Algorithmen und Datenstrukturen: eine Einführung mit Java
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
dpunkt.verlag
2014
|
| Ausgabe: | 5., überarbeitete Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Klappentext |
| Beschreibung: | xix, 555 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783864901362 |
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INHALTSVERZEICHNIS
GRUNDLEGENDE KONZEPTE 1
1 VORBEMERKUNGEN UND UEBERBLICK 3
1.1 INFORMATIK, ALGORITHMEN UND DATENSTRUKTUREN 3
1.2 HISTORISCHER UEBERBLICK: ALGORITHMEN 5
1.3 HISTORIE VON PROGRAMMIERSPRACHEN UND JAVA 6
1.4 GRUNDKONZEPTE DER PROGRAMMIERUNG IN JAVA 9
2 ALGORITHMISCHE GRUNDKONZEPTE 15
2.1 INTUITIVER ALGORITHMUSBEGRIFF 15
2.1.1 BEISPIELE FUER ALGORITHMEN 15
2.1.2 BAUSTEINE FUER ALGORITHMEN 19
2.1.3 PSEUDOCODE-NOTATION FUER ALGORITHMEN 21
2.1.4 STRUKTOGRAMME 26
2.1.5 REKURSION 27
2.2 SPRACHEN UND GRAMMATIKEN 30
2.2.1 BEGRIFFSBILDUNG 31
2.2.2 REGULAERE AUSDRUECKE 32
2.2.3 BACKUS-NAUR-FORM (BNF) 33
2.3 ELEMENTARE DATENTYPEN 34
2.3.1 DATENTYPEN ALS ALGEBREN 35
2.3.2 SIGNATUREN VON DATENTYPEN 35
2.3.3 DER DATENTYP BOOL 37
2.3.4 DER DATENTYP INTEGER 38
2.3.5 FELDER UND ZEICHENKETTEN 39
2.4 TERME 41
2.4.1 BILDUNG VON TERMEN 41
2.4.2 ALGORITHMUS ZUR TERMAUSWERTUNG 43
2.5 DATENTYPEN IN JAVA 44
2.5.1 PRIMITIVE DATENTYPEN 44
2.5.2 REFERENZDATENTYPEN 46
2.5.3 OPERATOREN 50
HTTP://D-NB.INFO/1042204535
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
3 ALGORITHMENPARADIGMEN 53
3.1 UEBERBLICK UEBER ALGORITHMENPARADIGMEN 53
3.2 APPLIKATIVE ALGORITHMEN 54
3.2.1 TERME MIT UNBESTIMMTEN 54
3.2.2 FUNKTIONSDEFINITIONEN 55
3.2.3 AUSWERTUNG VON FUNKTIONEN 55
3.2.4 ERWEITERUNG DER FUNKTIONSDEFINITION 57
3.2.5 APPLIKATIVE ALGORITHMEN 58
3.2.6 BEISPIELE FUER APPLIKATIVE ALGORITHMEN 59
3.3 IMPERATIVE ALGORITHMEN 67
3.3.1 GRUNDLAGEN IMPERATIVER ALGORITHMEN 67
3.3.2 KOMPLEXE ANWEISUNGEN 70
3.3.3 BEISPIELE FUER IMPERATIVE ALGORITHMEN 73
3.4 DAS LOGISCHE PARADIGMA 79
3.4.1 LOGIK DER FAKTEN UND REGELN 79
3.4.2 DEDUKTIVE ALGORITHMEN 81
3.5 WEITERE PARADIGMEN 85
3.5.1 GENETISCHE ALGORITHMEN 86
3.5.2 NEURONALE NETZE 89
3.6 UMSETZUNG IN JAVA 92
3.6.1 AUSDRUECKE UND ANWEISUNGEN 93
3.6.2 METHODEN 101
3.6.3 APPLIKATIVE ALGORITHMEN UND REKURSION 107
4 LITERATURHINWEISE ZUM TEIL I 113
II ALGORITHMEN 115
5 AUSGEWAEHLTE ALGORITHMEN 117
5.1 SUCHEN IN SORTIERTEN FOLGEN 117
5.1.1 SEQUENZIELLE SUCHE 118
5.1.2 BINAERE SUCHE 120
5.2 SORTIEREN 124
5.2.1 SORTIEREN: GRUNDBEGRIFFE 124
5.2.2 SORTIEREN DURCH EINFUEGEN 125
5.2.3 SORTIEREN DURCH SELEKTION 127
5.2.4 SORTIEREN DURCH VERTAUSCHEN: BUBBLESORT 129
5.2.5 SORTIEREN DURCH MISCHEN: MERGESORT 131
5.2.6 QUICKSORT 135
5.2.7 SORTIERVERFAHREN IM VERGLEICH 139
INHALTSVERZEICHNIS
XV
6 FORMALE ALGORITHMENMODELLE 143
6.1 REGISTERMASCHINEN 143
