Fundamente der Informatik: Ablaufmodellierung, Algorithmen und Datenstrukturen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München [u.a.]
Oldenbourg
2004
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Datensatz im Suchindex
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Inhalt
Inhalt
V
Vorwort
XI
1. Teil Ablaufmodellierung 1
1 Modellierung von Abläufen 3
1.1 Modellierung als Arbeitstechnik.3
1.2 Algorithmische Modellierung.7
1.3 Aktionsstrakturen.9
1.4 Zustandsmodellierung.11
1.5 Aufgaben.12
2 Zustandsmodellierung 13
2.1 Zustandsdiagramme.13
2.2 Syntaxprüfimg.15
2.3 Aufgaben.17
3 Algorithmen 19
3.1 Der Begriff „Algorithmus".19
3.2 Struktur von Algorithmen.22
3.3 Umsetzung in Programmiersprachen.24
3.4 Eigenschaften von Algorithmen.25
3.5
Pseudocode
und Struktogramme.27
3.6 Aufgaben.29
4 Programmiersprachen 31
4.1 Programmierbare Rechner.31
4.2 Programmiersprachen und Maschinencode.32
Vi
Inhalt
4.3 Übersetzerprogramme.32
4.4 Syntax formaler Sprachen.33
4.5 Backus-Naur-Form.35
4.6 Syntaxprüftmg mit endlichen Automaten.39
4.7 Die Ebenen der Softwareentwicklung.40
4.8 Aufgaben.41
5 Imperative Programmierung 43
5.1 Sprachen und Programmieramgebungen.43
5.2 Das Variablenkonzept.44
5.3 Einfache Sorten.45
5.4 Zuweisung als Zustandsübergang.47
5.5 Ein- und Ausgabeoperationen.50
5.6 Programme.51
5.7 Zusammengesetzte Anweisungen.52
5.7.1 Sequenzen.52
5.7.2 Bedingte Anweisung bzw. Alternative.55
5.7.3 Wiederholung von Anweisungen.56
5.8 Zusammengesetzte Sorten.59
5.8.1 Felder
(Arrays)
.59
5.8.2 Verbünde
(Records)
.60
5.8.3 Tabellen als Kombination von Feldern und
Records
.61
5.9 Programmieren in Python.61
5.9.1 Python als Taschenrechner.62
5.9.2 Variablen, Vergleich und Ausgabeanweisung.62
5.9.3 Sorten und Typen.63
5.9.4 Ein-und Ausgabe.63
5.9.5 Zusammengesetzte Anweisungen.66
5.9.6 Zusammengesetzte Sorten.69
5.J0 Aufgaben.
η\
6 Funktionale Modellierung 75
6.1 Datenflussdiagramme und Programme.,.76
6.2 Aufteilung von Programmen in Unterprogramme.78
6.3 Deklaration und Aufruf von Prozeduren.80
6.4 Globale und lokale Variable.81
6.5 Bindung und Gültigkeit.83
Inhalt_
VII
6.6 Parameter.85
6.7 Ergebnisübergabe.86
6.7.1 Schreibzugriff auf globale Variable.86
6.7.2 Ausgangsparameter.87
6.7.3 Funktionskonzept.88
6.8 Module.89
6.9 Unterprogramme in Python.90
6.10 Module in Python.92
6.11 Aufgaben.93
7 Funktionale Programmierung 97
7.1 Das Programm als
Term
.98
7.1.1 Die Auswertung von Termen.99
7.1.2
Terme,
Funktionen und funktionale Programme.100
7.1.3 Variable und Parameter.103
7.1.4
Terme
und Datenflussdiagramme.103
7.2 Sortendeklarationen.104
7.3 Sequenzen von Verarbeitungsschritten.106
7.4 Bedingte
Terme
.107
7.5 Programmieren in Haskell.108
7.6 Rekursive Strukturen.112
7.6.1 Rekursive Datenstrukturen.113
7.6.2 Rekursive Funktionen.114
7.7 Parametrisierung von Datenstrukturen.116
7.8 Rekursive Funktionen und Datentypen in Haskell.117
7.9 Formen der Rekursion.119
7.9.1 Dynamische Datenflussdiagramme.120
7.9.2 Lineare Rekursion.121
7.9.3 Kaskadenartige Rekursion.122
7.9.4 Vernestete Rekursion.125
7.9.5 Verschränkte Rekursion.128
7.10 Funktionen höherer Ordnung.129
7.10.1 Funktionen als Argumente.130
7.10.2 Funktionen als Funktionswerte.132
7.11 Aufgaben.136
8 Rekursion und Iteration 141
8.1 Iterative Darstellung repetitiver Rekursion.141
Vin
8.2 Darstellung
linear
rekursiver Funktionen.143
8.3 Kellerspeicher (Stacks).I46
8.4 Aufgaben.151
2. Teil Algorithmen und Datenstrukturen 153
9 Grundlegendes 155
9.1 Rekursion.I56
9.1.1 Lineare Rekursion.157
9.1.2 Vernestete Rekursion.158
9.2 Asymptotische Analyse.159
9.2.1 Komplexitätsmaße.160
9.2.2 Wachstumsverhalten von Funktionen.162
9.2.3 Berechnung des Wachstums von rekursiven Funktionen.165
9.3 Aufgaben.166
10 (Basis-) Datenstrukturen 167
10.1 Abstrakte Datentypen.167
10.2 Die Datenstraktur der Sequenzen.170
10.3 Die Datenstruktur der Warteschlangen.171
10.4 Die Datenstruktur der Keller.173
10.5 Die Datenstruktur der Binärbäume.174
10.6 Verkettete Listen.175
10.6.1 Zeiger.175
10.6.2 Einfach verkettete Listen.177
10.6.3 Zweifach verkettete Listen.179
10.7 Aufgaben.181
11 Sortieren und Suchen 183
11.1 Sortieren durch Einfügen.183
11.2 Sortieren durch Auswählen.185
11.3
Bubblesort
.187
11.4
Quicksort.
