Ниже приведены два примера задач, каждая из которых демонстрирует применение принципов объектно-ориентированного программирования на Python. Каждая задача структурирована по указанным семи пунктам.

---

Задача 1. Иерархия геометрических фигур

1. Формулирование задачи

Необходимо создать иерархию классов для представления различных геометрических фигур (например, круг, прямоугольник и т.д.). Каждая фигура должна уметь вычислять свою площадь и периметр. Также нужно уметь работать со списком таких фигур, чтобы, например, найти суммарную площадь всех фигур.

Цель:

• Научиться проектировать базовый класс и классы-наследники.
• Реализовать общий интерфейс для вычисления площади и периметра.
• Продемонстрировать взаимодействие объектов при решении задачи (например, суммируем площадь различных фигур).

2. Определение объектов, участвующих в ее решении

1. Абстрактный объект «Фигура» (Shape) – базовый класс.
2. Класс «Прямоугольник» (Rectangle).
3. Класс «Круг» (Circle).
   (Можно расширить список фигур, например, добавить Треугольник и т.п.)

3. Проектирование классов

• Shape: базовый класс (может быть абстрактным), который определяет, что у каждой фигуры должны быть методы get_area() и get_perimeter().
• Rectangle: наследуется от Shape, имеет уникальные свойства – ширина и высота.
• Circle: наследуется от Shape, имеет уникальное свойство – радиус.

4. Определение ключевых для данной задачи свойств и методов объектов

• Shape
  • Методы:
    • get_area() — вычислить площадь.
    • get_perimeter() — вычислить периметр.
• Rectangle(Shape)
  • Свойства:
    • width (ширина)
    • height (высота)
  • Методы:
    • get_area() — площадь прямоугольника (width * height).
    • get_perimeter() — периметр прямоугольника (2*(width + height)).
• Circle(Shape)
  • Свойства:
    • radius (радиус)
  • Методы:
    • get_area() — площадь круга (π * radius^2).
    • get_perimeter() — длина окружности (2 * π * radius).

5. Создание классов, определение их полей и методов

python
import math
from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def get_area(self):
        pass

    @abstractmethod
    def get_perimeter(self):
        pass


class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def get_area(self):
        return self.width * self.height

    def get_perimeter(self):
        return 2 * (self.width + self.height)


class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def get_area(self):
        return math.pi * (self.radius ** 2)

    def get_perimeter(self):
        return 2 * math.pi * self.radius

6. Создание объектов

python
rectangle1 = Rectangle(3, 4)
rectangle2 = Rectangle(5, 6)
circle1 = Circle(2)
circle2 = Circle(5)

7. Решение задачи путем организации взаимодействия объектов

Предположим, нужно найти суммарную площадь всех фигур в списке:

python
shapes = [rectangle1, rectangle2, circle1, circle2]

total_area = 0
for shape in shapes:
    total_area += shape.get_area()

print("Суммарная площадь всех фигур:", total_area)

Аналогично можно пройтись циклом для вычисления суммарного периметра или любой другой операции.

---

Задача 2. Учебная система (Студенты, Курсы, Преподаватели)

1. Формулирование задачи

Необходимо создать базовую учебную систему, в которой есть курсы, преподаватели и студенты. Студент может записаться на курс, преподаватель ведёт один или несколько курсов. Нужно обеспечить:

• Добавление студентов в курс.
• Назначение преподавателя на курс.
• Отображение списка студентов, записанных на каждый курс.

Цель:

• Научиться проектировать взаимодействие нескольких связанных сущностей (Student, Teacher, Course) и показать, как объекты взаимодействуют друг с другом.

2. Определение объектов, участвующих в ее решении

1. Course (Курс) — учебная дисциплина, которая имеет название и список студентов.
2. Student (Студент) — человек, который может записаться на различные курсы.
3. Teacher (Преподаватель) — человек, ведущий курс или несколько курсов.

3. Проектирование классов

• Course: хранит название курса, преподавателя (Teacher) и список студентов. Методы для добавления студентов, назначения преподавателя, вывода списка студентов.
• Student: хранит информацию о студенте (ФИО), а также список курсов, на которые он записан.
• Teacher: хранит информацию о преподавателе (ФИО) и список курсов, которые он ведёт.