6.2 ABSTRAKTE MASCHINEN 152
6.3 MARKOV-ALGORITHMEN 156
6.4 CHURCH'SCHE THESE 162
6.5 INTERPRETER FUER FORMALE ALGORITHMENMODELLE IN JAVA . 164
6.5.1 JAVA: MARKOV-INTERPRETER 164
6.5.2 REGISTERMASCHINE IN JAVA 166
7 EIGENSCHAFTEN VON ALGORITHMEN 173
7.1 BERECHENBARKEIT UND ENTSCHEIDBARKEIT 173
7.1.1 EXISTENZ NICHTBERECHENBARER FUNKTIONEN 174
7.1.2 KONKRETE NICHTBERECHENBARE FUNKTIONEN 176
7.1.3 DAS HALTEPROBLEM 178
7.1.4 NICHTENTSCHEIDBARE PROBLEME 180
7.1.5 POST'SCHES KORRESPONDENZPROBLEM 181
7.2 KORREKTHEIT VON ALGORITHMEN 183
7.2.1 RELATIVE KORREKTHEIT 183
7.2.2 KORREKTHEIT VON IMPERATIVEN ALGORITHMEN 184
7.2.3 KORREKTHEITSBEWEISE FUER ANWEISUNGSTYPEN *187
7.2.4 KORREKTHEIT IMPERATIVER ALGORITHMEN AN BEI
SPIELEN 189
7.2.5 KORREKTHEIT APPLIKATIVER ALGORITHMEN 194
7.3 KOMPLEXITAET 196
7.3.1 MOTIVIERENDES BEISPIEL 196
7.3.2 ASYMPTOTISCHE ANALYSE 197
7.3.3 KOMPLEXITAETSKLASSEN 202
7.3.4 ANALYSE VON ALGORITHMEN 204
8 ENTWURF VON ALGORITHMEN 207
8.1 ENTWURFSPRINZIPIEN 207
8.1.1 SCHRITTWEISE VERFEINERUNG 207
8.1.2 EINSATZ VON ALGORITHMENMUSTERN 212
8.1.3 PROBLEMREDUZIERUNG DURCH REKURSION 213
8.2 ALGORITHMENMUSTER: GREEDY 213
8.2.1 GREEDY-ALGORITHMEN AM BEISPIEL 214
8.2.2 GREEDY: OPTIMALES KOMMUNIKATIONSNETZ 215
8.2.3 VERFEINERUNG DER SUCHE NACH BILLIGSTER KANTE . 217
8.3 REKURSION: DIVIDE-AND-CONQUER 218
8.3.1 DAS PRINZIP TEILE UND HERRSCHE 219
8.3.2 BEISPIEL: SPIELPLAENE FUER TURNIERE 220
8.4 REKURSION: BACKTRACKING 222
8.4.1 PRINZIP DES BACKTRACKING 223
XVI
INHALTSVERZEICHNIS
8.4.2 BEISPIEL: DAS ACHT-DAMEN-PROBLEM 225
8.4.3 BEISPIEL: TIC TAC TOE MIT
BACKTRACKING 227
8.5 DYNAMISCHE PROGRAMMIERUNG 230
8.5.1 DAS RUCKSACKPROBLEM 231
8.5.2 REKURSIVE LOESUNG DES RUCKSACKPROBLEMS 233
8.5.3 PRINZIP DER DYNAMISCHEN PROGRAMMIERUNG 233
9 VERTEILTE BERECHNUNGEN 237
9.1 KOMMUNIZIERENDE PROZESSE 237
9.2 MODELL DER PETRI-NETZE 238
9.2.1 DEFINITION VON PETRI-NETZEN 238
9.2.2 FORMALISIERUNG VON PETRI-NETZEN 242
9.2.3 DAS BEISPIEL DER FUENF PHILOSOPHEN 244
9.3 PROGRAMMIEREN NEBENLAEUFIGER ABLAEUFE 246
9.3.1 KOORDINIERTE PROZESSE 247
9.3.2 PROGRAMMIEREN MIT SEMAPHOREN 248
9.3.3 PHILOSOPHENPROBLEM MIT SEMAPHOREN 250
9.3.4 VERKLEMMUNGSFREIE PHILOSOPHEN 252
9.4 BEISPIELREALISIERUNG IN JAVA 254
10 LITERATURHINWEISE ZUM TEIL II 261
III DATENSTRUKTUREN 263
11 ABSTRAKTE DATENTYPEN 265
11.1 SIGNATUREN UND ALGEBREN 266
11.2 ALGEBRAISCHE SPEZIFIKATION 268
11.2.1 SPEZIFIKATIONEN UND MODELLE 269
11.2.2 TERMALGEBRA UND QUOTIENTENTERMALGEBRA 270
11.2.3 PROBLEME MIT INITIALER SEMANTIK 273
11.3 BEISPIELE FUER ABSTRAKTE DATENTYPEN 274
11.3.1 DER KELLERSPEICHER (STACK) 275
11.3.2 BEISPIEL FUER KELLERNUTZUNG 277
11.3.3 DIE WARTESCHLANGE (QUEUE) 281
11.4 ENTWURF VON DATENTYPEN 282
12 KLASSEN, SCHNITTSTELLEN UND OBJEKTE IN JAVA 285
12.1 GRUNDZUEGE DER OBJEKTORIENTIERUNG 285
