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matrixmania/src/matrixmania/compute.py
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Python

#Katzenaufgabe: 1. funktionierender Stand war committed.
#2. in compute.py und pyproject.toml absichtlich Änderungen/Quatsch gemacht.
#3. Diese Änderungen nicht committed.
#4. ↩ Git → Uncommitted Changes → Rollback ausgeführt.
#5. Danach waren die Katzen-Änderungen wieder verschwunden und die Dateien wieder wie vorher.
#Dann: Katze erledigt.
# Matrixfunktionen für das Projekt MatrixMania
#Was die Aufgabe war:
#opencode verwenden und python code generieren lassen
#den generierten code auf funktionalität und clean code prüfen
#in compute.py sollten wir eine matrixmultiplikation anwenden
#und das modul danach um eine Transposition und 2d rotationmatrix erweitern
#gefordert: type hints, docstrings und fehlerbehandlung mit valueerror
#auf kurz:
#Agent generiert code
#wir prüfen ihn selbst
#pep 8 beachten
#verständlicher name
#type hints
#docstrings
#fehler sinnvoll behandeln
#mindestens einen verbesserungspunkt am Agentencode erkennen
"""Matrix-Operationen ohne externe Bibliotheken (reine Python-Listen)."""
import math
from math import cos, sin
from tabulate import tabulate
#from typing import List #da wir eine aktuelle python version verwenden wäre eingebaute schreibweise mit list[float] beser
Matrix = list[list[float]] #Matrix ist hier ein typ alias für eine verschachtelte liste aus zahlen dadurch werden die type hints lesbarer
#Funktion matmul: zwei matrizen multiplizieren
def matmul(matrix_a: Matrix, matrix_b: Matrix) -> Matrix:
#jetzt kommt mein docstring hier dokumentiert open code:
#was macht die funktion?
#wleche parameter bekommt sie? (args)
#was gibt sie zurück?(returns)
#welche fehler können auftreten?(raises)
"""Multipliziere zwei Matrizen ``A * B``. #
Args:
matrix_a: Linke Matrix der Form ``(m, n)``.
matrix_b: Rechte Matrix der Form ``(n, p)``.
Returns:
Die Produktmatrix der Form ``(m, p)``.
Raises:
ValueError: Wenn ``matrix_a`` weniger Spalten hat, als ``matrix_b``
Zeilen hat, oder wenn eine der Matrizen leer ist.
"""
if not matrix_a or not matrix_b: #sicherheitsprüfung wenn matrix a leer oder matrix b leer ist, breche ab
raise ValueError("Matrizen dürfen nicht leer sein.") #fehler wird absichtlich ausgeführt
#die größe wird bestimmt
rows_a = len(matrix_a)
cols_a = len(matrix_a[0])
rows_b = len(matrix_b)
cols_b = len(matrix_b[0])
#Dimensionsprüfung
#hier ist auch mein zweiter verbesserungspunkt siehe ausführlich unten
if cols_a != rows_b:
raise ValueError(
"Breite der ersten Matrix muss der Höhe der zweiten entsprechen."
)
result: Matrix = []
for i in range(rows_a): #i steht für die zeile von a
result_row: list[float] = []
for j in range(cols_b): #j steht für die spalte von b
total = 0
for k in range(cols_a): #k läuft durch die einszlnen werte die miteinander multipliziert und addiert werden
total += matrix_a[i][k] * matrix_b[k][j] #"nimm einen wert aus der aktuellen zeile von a multipliziere ihn mit den passenden wert aus der aktuellen spalte von b und addiere das ergebnis zu total
result_row.append(total) #fügt die fertige zeile zur ergebnismatrix hinzu
result.append(result_row)
return result
#Zeilen und Spalten einer Matrix vertauschen
def transpose(matrix: Matrix) -> Matrix:
"""Transponiere eine Matrix (Zeilen werden zu Spalten).
Args:
matrix: Nicht leere, rechteckige Matrix.
Returns:
Die transponierte Matrix.
Raises:
ValueError: Wenn die Matrix leer ist oder die Zeilen unterschiedlich
viele Spalten enthalten.
"""
if not matrix or not matrix[0]:
raise ValueError("Die Matrix darf nicht leer sein.")
num_cols = len(matrix[0])
if any(len(row) != num_cols for row in matrix):
raise ValueError("Alle Zeilen müssen gleich viele Spalten haben.")
return [[matrix[row][col] for row in range(len(matrix))]
for col in range(num_cols)]
#Rotationsmatrix für einen Winkel erzeugen
def rot_2D(theta: float) -> Matrix:
"""Erzeuge die 2D-Rotationsmatrix für einen Winkel ``theta``.