188
11.5 Heapsort.191
11.5.1
Heaps.
191
11.5.2 Der Heapsort-Algorithmus.196
11.6 Sequentielle Suche.198
11.7 Binäre Suche.199
Inhalt_
IX
11.8 Interpolationssuche.200
11.9 Binärbaumsuche.202
11.10 Aufgaben.203
12
Hashing
205
12.1 Grundlagen.205
12.2 Eine einfache Hashrunktion.207
12.3 Perfektes
Hashing
.207
12.4 Universelles
Hashing
.208
12.5 Chainingverfahren.210
12.6
Hashing
mit offener Adressierung.212
12.6.1 Lineares Sondieren.214
12.6.2 Quadratisches Sondieren.216
12.7 Aufgaben.218
13 Bäume 219
13.1 Vor-, In- und Postordnung von Binärbäumen.219
13.2 AVL-Baum.221
13.3 Vorrangwarteschlangen.228
13.3.1
Binomial
Queue.229
13.3.2
Fibonacci-Heap
.233
13.4 (a,b)-Baum.238
13.5 Aufgaben.241
14 Graphen 243
14.1 Grundlagen.243
14.2 Traversierung von Graphen.245
14.2.1 Breitensuche (BFS-Algorithmus).246
14.2.2 Tiefensuche (DFS-Algorithmus).247
14.3 Kürzeste Pfade
(Dijkstra's
Algorithmus).248
14.4 Minimale Spannbäume
(Prim's
Algorithmus).253
14.5 Aufgaben.256
15 Allgemeine Optimierungsmethoden 259
15.1 Dynamisches Programmieren.259
15.2 Greedy-Algorithmen.261
Χ
_Inhalt
15.3
Backtracking
.262
Anhang 265
16
Die Pseudo-Programmiersprachen
PPS
und FPPS 267
16.1 Merkblatt zu
PPS'
.267
16.2 Merkblatt zu FPPS.269
Literatur 271
Index 273
Fundamente der Informatik
Ablaufmodellierung, Algorithmen und
Datenstrukturen
Die zunehmende Komplexität unseres hochtechnisierten
Berufs- und Privatlebens erfordert ein umfassendes
Verständnis für technische Abläufe und die Fähigkeit,
diese hinsichtlich ihrer Effektivität und Effizienz zu
beurteilen. Sowohl Verständnis als auch Beurteilung
setzen voraus,
dass
man in der Lage ist, solche Abläufe
ausreichend beschreiben zu können. Dazu hat die
Informatik ausgefeilte Modellierungstechniken ent¬
wickelt, deren Beherrschung zur Kernkompetenz nicht
nur von Informatikerinnen und Informatikern gehört.
Zum Verständnis technischer Abläufe gehören auch
grundlegende Einsichten in ihre Automatisierung, die
von Programmen gesteuert wird.
Das vorliegende Werk befasst sich vor diesem Hinter¬
grund mit der Modellierung von Abläufen, dem
funktionalen und imperativen Programmierstil sowie
verschiedenen grundlegenden, aber auch weiter¬
führenden Algorithmen und Datenstrukturen.
Die Zielgruppe dieses Buches sind (angehende)
Lehrkräfte und Studierende mit Nebenfach Informatik.
Daher haben die Autoren besonderen Wert auf die
Ausführlichkeit des behandelten Stoffes sowie die Ver¬
anschaulichung durch Beispiele gelegt und zudem
bewusst auf die Verwendung von Formalisierungen
verzichtet soweit diese für das Verständnis der grund¬
legenden Prinzipien nicht absolut unumgänglich sind.
In diesem Sinne ist dieses Buch auch als Ergänzungs¬
lektüre für Studierende der Informatik im Hauptfach
geeignet. |
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