Графический интерфейс Windows

 

Для создания работы с графикой в C# необходимо создать приложение Windows

 

 

После создания проекта на экране появится Форма (Form1) и Панель Элементов. Визуальным способом добавим на форму объекты Button - кнопка, PictureBox - поле для рисования.

 

В окне "Свойства" объекта Button1 необходимо нажать кнопку "События" , найти событие "Click" и дважды щелкнуть по ней мышью. В результате откроется модуль формы Form1.cs с созданным методом обработки события:

 

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

 

}

 

 

В языке C# существует библиотека для работы с графикой System.Drawing. Она автоматически подключается при создании проекта Windows Form Application.

 

Далее, на поле pictureBox1 можно нарисовать прямоугольник и простые линии:

 

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

//Выбираем перо "myPen" черного цвета Black

//толщиной в 1 пиксель

Pen myPen = new Pen(Color.Black, 1);

 

//Объявляем объект "g" класса Graphics и предоставляем

//ему возможность рисования на pictureBox1

Graphics g = Graphics.FromHwnd(pictureBox1.Handle);

 

// Рисуем прямоугольник и его диагонали

g.DrawRectangle(myPen, 10, 10, 50, 50);

g.DrawLine(myPen, 10, 10, 60, 60);

g.DrawLine(myPen, 10, 60, 60, 10);

}

 

В следующем примере кода демонстрируется создание объекта Pen с помощью Brush и влияние задания LineJoin Свойства на Pen, а также заливка фигуры.

 

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

// Создаем еще 1 перо, для задания цвета используем кисть Brushes

Pen skyBluePen = new Pen(Brushes.DeepSkyBlue);

   

// Задаем толщину в пикселях

skyBluePen.Width = 8.0F;

   

// Задаем стиль завершения линий типа "скос"

skyBluePen.LineJoin = System.Drawing.Drawing2D.LineJoin.Bevel;

   

Graphics g1 = Graphics.FromHwnd(pictureBox1.Handle);

   

// Рисуем прямоугольник посредством передачи объекта Rectangle

Rectangle r = new Rectangle(70, 70, 50, 40);

g1.DrawRectangle(skyBluePen, r);

 

// Заливаем его зеленым цветом

g1.FillRectangle(Brushes.Green, r);

 

// Удалаем кисть

skyBluePen.Dispose();

}

 

Работа с текстом осуществляется посредством метода Graphics.DrawString, а также классов Font, StringFormat и Text. Ниже представлен пример работы с текстом с разными режимами форматирования и графического отображения:

 

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

{

String drawString = "Hello World";

 

// Задаем параметры font and brush.

Font drawFont = new Font("Arial", 16);

SolidBrush drawBrush = new SolidBrush(Color.Black);

 

// задаем координаты верхнего левого угла вывода текста

float x = 300.0F;

float y = 30.0F;

 

// Форматируем текст с выравниванием по вертикали

StringFormat drawFormat = new StringFormat();

drawFormat.FormatFlags = StringFormatFlags.DirectionVertical;

 

// Выводим текст заданным шрифтом, цветом и форматом от указанных координат

g.DrawString(drawString, drawFont, drawBrush, x, y, drawFormat);

 

// Задаем шрифт GenericSansSerif размером 20 пикселей, стандартный текст

Font myFont = new Font(FontFamily.GenericSansSerif, 20, FontStyle.Regular);

 

// Задаем режим визуализации текста с помощью базовых знаков

g.TextRenderingHint = System.Drawing.Text.TextRenderingHint.SingleBitPerPixel;

 

// Выводим текст заданным шрифтом и цветом Firebrick от указанных координат

g.DrawString(drawString, myFont, Brushes.Firebrick, 140.0F, 20.0F);

 

// Задаем режим визуализации текста с помощью сглаженных базовых знаков

g.TextRenderingHint = System.Drawing.Text.TextRenderingHint.AntiAliasGridFit;

g.DrawString(drawString, myFont, Brushes.Firebrick, 140.0F, 60.0F);

 

// Задаем высокий текстовый контраст

g.TextContrast = 0;

g.DrawString(drawString, myFont, Brushes.DodgerBlue, 140.0F, 100.0F);

 

// Задаем низкий текстовый контраст

g.TextContrast = 12;

g.DrawString(drawString, myFont, Brushes.DodgerBlue, 140.0F, 140.0F);

 

Более подробно см. документацию: https://docs.microsoft.com/ru-ru/dotnet/api/system.drawing.

Результат выполнения представленного кода:

 

 

Двоичное дерево

 

Двоичное дерево — древовидная структура данных, в которой каждый узел имеет не более двух потомков (детей). В такой структуре первый узел называется родительским узлом, а дети называются левым и правым потомками соответственно.

Двоичное дерево поиска (binary search tree, BST) — это двоичное дерево, для которого выполняются следующие условия:

- Оба поддерева — левое и правое, являются двоичными деревьями поиска.

- У всех узлов левого поддерева произвольного узла «A» значения ключей меньше, нежели значение ключа самого узла «A».