Args:
theta: Rotationswinkel im Bogenmaß.
Returns:
Die Rotationsmatrix ``[[cos(theta), -sin(theta)],
[sin(theta), cos(theta)]]``.
"""
cosine = math.cos(theta)
sine = math.sin(theta)
return [[cosine, -sine], [sine, cosine]]
def rot_3D(angle: float, axis: str) -> list[list[float]]:
"""Erzeugt eine Rotationsmatrix für eine Drehung im 3D-Raum.
Args:
angle: Drehwinkel im Bogenmaß.
axis: Drehachse "x", "y" oder "z".
Returns:
Die zur Achse passende 3x3-Rotationsmatrix.
Raises:
ValueError: Wenn axis weder "x", "y" noch "z" ist.
Formeln mit c = cos(angle) und s = sin(angle):
Rotation um die x-Achse:
[1, 0, 0]
[0, c, -s]
[0, s, c]
Rotation um die y-Achse:
[ c, 0, s]
[ 0, 1, 0]
[-s, 0, c]
Rotation um die z-Achse:
[c, -s, 0]
[s, c, 0]
[0, 0, 1]
"""
c = cos(angle)
s = sin(angle)
if axis == "x":
return [
[1.0, 0.0, 0.0],
[0.0, c, -s],
[0.0, s, c],
]
if axis == "y":
return [
[c, 0.0, s],
[0.0, 1.0, 0.0],
[-s, 0.0, c],
]
if axis == "z":
return [
[c, -s, 0.0],
[s, c, 0.0],
[0.0, 0.0, 1.0],
]
raise ValueError("axis muss 'x', 'y' oder 'z' sein.")
def project_ortho(
point: tuple[float, float, float],
scale: float = 1,
) -> tuple[float, float]:
"""Projiziert einen 3D-Punkt auf die xy-Ebene und skaliert ihn."""
# Die ersten beiden Koordinaten des Punktes auslesen.
# Python beginnt beim Zählen mit 0.
x = point[0]
y = point[1]
# Die dritte Koordinate point[2] ist z.
# Für diese Projektion brauchen wir sie nicht.
# x und y skalieren und als Tupel zurückgeben.
return (x * scale, y * scale)
def project_perspective(
point: tuple[float, float, float],
focal_length: float = 1.0,
scale: float = 1.0,
camera_distance: float = 4.0,
) -> tuple[float, float]:
"""Projiziert einen 3D-Punkt perspektivisch auf eine 2D-Ebene."""
# Wir verteilen die drei Koordinaten auf einzelne Variablen.
x, y, z = point
# Die Tiefe des Punktes wird um den Kameraabstand verschoben.
depth = z + camera_distance
# Durch 0 darf nicht geteilt werden.
# Ein Punkt auf der Kameraebene kann so nicht projiziert werden.
if depth == 0:
raise ValueError(
"Der Punkt darf nicht auf der Kameraebene liegen."
)
# Wir berechnen die horizontalen und vertikalen Bildschirmkoordinaten.
projected_x = x * focal_length / depth * scale
projected_y = y * focal_length / depth * scale
# Aus dem 3D-Punkt wird ein 2D-Punkt.
return projected_x, projected_y
if __name__ == "__main__": #führe den testcode nur aus wenn compute.py direkt gestartet wird
matrix_a = [
[3, 4, -1, 4],
[-2, 2, 5, 1],
]
matrix_b = [
[1, 3, -2],
[2, 5, 1],
[-1, 4, -4],
[2, 3, 6],
]
matrix_c = matmul(matrix_a, matrix_b)
print("Ergebnis C = A * B:")
for row in matrix_c:
print(row)
matrix = [
[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
]
print("\nTransponierte Matrix:")
for row in transpose(matrix):
print(row)
print("\nRotationsmatrix für 90 Grad (pi / 2):")
for row in rot_2D(math.pi / 2):
print(row)
print(tabulate(rot_2D(1.0)))
#Code Beurteilung durch opencode generiert
#1. Der matmul-DocString sagt "weniger Spalten", obwohl der Code allgemein auf != prüft
#Das sollte präziser dokumentiert werden weil zb 4 != 3 ist True aber ValueError
#der Code prüft nicht weniger sondern generell nicht gleich
#2.opencode verwendet noch typing.list obwohl meine python version schon die
#moderne Schreibweise mit list[...] möglich ist und sogar im skript verwendet wird