12.2 KLASSEN UND OBJEKTE IN JAVA 288
12.3 VERERBUNG 293
12.4 ABSTRAKTE KLASSEN UND SCHNITTSTELLEN 300
12.5 AUSNAHMEN 303
12.6 UMSETZUNG ABSTRAKTER DATENTYPEN 305
INHALTSVERZEICHNIS
XVII
12.6.1 LAMBDA-AUSDRUECKE IN JAVA 8 309
13 GRUNDLEGENDE DATENSTRUKTUREN 315
13.1 STACK UND QUEUE ALS DATENTYPEN 315
13.1.1 IMPLEMENTIERUNG DES STACKS 319
13.1.2 IMPLEMENTIERUNG DER QUEUE 320
13.1.3 BEWERTUNG DER IMPLEMENTIERUNGEN 322
13.2 VERKETTETE LISTEN 323
13.3 DOPPELT VERKETTETE LISTEN 330
13.4 DAS ITERATOR-KONZEPT 335
13.5 JAVA COLLECTION FRAMEWORK 338
13.6 J2SE 5.0 UND GENERICS 342
14 BAEUME 345
14.1 BAEUME: BEGRIFFE UND KONZEPTE 345
14.2 BINAERER BAUM: DATENTYP UND BASISALGORITHMEN 348
14.2.1 DER DATENTYP BINAERER BAUM 348
14.2.2 ALGORITHMEN ZUR TRAVERSIERUNG 353
14.3 SUCHBAEUME 358
14.3.1 SUCHEN IN SUCHBAEUMEN 359
14.3.2 EINFUEGEN UND LOESCHEN 362
14.3.3
KOMPLEXITAET DER OPERATIONEN 367
14.4 AUSGEGLICHENE BAEUME 368
14.4.1 ROT-SCHWARZ-BAEUME 369
14.4.2 AVL-BAEUME 378
14.4.3 B-BAEUME 386
14.5 DIGITALE BAEUME 399
14.5.1 TRIES 400
14.5.2 PATRICIA-BAEUME 406
14.6 PRAKTISCHE NUTZUNG VON BAEUMEN 407
14.6.1 SORTIEREN MIT BAEUMEN: HEAPSORT 407
14.6.2 SETS MIT BINAEREN SUCHBAEUMEN 413
15 HASHVERFAHREN 419
15.1 GRUNDPRINZIP DES HASHENS 419
15.2 GRUNDLAGEN UND VERFAHREN 420
15.2.1 HASHFUNKTIONEN 420
15.2.2 BEHANDLUNG VON KOLLISIONEN 422
15.2.3
AUFWAND BEIM HASHEN 426
15.2.4 HASHEN IN JAVA 428
15.3 DYNAMISCHE HASHVERFAHREN 432
15.3.1 GRUNDIDEEN FUER DYNAMISCHE HASHVERFAHREN 433
15.3.2 ERWEITERBARES HASHEN 436
XVIII
INHALTSVERZEICHNIS
15.3.3 UMSETZUNG DES ERWEITERBAREN HASHENS 439
16 GRAPHEN 445
16.1 ARTEN VON GRAPHEN 445
16.1.1 UNGERICHTETE GRAPHEN 446
16.1.2 GERICHTETE GRAPHEN 447
16.1.3 GEWICHTETE GRAPHEN 448
16.2 REALISIERUNG VON GRAPHEN 449
16.2.1 KNOTEN- UND KANTENLISTEN 449
16.2.2 ADJAZENZMATRIX 450
16.2.3 GRAPHEN ALS DYNAMISCHE DATENSTRUKTUREN 450
16.2.4 TRANSFORMATIONEN ZWISCHEN DARSTELLUNGEN 451
16.2.5 VERGLEICH DER KOMPLEXITAET 452
16.2.6 EINE JAVA-KLASSE FUER GRAPHEN 452
16.3 AUSGEWAEHLTE GRAPHENALGORITHMEN 455
16.3.1 BREITENDURCHLAUF 455
16.3.2 TIEFENDURCHLAUF 459
16.3.3 ZYKLENFREIHEIT UND TOPOLOGISCHES SORTIEREN 463
16.4 ALGORITHMEN AUF GEWICHTETEN GRAPHEN 466
16.4.1 KUERZESTE WEGE 467
16.4.2 DIJKSTRAS ALGORITHMUS 468
16.4.3 A*-ALGORITHMUS 471
16.4.4 KUERZESTE WEGE MIT NEGATIVEN KANTENGEWICHTEN478
16.4.5 MAXIMALER DURCHFLUSS 481
16.4.6 DER FORD-FULKERSON-ALGORITHMUS 483
16.5 WEITERE FRAGESTELLUNGEN FUER GRAPHEN 487
17 ALGORITHMEN AUF TEXTEN 491
17.1 PROBLEME DER WORTERKENNUNG 491
17.2 KNUTH-MORRIS-PRATT 493
17.3 BOYER-MOORE 497
17.4 PATTERN MATCHING 503
17.4.1 REGULAERE AUSDRUECKE 503
17.4.2 ENDLICHE AUTOMATEN 504
17.4.3 JAVA-KLASSEN FUER REGULAERE AUSDRUECKE 510
17.5 AEHNLICHKEIT VON ZEICHENKETTEN 512