4. Определение ключевых для данной задачи свойств и методов объектов

• Student

  • Свойства: name, enrolled_courses — список курсов, на которые записан студент.
  • Методы: enroll(course) — записать студента на курс (и наоборот — добавить студента в список курса).

• Teacher

  • Свойства: name, courses_taught — курсы, которые ведёт преподаватель.
  • Методы: assign_course(course) — назначить преподавателя на курс (и добавить курс в список курсов преподавателя).

• Course

  • Свойства:
    • title — название курса.
    • teacher — преподаватель, ведущий курс (по умолчанию может быть None).
    • students — список студентов, записанных на курс.
  • Методы:
    • set_teacher(teacher) — назначить преподавателя.
    • add_student(student) — добавить студента.
    • list_students() — вывести список студентов.

5. Создание классов, определение их полей и методов

python
class Student:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.enrolled_courses = []

    def enroll(self, course):
        """Записывает студента на указанный курс и добавляет этого студента в список студентов курса."""
        if course not in self.enrolled_courses:
            self.enrolled_courses.append(course)
            course.add_student(self)

    def __str__(self):
        return f"Студент: {self.name}"


class Teacher:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.courses_taught = []

    def assign_course(self, course):
        """Назначает преподавателя на указанный курс, добавляет курс в список курсов преподавателя."""
        if course not in self.courses_taught:
            self.courses_taught.append(course)
            course.set_teacher(self)

    def __str__(self):
        return f"Преподаватель: {self.name}"


class Course:
    def __init__(self, title):
        self.title = title
        self.teacher = None
        self.students = []

    def set_teacher(self, teacher):
        self.teacher = teacher

    def add_student(self, student):
        if student not in self.students:
            self.students.append(student)

    def list_students(self):
        if not self.students:
            print(f"На курсе «{self.title}» пока нет студентов.")
        else:
            print(f"Список студентов на курсе «{self.title}»:")
            for s in self.students:
                print(f"- {s.name}")

    def __str__(self):
        teacher_name = self.teacher.name if self.teacher else "не назначен"
        return f"Курс: {self.title}, Преподаватель: {teacher_name}"

6. Создание объектов

python
# Создаём студентов
student1 = Student("Иван Иванов")
student2 = Student("Мария Петрова")

# Создаём преподавателей
teacher1 = Teacher("Проф. Сергей Львов")
teacher2 = Teacher("Проф. Анна Козлова")

# Создаём курсы
course_python = Course("Основы Python")
course_math = Course("Высшая математика")

7. Решение задачи путем организации взаимодействия объектов

python
# Назначаем преподавателей на курсы
teacher1.assign_course(course_python)
teacher2.assign_course(course_math)

# Записываем студентов на курсы
student1.enroll(course_python)
student1.enroll(course_math)
student2.enroll(course_python)

# Выводим информацию
print(course_python)  # Информация о курсе Python
course_python.list_students()

print(course_math)    # Информация о курсе математики
course_math.list_students()

Результатом будет:

1. Для course_python — преподаватель «Проф. Сергей Львов» и список студентов (Иван Иванов, Мария Петрова).
2. Для course_math — преподаватель «Проф. Анна Козлова» и список студентов (Иван Иванов).

Таким образом, мы продемонстрировали создание объектов классов Student, Teacher и Course, а также их взаимодействие при решении учебной задачи.

---

Краткое резюме

Обе задачи показывают базовые принципы ООП:

• Инкапсуляция: каждая сущность (фигура, студент, курс и т.д.) хранит свои собственные данные и методы для работы с ними.
• Наследование: в задаче с фигурами классы Circle и Rectangle наследуют от общего класса Shape.
• Полиморфизм: объекты Circle и Rectangle по-разному реализуют методы для вычисления площади и периметра, но для внешнего кода эти методы доступны одинаковым образом (shape.get_area()).

Вторая задача демонстрирует работу с несколькими взаимосвязанными классами: Student, Teacher, Course, где объекты этих классов обмениваются ссылками друг на друга (студент записывается на курс, а курс хранит информацию о студенте).