Informatik: Grundlagen
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Format: | Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Wien [u.a.]
Springer
2005
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Ausgabe: | 5., überarb. Aufl. |
Schriftenreihe: | Springers Lehrbücher der Informatik
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Beschreibung: | Aufgaben und Lösungen u.d.T.: Kastner, Wolfgang : Informatik |
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adam_text | Inhaltsverzeichnis
Einführung 1
1 Entwicklung des Berufsbildes 3
2 Inhaltsübersicht 7
Theoretische Grundlagen 13
3 Informationstheorie 15
3.1 Der Begriff Information und seine Entstehung.................... 15
3.2 Der nachrichtentechnische Informationsbegriff.................... 17
3.3 Grundlagen der Codierung............................... 19
3.4 Informationstheorie nach Shannon.......................... 21
3.5 Kanäle, Transinformation, Verbundentropie und Irrelevanz............. 26
4 Codierungstheorie 33
4.1 Datenverdichtung.................................... 33
4.1.1 Der
Huffman-Code
............................... 33
4.1.2 Bin adaptiver
Huffman-Code
......................... 35
4.1.3 Arithmetisches Codieren............................ 35
4.2 Datenkompression................................... 37
4.2.1 Modellierung.................................. 37
4.2.2 Übliche Modelle ................................ 39
4.3 Fehlererkennende und fehlerkorrigierende Codes................... 43
4.3.1 Die Hammingdistanz.............................. 44
4.3.2 Fehlererkennende Codes............................ 46
4.3.3 Fehlerkorrigierende Codes........................... 48
4.4 Zifferncodierung .................................... 50
4.4.1
BCD-Code
................................... 50
4.4.2
Gray-Code ...................................
50
4.5 Codierung alphanumerischer Zeichen......................... 51
4.5.1 Der ASCII-Code................................ 51
4.5.2 Der ISO 10646 Standard............................ 51
4.6
Cryptographie
..................................... 55
4.6.1 Traditionelle Verschlüsselungsmethoden................... 55
4.6.2 Ersetzungsmethoden.............................. 56
4.6.3 Verschiebungsmethoden............................ 57
4.6.4 Der Data
Encryption
Standard........................ 58
4.6.5 Public Key Cryptosystems .......................... 61
4.6.6 Die RSA-Methode............................... 62
4.6.7 Authentisierung ................................ 64
4.6.8 Elektronisches Geld .............................. 65
INHALTSVERZEICHNIS
Datenübertragimgsverfahren 69
5.1 Synchronisation auf Bit-und Wortebene.....-................... 69
5.1.1 Bittaktsynchronisation............................. 69
5.1.2 Wortsynchronisation.............................. 72
5.2 Mehrfachnutzung von Übertragungskanälen..................... 73
5.2.1 Raummultiplex (Space Division Multiplexing/SDM)............ 73
5.2.2 Frequenzmultiplex
(Frequency
Division Multiplexing/PDM)........ 75
5.2.3
Zeitmultiplex
(Time Division Multiplexing/TDM)............. 75
5.2.4 Codemultiplex (Code Division Multiplexing/CDM)............. 76
5.2.5 Vergleich der verschiedenen Multiplexverfahren............... 79
5.3 Kanalcodierung..................................... 81
5.4 Trennzeichenfreie Codierung.............................. 82
5.4.1 Eigenschaften.................................. 83
5.4.2 Fehlerverhalten................................. 86
Informationsreduzierende Codierungen 87
6.1 Matrizen......................................... 87
6.2 Diskrete Cosinus-Transformation........................... 90
6.2.1 Einige Eigenschaften der diskreten Cosinus-Transformation........ 90
6.2.2 Algorithmische Durchführung der DCT................... 93
6.3 Praktische Anwendungen der diskreten Cosinus-Transformation.......... 93
6.3.1 Signale und Sprache.............................. 93
6.3.2 Bilder...................................... 94
6.3.3 Film und Video................................. 96
6.4 Wavelet-Transformationen............................... 98
6.5
Fraktále
Bildkompression............................... 98
Zahlendarstellungen 101
7.1 Zahlensysteme ..................................... 101
7.2 Der ideelle Zahlenbegriff................................ 103
7.3 Zahlenumwandlungen ................................. 104
7.3.1 Konversion von ganzen Zahlen........................ 105
7.3.2 Konversion von Zahlen mit Nachkommastellen............... 106
7.3.3 Konversion zwischen Zahlen in binärer und hexadezimaler Darstellung . . 107
7.4 Rechnen im binären System.............................. 107
7.4.1 Die Addition im binären Zahlensystem.................... 107
7.4.2 Die Subtraktion im binären Zahlensystem.................. 109
7.4.3 Die Multiplikation im binären Zahlensystem................. 109
7.4.4 Die Division im binären Zahlensystem.................... 111
7.5 Rechnen im hexadezimalen System.......................... 111
7.6 Rechnen mit überlangen Zahlen............................ 112
7.7 Potenzieren....................................... 114
7.8 Darstellung negativer Zahlen............................. 114