17.5.1 LEVENSHTEIN-DISTANZ 512
17.5.2 N-GRAMME 515
17.5.3 ZUSAMMENFASSUNG 517
18 LITERATURHINWEISE ZUM TEIL III 519
INHALTSVERZEICHNIS
XIX
IV ANHANG 521
A QUELLTEXT DER KLASSE IOUTILS 523
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 527
TABELLENVERZEICHNIS 533
ALGORITHMENVERZEICHNIS 535
BEISPIELVERZEICHNIS 537
PROGRAMMVERZEICHNIS 539
LITERATURVERZEICHNIS 543
INDEX 547
Gunter Saake - Kai-Uwe Sattler
Algorithmen und Datenstrukturen
Kenntnisse von Algorithmen und Datenstrukturen
sind ein Grundbaustein des Studiums der Infor¬
matik und verwandter Fachrichtungen. Das Buch
behandelt diese Thematik jn Verbindung mit der
Programmiersprache Java und schlägt so eine
Brücke zwischen öert klassischen Lehrbüchern
zur Theorie von Algorithmen und Datenstruktu¬
ren und den praktischen Einführungen in eine
konkrete Programmiersprache.
Die konkreten Algorithmen und deren Reali¬
sierung in Java werden umfassend dargestellt.
Daneben werden die theoretischen Grundlagen
vermittelt, die in Programmiersprachen-Kursen
oft zu kurz kommen: abstrakte Maschinenmo-
delle, Berechenbarkeit, Algorithmenparadigmen
sowie parallele und verteilte Abläufe. Einen weite¬
ren Schwerpunkt bilden Datenstrukturen wie
Listen, Bäume, Graphen und Hashtabellen sowie
deren objektorientierte Implementierung mit
modernen Methoden der Softwareentwicklung.
Die 5. Auflage wurde überarbeitet und gibt u.a.
einen Überblick über die mit Java 8 eingeführten
Lambda-Ausdrücke, die eine Anwendung des
applikativen (funktionalen) Paradigmas darstel¬
len. Weiter wurden neue Beispiele, die aus dem
Einsatz des Buches in einigen Einführungsvor¬
lesungen entstanden sind, aufgenommen.
Das Buch richtet sich an Studierende im Grund¬
studium an Universitäten und Fachhochschulen
sowie an alle, die die Grundlagen der praktischen
Informatik strukturiert erlernen wollen. Sie erwer¬
ben damit die Basis für die theoretischen und
praktischen Vertiefungen im Hauptstudium und
lernen gleichzeitig die Umsetzung in den »Alltag«
der Softwareentwicklung kennen. |
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| author | Saake, Gunter 1960- Sattler, Kai-Uwe 1968- |
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Beschreibung
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| Exemplar 1 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |
THWS Würzburg Teilbibliothek SHL, Raum I.2.11
| Signatur: |
1340 ST 134 S111(5) |
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| Exemplar 1 | nicht ausleihbar Verfügbar Bestellen |
THWS Schweinfurt Zentralbibliothek Lesesaal
| Signatur: |
2000 ST 134 S111(5) |
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| Exemplar 1 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |
| Exemplar 2 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |