Erster Stand: compute.py

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menketh103189 committed 2026-10-15 15:26:07 +02:00
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@@ -0,0 +1,4 @@
# Regeln für dieses Projekt
- Code nach PEP 8, Zeilenlänge maximal 88 Zeichen.
- Jede Funktion und Methode hat einen Docstring und Type Hints.
- Vor jedem Commit: `ruff check` und `ruff format`.
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@@ -0,0 +1,106 @@
"""
Mathematical matrix multiplication, transposition, and rotation without external libraries.
The ``matmul`` function implements a straightforward algorithm that
multiplies two 2‑D matrices where each element is a ``float``.
The functions perform validity checks on the dimensions:
- Matrices must be non-empty lists of lists and rectangular.
"""
from __future__ import annotations
import math
def matmul(a: list[list[float]], b: list[list[float]]) -> list[list[float]]:
"""Multiply two 2‑D matrices."""
if not a or not a[0]:
raise ValueError("Matrix 'a' must not be empty")
if not b or not b[0]:
raise ValueError("Matrix 'b' must not be empty")
a_rows = len(a)
a_cols = len(a[0])
for row in a:
if len(row) != a_cols:
raise ValueError("Matrix 'a' rows must all have the same length")
b_rows = len(b)
b_cols = len(b[0])
for row in b:
if len(row) != b_cols:
raise ValueError("Matrix 'b' rows must all have the same length")
if a_cols != b_rows:
raise ValueError(
f"Cannot multiply: number of columns in 'a' ({a_cols}) "
f"does not equal number of rows in 'b' ({b_rows})"
)
result: list[list[float]] = []
for i in range(a_rows):
result_row: list[float] = []
for j in range(b_cols):
element = 0.0
for k in range(a_cols):
element += a[i][k] * b[k][j]
result_row.append(element)
result.append(result_row)
return result
def transpose(a: list[list[float]]) -> list[list[float]]:
"""Transposes a 2‑D matrix."""
if not a or not a[0]:
raise ValueError("Matrix must not be empty")
a_rows = len(a)
a_cols = len(a[0])
for row in a:
if len(row) != a_cols:
raise ValueError("Matrix rows must all have the same length")
result: list[list[float]] = []
for j in range(a_cols):
result_row: list[float] = []
for i in range(a_rows):
result_row.append(a[i][j])
result.append(result_row)
return result
def rot_2D(theta: float) -> list[list[float]]:
"""Erzeugt eine 2D-Rotationsmatrix für den Winkel theta (im Bogenmaß)."""
cos_t = math.cos(theta)
sin_t = math.sin(theta)
return [
[cos_t, -sin_t],
[sin_t, cos_t]
]
if __name__ == "__main__":
# Valid example: multiplication
matrix_a = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
matrix_b = [[7, 8], [9, 10], [11, 12]]
print("Valid multiplication result:")
print(matmul(matrix_a, matrix_b))
# Valid example: transposition
print("\nTransposed matrix_a result:")
print(transpose(matrix_a))
# Valid example: rotation (2D)
print("\nRotated 2D matrix (theta = 0.5) result:")
print(rot_2D(0.5))
# Example that raises ValueError
try:
invalid_b = [[1, 2], [3, 4]]
print("\nThis should raise an error:")
print(matmul(matrix_a, invalid_b))
except ValueError as e:
print("Caught ValueError as expected:", e)
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@@ -0,0 +1,98 @@
"""Basisklasse ``Game`` für einfache pygame-Anwendungen."""
import pygame
class Game:
"""Basisklasse für pygame-Spiele.
Unterklassen passen das Verhalten durch Überschreiben von
:meth:`handle_event`, :meth:`update_game` und :meth:`draw_game` an.
"""
def __init__(
self,
title: str,
fps: int = 60,
size: tuple[int, int] = (640, 400),
) -> None:
"""Legt Fenstertitel, Bildrate und Fenstergröße fest.
Args:
title: Titel des Fensters.
fps: Maximale Bilder pro Sekunde.
size: Fenstergröße als (Breite, Höhe) in Pixeln.