7.8.1 Darstellung durch Vorzeichen und Betrag.................. 115
7.8.2 Exzessdarstellung................................ 116
7.8.3 Einerkomplementdarstellung ......................... 116
7.8.4 Zweierkomplementdarstellung......................... 117
Numerik 119
8.1 Festpunkt-Darstellung................................. 119
8.2 Gleitpunkt-Darstellung................................. 120
8.2.1 Normalisierte und denormalisierte Gleitpunktzahlen............ 121
8.2.2 Normalisieren von Gleitpunktzahlen..................... 122
INHALTSVERZEICHNIS
8.3 Struktur von Gleitpunkt-Zahlensystemen...................... 123
8.3.1 Parameter eines Gleitpunkt-Zahlensystems ................. 123
8.3.2 Anzahl der Gleitpunktzahlen......................... 123
8.3.3 Größte und kleinste Gleitpunktzahl ..................... 124
8.3.4 Absolute Abstände der Gleitpunktzahlen .................. 124
8.4 Codierung von Gleitpunktzahlen........................... 126
8.5 IBBE-Normen für Gleitpunkt-Zahlensysteme .................... 128
8.5.1 Pormate der IEBE 754 Gleitpunkt-Zahlensysteme.............. 130
8.5.2 Codierung von Gleitpunktzahlen der IEBE 754 Gleitpunkt-Zahlensysteme 130
8.5.3 Arithmetik der IEEE 754 Gleitpunkt-Zahlensysteme............ 135
8.6 Arithmetik auf Gleitpunkt-Zahlensystemen..................... 135
8.6.1 Rundung.................................... 136
8.6.2 Rundungsfehler................................. 138
8.6.3 Rundung und arithmetische Operationen.................. 143
8.6.4 Implementierung einer IEEE 754 Gleitpunkt-Arithmetik.......... 145
8.7 Genauigkeitsbetrachtungen von Numerik-Software................. 158
8.7.1 Pehlerfortpflanzung............................... 158
8.7.2 Gesamtanalyse eines numerischen Programms................ 159
8.7.3
Summation
von Gleitpunktzahlen ...................... 160
9 Algorithmen 165
9.1 Analyse von Algorithmen............................... 165
9.2 Binäres Suchen..................................... 168
9.3 Präludium und Fuge über ein Thema von Hoare .................. 170
10 Graphen und Automaten 179
10.1 Gerichtete und ungerichtete Graphen......................... 179
10.2 Pfade .......................................... 180
10.3 Zusammenhängende Graphen............................. 181
10.4 Bäume.......................................... 182
10.5 Flussgraphen...................................... 184
10.6 Bndliche Automaten mit Ausgabe .......................... 185
10.7 Petri-Netze....................................... 188
11 Boolesche Algebra 195
11.1 Operationen der Booleschen Algebra......................... 195
11.2 Gesetze der Booleschen Algebra............................ 196
11.3 Funktionen über der Booleschen Algebra....................... 198
11.4 Normalformen...................................... 200
11.4.1 Disjunktive Normalform............................ 200
11.4.2 Konjunktive Normalform........................... 201
11.5 Vereinfachen von Funktionen............................. 201
11.5.1 Verfahren nach
Quine
und McCluskey.................... 202
11.5.2 Verfahren nach
Karnaugh
und
Veitch
.................... 207
12 Fuzzy-Logik 213
12.1 Puzzy-Mengen...................................... 213
12.2 Fuzzyfizierung...................................... 215
12.2.1 Fuzzy-Operatoren ............................... 216
12.2.2 Fuzzy-Relationen................................ 218
12.2.3 Regelbasis.................................... 218
12.2.4 Inferenz..................................... 219
12.2.5 Denazifizierung................................. 223
INHALTSVERZEICHNIS
13 Quanten-Computer 225
13.1 Schrödingers Katze................................... 225
13.2 Für Qubits definierte Operationen.......................... 227
13.2.1 Unäre Operationen............................... 228
13.2.2 Das Tensorprodukt............................... 229
13.2.3 Binäre Operationen .............................. 230
13.2.4 Das No-Cloning Theorem........................... 230
13.2.5 Verschränkte Qubits.............................. 231
13.2.6 Die Grover-Operation............................. 233
13.2.7 Universelle Operationen............................ 234
13.2.8 Die Quanten-Fourier-Transformation..................... 235
13.3 Quanten-Informationstheorie............................. 236
13.3.1 Die von Neumannsche Quantenentropie................... 237
13.3.2 Die bedingte Quanten-Entropie (Quanten-Irrelevanz)............ 238
13.3.3 Die Quanten-Transinformation........................ 240
13.4 Quanten-Algorithmen................................. 240
13.4.1 Quanten-Parallelismus............................. 240
13.4.2 Vorzeichenänderung.............................. 240
13.4.3 Der Groversche Algorithmus ......................... 241
13.4.4 Der Shorsche Algorithmus........................... 243
13.5 Dichte Codierung.................................... 246
13.6 Quanten-Teleportation................................. 247
Ausklang 249
Literaturverzeichnis 251
Namensverzeichnis 253
Stichwortverzeichnis 255
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Beschreibung
Würzburg Magazin
Signatur: |
1911 2015:0235 |
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