static void main(String[] args) {
    double luku1, luku2;
    double suurempi;

    System.out.println("Anna kaksi lukua!");
    luku1 = Lue.dluku();
    luku2 = Lue.dluku();

    if (luku1 > luku2) {
       System.out.println("Ensimmäinen luku on suurempi.");
       suurempi = luku1;
    }
    else {
      System.out.println("Ensimmäinen ei ole suurempi.");
      suurempi = luku2;
    }
   System.out.println("Ei-pienemmän arvo on "+suurempi);
  }
}

Koska if-lauseita on kahdenlaisia - niihin joko liittyy tai ei liity else-osa - syntyy seuraavanlainen moniselitteisyysongelma:

Tarkoittaako

   if (a<b) if (c<d) e = f; else g=h; 

   if (a<b)                    if (a<b) 
      if (c<d)                   if (c<d)
           e = f;      VAI          e = f;
   else                          else 
      g=h;                          g=h;

Ongelma on Javassa ratkaistu säännöllä: else-osa liittyy lähimpään edeltävään if-lauseeseen, johon ei ole vielä liittynyt else-osaa. Esimerkkitapauksessa siis jälkimmäinen tulkinta pätee. Ensimmäinen tulkinta saadaan kun suljetaan else-osaton if-lause omaksi lohkokseen:

  if (a<b) {
    if (c<d)
       e = f;
  }
  else
    g=h;

Esimerkki: Halutaan double-muuttujan a arvosta riippuen suorittaa eri lause seuraavissa tilanteissa:

• jos muuttuja a on nollaa pienempi, lause1
• jos muuttuja a on välillä [1, 50), lause2
• jos muuttuja a on välillä (61, 103), lause3
• jos muuttuja a on välillä [203, 429], lause4
• jos muuttuja a on välillä [929, 1021), lause5
• jos muuttuja a on välillä [1621, 5000), lause6
• muissa tapauksissa lause7

   if ( a < 0 )
     lause1;
   else
     if ( a >=1  &&  a < 50 )
       lause2;
     else
       if ( a > 61 && a < 103 )
         lause3;
       else
         if ( a >= 203 && a <= 429 )
            lause4;
         else
           if ( a >= 929 && a < 1021 )
             lause5;
           else
             if ( a >= 1621 && a < 5000 )
               lause6;
             else
               lause7;

   if ( a < 0 )
     lause1;
   else if ( a >=1  &&  a < 50 )
     lause2;
   else if ( a > 61 && a < 103 )
     lause3;
   else if ( a >= 203 && a <= 429 )
     lause4;
   else if ( a >= 929 && a < 1021 )
     lause5;
   else if ( a >= 1621 && a < 5000 )
     lause6;
   else
    lause7;

Mitä seuraava kääntäjän kannalta ihan kelvollinen ohjelmanpätkä tekee?

if (a<0) lause1; else if (a>=0&&a<51) lause2;else if(a 
>=51&&a<103) lause3;else if (a>=103&&a<429) lause4;else 
if (a>=429&&a<1021) lause5;else if (a>=1021&&a<5000)
lause6;else lause7;

Toistoja: for-lause

Java-kielen for-toistolauseen muoto on

  for (alkuasetus; jatkamisehto; eteneminen)
    toistettava lause

• alkuasetus on lause, joka suoritetaan yhden kerran ennen toistojen aloittamista
• jatkamisehto on totuusarvoinen lauseke, joka tarkistetaan ennen jokaista toistokertaa; jos lausekkeen arvo on false, koko for-lause päättyy siihen, jos true, toistettava lause suoritetaan ainakin kerran
• eteneminen on lause, joka suoritetaan jokaisen toistokerran jälkeen
• toistettava lause on toistettava alialgoritmi; jos se muodostuu useista lauseista, lauseet on suljettava käskysulkeisiin "{" ja "}".

Hyvin tavallinen ja luonteva käyttötapa for-lauseelle on arvoalueen läpikäynti:

     int i;
     for (i=0; i<6; ++i)
       System.out.println(i);

0
1
2
3
4
5

     for (int i=0; i<6; ++i)
       System.out.println(i);

For-lauseen toistama alialgoritmi voi toki sisältää for-toiston:

     for (int i=0; i<3; ++i)
       for (int j=0; j<2; ++j)
         System.out.println(i+"  "+j);

0  0
0  1
1  0
1  1
2  0
2  1 

     //Tulostetaan piin 20 pienemmät monikerrat:

     for (double piit = 3.14; piit < 20; piit+=3.14)
       System.out.println(piit);

3.14
6.28
9.42
12.56
15.700000000000001
18.84

For-lauseen osat (alkuasetus, jatkamisehto, eteneminen, toistettava lause) voivat olla monimutkaisempiakin. Toistaiseksi tyydymme käyttämään for-lausetta arvoalueiden läpikäyntiin.