- В то время, как у всех узлов правого поддерева того же узла «A» значения ключей не меньше, нежели значение ключа узла «A».

- Очевидно, данные в каждом узле должны обладать ключами, для которых определена операция сравнения.

Двоичное дерево поиска можно определить так:

- Каждое новое поддерево (левое и правое) являются двоичными деревьями поиска.

- У всех узлов левого поддерева значения ключей меньше, чем значение ключа элемента родителя.

- У всех узлов правого поддерева значения ключей не меньше, чем значения ключа родительского узла.

Основным преимуществом двоичного дерева поиска перед другими структурами данных является высокая эффективность реализации основанных на нём алгоритмов поиска и сортировки.

 

Реализация двоичного дерева поиска начинается с задания узла, который содержит ссылки на свой левый и правый потомок, если они у него есть. При добавлении нового узла в дерево, его значение сравнивается с помощью метода IComparable.CompareTo со значением родительского элемента, что бы определить правый это потомок или левый.

 

class BinaryTreeNode<TNode>: IComparable<TNode> where TNode: IComparable<TNode>

{

  public BinaryTreeNode<TNode> Left { get; set; }

  public BinaryTreeNode<TNode> Right { get; set; }

  public int CompareTo(TNode other)

  {

        return this.CompareTo(other);

  }

}

 

Метод добавления нового узла в дерево:

 

Алгоритм добавления нового узла в дерево не сложен и значительно упрощается с применением рекурсии. Если дерево не содержит узлов (пустое), то новое значение становится корнем нового дерева. Если дерево не пустое, то мы сравниваем значение нового узла со значением корня дерева, если новое значение больше, то алгоритм повторяется для правого потомка, если меньше то для левого.

 

public class BinaryTree<T>: IEnumerable<T> where T: IComparable<T>

{

public void Add(T value)

{

//

}

}

 

Метод поиска узла:

Поиск узла в дереве начинается с его корня (метод FindWithParent) и предполагает следующие шаги:

- Если значения текущего узла null — закончить поиск и вернуть null.

- Если значения текущего узла равно искомому, результатом поиска будет текущие значение узла.

- Если искомое значение меньше чем текущие, нужно перейти к левому потомку и повторить алгоритм с первого пункта.

- Если значение больше или равно текущему, нужно перейти к правому потомку и повторить алгоритм с первого пункта.

Метод Contains() основывается на методе поиска и определяет принадлежит ли указанный элемент дереву или нет, если да то он возвращает true, в противном случае false.

Удаления узла дерева:

При удалении узла из дерева нужно учитывать три возможных варианта:

- Первый вариант: удаляемый узел не имеет правого потомка.

- Второй вариант: удаляемый узел имеет правого потомка, у которого нет левого потомка.

- Третий вариант: удаляемый узел имеет правого потомка, у которого есть левый потомок.

1. Если удаляемый узел(5) не имеет правого потомка, то достаточно переместить на его место левого потомка(2).

 

2. Если удаляемый узел(5) имеет правого потомка(6), у которого в свою очередь, тоже есть правый потомок(7), то достаточно переместить их с соблюдением иерархии.

 

3. Если удаляемый узел (5) имеет правого потомка (7), у которого в свою очередь есть левый потомок(6), то крайний левый потомок узла (7) должен быть перемещен на место удаляемого узла.

 

Алгоритм обхода

Алгоритм обхода двоичного дерева предусматривает обход всех вершин дерева только один раз. Существуют три вида таких обходов:

1. Прямой порядок (англ. preorder), посещение узлов родителей до посещения узлов потомков:

- Зайти в корень.

- Зайти в левое поддерево.

- Зайти в правое поддерево.

2. Обратный порядок (англ. postorder), посещение узлов потомков до посещения узлов их родителей:

- Зайти в левое поддерево.

- Зайти в правое поддерево.

- Зайти в корень.

3. Симметричный порядок(англ. inorder):

- Зайти в левое поддерево.

- Зайти в корень.

- Зайти в правое поддерево.

Прямой порядок

Порядок следования при прямом обходе дерева: 4, 2, 1, 3, 5, 7, 6, 8

Обратный порядок

Порядок следования при обратном обходе дерева: 1, 3, 2, 6, 8, 7, 5, 4

Симметричный порядок

Порядок следования при обратном обходе дерева: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

 

Задание

 

1. Дана последовательность целых чисел, оканчивающаяся нулем. Написать программную реализацию класса для внесения и хранения данной последовательности в виде дерева двоичного поиска. Реализовать графический интерфейс.

2. Разработать два метода обработки данных исходного дерева согласно индивидуальному заданию из табл. 15. Преобразованное дерево сохранить в файл tree. res. После преобразования проверить, осталось ли дерево деревом двоичного поиска. Результат этой проверки, а также число, возвращенное методом вычисления показателя, выводить посредством элементов управления TextBox.

3. Операции построения и обработки дерева инициировать посредством элементов управления CommandButton.

4. Для прорисовки исходного и результатного бинарного дерева использовать элементы управления PictureBox. Использовать классы Graphics, Pen и Brush пространства имен System.Drawing.