"""
self.title: str = title
self.fps: int = fps
self.size: tuple[int, int] = size
self.clock: pygame.time.Clock = pygame.time.Clock()
self.dt: float = 0
self.screen: pygame.Surface | None = None
def init_game(self) -> None:
"""Initialisiert pygame und erzeugt das Fenster."""
pygame.init()
pygame.display.set_caption(self.title)
self.screen = pygame.display.set_mode(self.size)
def game_loop(self) -> None:
"""Führt die Hauptschleife aus, bis Events oder Update ``False`` liefern."""
while True:
# Berechnung der Zeitdifferenz seit dem letzten Frame
self.dt = self.clock.tick(self.fps) / 1000
if self.event_handling() == False:
break
if self.update_game() == False:
break
self.draw_game()
def exit_game(self) -> None:
"""Beendet pygame."""
pygame.quit()
def event_handling(self) -> bool:
"""Verteilt alle anstehenden Events an :meth:`handle_event`.
Bleibt in der Unterklasse unverändert.
Returns:
``False``, sobald ein Event das Spiel beenden soll, sonst ``True``.
"""
for event in pygame.event.get():
if not self.handle_event(event):
return False
return True
def handle_event(self, event: pygame.event.Event) -> bool:
"""Verarbeitet ein einzelnes Event.
Wird in der Unterklasse überschrieben.
Args:
event: Das zu verarbeitende pygame-Event.
Returns:
``False`` bei ``pygame.QUIT``, sonst ``True``.
"""
if event.type == pygame.QUIT:
return False
return True
def update_game(self) -> bool:
"""Aktualisiert den Spielzustand um einen Frame.
Returns:
``False``, wenn das Spiel beendet werden soll, sonst ``True``.
"""
return True
def draw_game(self) -> None:
"""Zeichnet den aktuellen Frame und bringt ihn zur Anzeige."""
pygame.display.flip()
def run(self) -> None:
"""Startet das Spiel: Initialisierung, Hauptschleife, Beenden."""
self.init_game()
self.game_loop()
self.exit_game()
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@@ -0,0 +1,64 @@
import pygame
from compute import matmul, rot_2D, transpose
from game import Game
EARTH_RADIUS = 30
MOON_RADIUS = 10
BLACK = (0, 0, 0)
WHITE = (255, 255, 255)
BLUE = (0, 0, 255)
class Moon(Game):
"""Der Mond kreist um die Erde."""
def __init__(
self,
title: str = "Moon",
fps: int = 60,
size: tuple[int, int] = (640, 400),
) -> None:
"""Legt Startposition, Drehwinkel und Rotationsmatrix fest."""
super().__init__(title, fps, size)
# Startposition des Mondes relativ zum Mittelpunkt (z. B. 120 Pixel nach rechts)
self.position_moon = (120.0, 0.0)
# Kleiner Drehwinkel im Bogenmaß und Erstellung der Rotationsmatrix
theta = 0.01
self.rot_moon = rot_2D(theta)
def update_game(self) -> bool:
"""Dreht den Mond ein Stück weiter."""
# Mondposition mit der Rotationsmatrix weiterdrehen
point = transpose([list(self.position_moon)]) # [x, y] wird zur Spalte [[x], [y]]
result = matmul(self.rot_moon, point) # Ergebnis: [[x'], [y']]
self.position_moon = (result[0][0], result[1][0])
return True
def draw_game(self) -> None:
"""Zeichnet Erde und Mond."""
# Bildschirm löschen
self.screen.fill(BLACK)
# Mittelpunkt des Fensters ermitteln
center_x = self.screen.get_width() // 2
center_y = self.screen.get_height() // 2
# Erde als blauen Kreis in der Mitte zeichnen
pygame.draw.circle(self.screen, BLUE, (center_x, center_y), EARTH_RADIUS)
# Mond als weißen Kreis auf der Kreisbahn zeichnen
moon_x = int(center_x + self.position_moon[0])
moon_y = int(center_y + self.position_moon[1])
pygame.draw.circle(self.screen, WHITE, (moon_x, moon_y), MOON_RADIUS)
# Bild anzeigen
pygame.display.flip()
if __name__ == "__main__":
# Moon-Objekt erzeugen und starten
game = Moon()
game.run()
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@@ -0,0 +1,3 @@
[project]
name = "matrixmania"
version = "0.1.0"