Toistoja: while-lause

Tämä toistotapa soveltuu tilanteeseen, jossa toistokertoja tarvitaan nolla tai enemmän, alialgoritmia ei siis välttämättä toisteta kertaakaan.

While-toisto on muotoa

   while (jatkamisehto) 
     lause

• jatkamisehto on looginen lauseke; jos se on arvoltaan true, lause suoritetaan
• lause on toistettava alialgoritmi; jos se muodostuu useista lauseista, lauseet on suljettava käskysulkeisiin "{" ja "}".

Edellä nähty for-esimerkki:

     int i;
     for (i=0; i<6; ++i)
       System.out.println(i);

     int i=0;
     while (i<6) {
       System.out.println(i);
       ++i;
     }

public class Tuplatw {
  public static void main(String[] args){

    System.out.println("Lukujen tuplausohjelma, nolla lopettaa");
    int luku = Lue.kluku();
    while (luku != 0) {
      System.out.println("Tuplana: "+luku*2);
      luku = Lue.kluku();
     }
    System.out.println("Siinä ne olivat.");
  }
} 

Lukujen tuplausohjelma, nolla lopettaa
3
Tuplana: 6
-8
Tuplana: -16
0
Siinä ne olivat.

public class Tuplatf1 {
  public static void main(String[] args){

    System.out.println("Lukujen tuplausohjelma, nolla lopettaa");

     for  (int luku=Lue.kluku();  // alustus
           luku != 0;             // jatkamisehto
           luku=Lue.kluku()){     // eteneminen

        System.out.println("Tuplana: "+luku*2);
     }
    System.out.println("Siinä ne olivat.");
  }
} 

Toistoja: do-while -lause

Tämä toistotapa soveltuu tilanteeseen, jossa toistokertoja tarvitaan yksi tai enemmän, toistettava alialgoritmi siis suoritetaan ainakin kerran.

Do-while -toisto on muotoa

   do
     lause
   while (jatkamisehto)

• lause on toistettava alialgoritmi; jos se muodostuu useista lauseista, lauseet on suljettava käskysulkeisiin "{" ja "}".
• jatkamisehto on looginen lauseke; jos se on arvoltaan true, lause suoritetaan uudelleen

Edellä nähdyt for- ja while-esimerkit

     int i;
     for (i=0; i<6; ++i)
       System.out.println(i);

     int i=0;
     while (i<6) {
       System.out.println(i);
       ++i;
     }

     int i=0;
     do {
       System.out.println(i);
       ++i;
     } while (i<6);

public class Pariton {
  public static void main(String[] args){

    int luku;
    boolean parillinen;

    do {
      System.out.println("Anna pariton luku!");
      luku = Lue.kluku();
      parillinen = (luku%2 == 0);
      if (parillinen) 
        System.out.println("Eihän "+luku+" ole pariton ...");
    } while (parillinen);
    System.out.println("Hienoa, "+luku+" on pariton!");
  }
}

Anna pariton luku!
468
Eihän 468 ole pariton ...
Anna pariton luku!
-32
Eihän -32 ole pariton ...
Anna pariton luku!
9
Hienoa, 9 on pariton!

Ohjelmaesimerkkejä: keskiarvo

Esimmäinen ohjelmaversio (Karvo1.java) kysyy lukujen lukumäärän käyttäjältä.

public class Karvo1 { /* Sovellus keskiarvojen laskentaan, AW-97*/
  public static void main(String[] args) {

    int lukujenLkm = 0;
    boolean lkmOk;

    double luku,
           lukujenSumma = 0,
           lukujenKarvo;

    System.out.println("\n**** Keskiarvon laskenta ****\n");

   // Monenko luvun keskiarvo lasketaan 
   // (tarkistetaan, että määrä ei ole negatiivinen):

    do {
      System.out.print("Monenko luvun keskiarvo lasketaan? ");
      lukujenLkm = Lue.kluku();
      lkmOk = (lukujenLkm >= 0);   // nollakin kelpaa!
      if (!lkmOk)
        System.out.println("Virhe: negatiivinen ei kelpaa!");
    } while (!lkmOk); 


   // Lukujen summan laskenta:

    for (int monesko = 1; monesko <= lukujenLkm; ++monesko) {
      System.out.print("Anna "+monesko+". luku: ");
      luku = Lue.dluku();
      lukujenSumma += luku;
    }