5. Рассчитанные скалярные значения выводить посредством элемента управления TextBox.

6. Разработать модульный тест для метода преобразования дерева. При проверке читать дерево из файла tree. res.

 

Таблица 15. Варианты индивидуальных заданий к лабораторной работе №10

№ вар.	Задание на преобразование дерева	Задание на вычисление показателя
1	Обнулить все совершенные листья дерева, большие разности максимального и минимального значения элементов дерева	Найти сумму элементов, расположенных на максимальном уровне от корня
2	Поменять знак элементов дерева, меньших среднего арифметического листьев дерева	Найти разность суммы элементов, расположенных на четных уровнях, и суммы элементов – на нечетных уровнях дерева
3	Все отрицательные элементы дерева заменить их квадратами	Найти сумму элементов на каждом уровне дерева
4	Обнулить листья дерева с нечетным количеством цифр	Найти уровень с максимальной суммой элементов
5	Если в дереве встречаются числа Фибоначчи, то все отрицательные элементы заменить их модулем	Найти уровень с максимальным количеством листьев
6	Даны два дерева двоичного поиска. Все простые элементы второго дерева добавить в первое	Найти уровень, элементы которого наименее отличаются от среднего арифметического значения этого уровня
7	Обнулить узлы, имеющие ровно два потомка со значениями разного знака	Найти уровень с максимальным количеством простых элементов
8	Обнулить узлы, имеющие потомка с простым значением	Найти среднее значение элементов для каждого уровня бинарного дерева
9	Заменить значения простых элементов дерева максимальным значением всех простых листьев дерева	Найти сумму левых элементов нечетных уровней дерева
10	Удалить все листья дерева, являющиеся правыми потомками	Найти уровень, на котором больше всего узлов с двумя потомками
11	Удалить все листья дерева, являющиеся левыми потомками	Найти количество уровней дерева, на которых встречаются отрицательные элементы
12	Поменять местами корень дерева и элемент, наиболее близкий к среднему арифметическому элементов дерева	Найти номера двух уровней бинарного дерева, сумма элементов которых максимальна
13	Поменять местами элементы с максимальным и минимальным значением	Найти номер уровня бинарного дерева с максимальной суммой элементов
14	Обнулить элементы, являющиеся совершенным числом и среди потомков которых также есть совершенные числа	Найти наибольший элемент дерева из числа правых элементов
15	Обнулить элементы дерева, потомки которых являются числами Фибоначчи	Найти уровень бинарного дерева с одинаковым количеством положительных и отрицательных элементов
16	Заменить четные элементы дерева нулём	Найти наименьший четный элемент среди ветвей дерева
17	Удвоить значение каждой положительной вершины дерева	Найти среднее арифметическое всех листьев дерева
18	Поменять знак каждой ветви дерева с нечетным значением	Определить глубину заданного элемента дерева, равного заданному значению n, либо возвратить –1, если такого элемента нет
19	Даны два дерева двоичного поиска. Все совершенные элементы второго дерева добавить в первое	По заданному числу n определить количество всех вершин, находящихся на уровне с номером n в дереве.
20	Даны два дерева двоичного поиска. Построить дерево двоичного поиска, содержащее все простые элементы двух деревьев.	Найти количество вершин дерева, значение которых не кратно заданному числу n

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Полное руководство по языку программирования С# 8.0 и платформе.NET Core 3 URL: https://metanit.com/sharp/tutorial/.

2. Бишоп Дж. С# в кратком изложении / Дж. Бишоп, Н. Хорспул; Пер. с англ. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. — 472 с, ил.

3. Рихтер Дж. CLR via C#. Программирование на платформе Microsoft.NET

4. Framework 2.0 на языке С#. Мастер-класс. / Пер. с англ. — М.: Издательство «Русская Редакция»: СПб.: Питер, 2007. — 656 стр.: ил.

5. Шилдг, Герберт. Полный справочник по С#.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. — 752 с.: ил. — Парал. тит. англ.   

6. Джесс Либерти. Программирование на С#: Создание.NET приложений. 2-е издание/ Пер. с англ. — М.: Издательство «Символ-Плюс»: СПб.: Питер, 2012. — 684 стр.: ил.

7. ГОСТ 34. «Информационная технология. Комплекс стандартов».

8. ГОСТ 19. «Единая система программной документации»

9. Хенкок Л., Кригер М. Введение в программирование на языке Си. - М.: Радио и связь, 1986.-192 с.

10. Болски М.И. Язык программирования Си. Справочник. - М.: Радио и связь,1988. -96 с.

11. Дейтел Х. С#: Пер. с англ. / Дейтел Х., Дейтел П., Листфилд Дж., Нието Т., Мегер Ш., Златкина М., СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 1056 с.: ил.

12. Троелсен, Э. Язык программирования С# 2005 и платформа.NET 2.0, 3-е издание.: Пер. с англ. — М.: ООО "И.Д. Вильямс", 2007. — 1168 с.: ил. — Парал, тит. англ.