  // Keskiarvon tulostus (estetään 0:lla jakaminen):

    if (lukujenLkm == 0)
      System.out.println("\nEi lukuja, ei keskiarvoa.\n");
    else {
      lukujenKarvo = lukujenSumma/lukujenLkm;
      System.out.println("\nKeskiarvo on "+lukujenKarvo+".\n");
    }
  }
}

**** Keskiarvon laskenta ****

Monenko luvun keskiarvo lasketaan? -23
Virhe: negatiivinen ei kelpaa!
Monenko luvun keskiarvo lasketaan? 3
Anna 1. luku: 40.1
Anna 2. luku: -3
Anna 3. luku: 9.1

Keskiarvo on 15.4.
 

public class Karvo2 { /* Sovellus ei-negatiivisten lukujen 
                         keskiarvojen laskentaan, AW-97*/

  public static void main(String[] args) {

    int lukujenLkm = 0;

    double luku,
           lukujenSumma = 0,
           lukujenKarvo;

    System.out.println("\n**** Keskiarvon laskenta ****\n");

   // Käyttöohjeen tulostus:

    System.out.println("Syötä luvut, joiden keskiarvon haluat laskea!\n"+
                        "Negatiivinen luku ilmoittaa lukujen loppuvan.\n");


   // Lukujen summan laskenta:

    luku = Lue.dluku();      // 1. luku (voi olla jo loppumerkki!)
    while (luku >= 0) {
      lukujenSumma += luku;
      ++lukujenLkm;
      luku = Lue.dluku();    // seuraava luku tai loppumerkki
    }

  // Keskiarvon tulostus (estetään 0:lla jakaminen):

    if (lukujenLkm == 0)
      System.out.println("\nEi lukuja, ei keskiarvoa.\n");
    else {
      lukujenKarvo = lukujenSumma/lukujenLkm;
      System.out.println("\nKeskiarvo on "+lukujenKarvo+".\n");
    }
  }
}

**** Keskiarvon laskenta ****

Syötä luvut, joiden keskiarvon haluat laskea!
Negatiivinen luku ilmoittaa lukujen loppuvan.

21.2
0.02
33
2.5
-1

Keskiarvo on 14.18.
 

public class Karvo3 { /* Sovellus keskiarvojen laskentaan,
                         kysellään "onko vielä lukuja"     */

  public static void main(String[] args) {

    int lukujenLkm = 0,
        jatkuu;

    double luku,
           lukujenSumma = 0,
           lukujenKarvo;

    System.out.println("\n**** Keskiarvon laskenta ****\n");

   // Lukujen summan laskenta:

    do {
      System.out.println("Onko vielä lukuja? (1:on, muu luku: ei)");
      jatkuu = Lue.kluku();
      if (jatkuu == 1) {
        System.out.println("Anna " + (lukujenLkm + 1) + ". luku");
        luku = Lue.dluku();
        lukujenSumma += luku;
        ++lukujenLkm;
      }
    } while (jatkuu == 1);

  // Keskiarvon tulostus (estetään 0:lla jakaminen):

    if (lukujenLkm == 0)
      System.out.println("\nEi lukuja, ei keskiarvoa.\n");
    else {
      lukujenKarvo = lukujenSumma/lukujenLkm;
      System.out.println("\nKeskiarvo on "+lukujenKarvo+".\n");
    }
  }
}

**** Keskiarvon laskenta ****

Onko vielä lukuja? (1:on, muu luku: ei)
1
Anna 1. luku
76
Onko vielä lukuja? (1:on, muu luku: ei)
1
Anna 2. luku
-4
Onko vielä lukuja? (1:on, muu luku: ei)
0

Keskiarvo on 36.0.

    ...
    String jatkuu;
    ...
    do {
      System.out.println("Onko vielä lukuja? (kyllä/ei)");
      jatkuu = Lue.rivi();

      if (jatkuu.equals("kyllä")) {
        System.out.println("Anna " + (lukujenLkm + 1) + ". luku");
        luku = Lue.dluku();
        lukujenSumma += luku;
        ++lukujenLkm;
      }
    } while (jatkuu.equals("kyllä"));
    ...

Onko vielä lukuja? (kyllä/ei)
kyllä
Anna 1. luku
314
Onko vielä lukuja? (kyllä/ei)
kyllä
Anna 2. luku
51
Onko vielä lukuja? (kyllä/ei)
kyllä
Anna 3. luku
-23
Onko vielä lukuja? (kyllä/ei)
ei

Keskiarvo on 114.0.

Takaisin luvun 2 sisällysluetteloon.