Rheinwerk Verlag GmbH Fit fürs Studium – Informatik Best

So gelingt der Einstieg ins Informatikstudium!

Schließen Sie Wissenslücken, die Ihnen im Studium das Leben schwer machen könnten. Dieser Vorkurs präsentiert Ihnen alles Wesentliche Schritt für Schritt, anschaulich und zum Mitmachen. Jedes Kapitel beginnt mit einer Knobelei, die Sie ohne Vorkenntnisse lösen können und die zu einem der Grundkonzepte der Informatik führt. Der Computer kann dabei meist ausgeschaltet bleiben – um einen Algorithmus zu entwerfen, in formale Sprachen einzusteigen oder die Grundlagen der Verschlüsselung zu verstehen, reichen Papier, Bleistift und dieses Buch.

Die Autoren kennen typische Einstiegsprobleme und gehen auch die schwierigen Themen mit Schwung und didaktischem Feingefühl an. Diagramme, Beispiele und Aufgaben mit Lösungen helfen, alles zu verstehen. Mit Grundkenntnissen zu Rechnerarchitekturen, Algorithmen und ihrer Komplexität, formalen Sprachen, objektorientierter Programmierung u. v. m. gehen Sie gut vorbereitet ins Studium.

• Alle Grundkonzepte verstehen und Wissenslücken schließen
• Mit vielen Beispielen, Knobeleien, Übungen und Lösungen
• Formale Sprachen, Algorithmen, Encoding etc. ohne Mühe

Aus dem Inhalt:

• Algorithmen und ihre Komplexität
• Formale Sprachen
• Rechnerarchitektur
• Datenstrukturen und Codierung
• Wichtiges aus der Mathematik
• Reguläre Ausdrücke
• Verschlüsselung
• Softwareentwicklung im Team
• Künstliche Intelligenz
• Betriebssysteme und Compiler
• Praxiseinstieg in Programmierung mit Java
• Wie werde ich Informatiker?

Geleitwort . . . 17

Intro . . . 19

1. Algorithmen . . . 28

1. 1 . . . Wo ist der Ausgang des Labyrinths? . . . 29

1. 2 . . . Was ist ein Algorithmus? . . . 30

1. 3 . . . Wie wird ein Algorithmus notiert? . . . 32

1. 4 . . . Schleifen . . . 35

1. 5 . . . Verzweigungen . . . 37

1. 6 . . . Logische Aussagen . . . 39

1. 7 . . . Funktionen . . . 43

1. 8 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 44

1. 9 . . . Aufgaben . . . 45

1. 10 . . . Lösungen . . . 46

2. Zahlen und Kodierungen . . . 50

2. 1 . . . Gib mir 31! . . . 51

2. 2 . . . Zahlensysteme und Einheiten . . . 52

2. 3 . . . Kodierungen . . . 56

2. 4 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 62

2. 5 . . . Aufgaben . . . 63

2. 6 . . . Lösungen . . . 64

3. Datenstrukturen . . . 68

3. 1 . . . Speicherung gleicher Daten . . . 69

3. 2 . . . Geordnete Daten . . . 69

3. 3 . . . Ungeordnete Daten . . . 75

3. 4 . . . Datenzuordnungen . . . 77

3. 5 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 78

3. 6 . . . Aufgaben . . . 80

3. 7 . . . Lösungen . . . 81

4. Einfache Sortieralgorithmen . . . 84

4. 1 . . . Bücher sortieren . . . 85

4. 2 . . . Selection Sort . . . 86

4. 3 . . . Insertion Sort . . . 91

4. 4 . . . Bubble Sort . . . 93

4. 5 . . . Ordnungen . . . 96

4. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 97

4. 7 . . . Aufgaben . . . 98

4. 8 . . . Lösungen . . . 99

5. Komplexität . . . 104

5. 1 . . . Schokolade aufteilen . . . 105

5. 2 . . . Verschiedene Wege führen zum Ziel . . . 106

5. 3 . . . Eingabegröße . . . 106

5. 4 . . . Messen der Laufzeit . . . 108

5. 5 . . . Berechnen der Laufzeit . . . 108

5. 6 . . . Die Landau-Notation . . . 111

5. 7 . . . Typische Laufzeiten . . . 114

5. 8 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 116

5. 9 . . . Aufgaben . . . 118

5. 10 . . . Lösungen . . . 119

6. Effizientere Sortieralgorithmen . . . 122

6. 1 . . . Sortieren im Team . . . 123

6. 2 . . . Merge Sort . . . 123

6. 3 . . . Quick Sort . . . 128

6. 4 . . . Rekursion und Divide and Conquer . . . 130

6. 5 . . . Noch schneller sortieren . . . 133

6. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 135

6. 7 . . . Aufgaben . . . 137

6. 8 . . . Lösungen . . . 138

7. Suchen . . . 144

7. 1 . . . Finden und Sortieren . . . 145

7. 2 . . . Lineare Suche . . . 145

7. 3 . . . Binäre Suche . . . 148

7. 4 . . . Suchbäume . . . 151

7. 5 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 158

7. 6 . . . Aufgaben . . . 159

7. 7 . . . Lösungen . . . 160

8. Backtracking und dynamische Programmierung . . . 164

8. 1 . . . Das Kistenproblem . . . 165

8. 2 . . . Die perfekte Kiste . . . 165

8. 3 . . . Branch and Bound . . . 167

8. 4 . . . Dynamische Programmierung . . . 168

8. 5 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 170

8. 6 . . . Aufgaben . . . 171

8. 7 . . . Lösungen . . . 172

9. Graphen . . . 176

9. 1 . . . Morgendliches Anziehen . . . 177

9. 2 . . . Verknüpfte Daten . . . 178

9. 3 . . . Varianten von Graphen . . . 179

9. 4 . . . Suchen und Bewegen in Graphen . . . 182

9. 5 . . . Eigenschaften von Graphen . . . 187

9. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 190

9. 7 . . . Aufgaben . . . 191

9. 8 . . . Lösungen . . . 193

10. Formale Sprachen . . . 196

10. 1 . . . Sätze erzeugen . . . 197

10. 2 . . . Grammatiken . . . 198

10. 3 . . . Automaten . . . 201

10. 4 . . . Sprachen und Mengenoperationen . . . 205

10. 5 . . . Reguläre Ausdrücke . . . 208

10. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 210

10. 7 . . . Aufgaben . . . 211

10. 8 . . . Lösungen . . . 212

11. Modellierung . . . 216

11. 1 . . . Das Vereinsfest . . . 217

11. 2 . . . Modellierung und Modelle . . . 217

11. 3 . . . Problemmodellierung . . . 219

11. 4 . . . Prozessmodellierung . . . 220

11. 5 . . . Strukturmodellierung . . . 223

11. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 226

11. 7 . . . Aufgaben . . . 228

11. 8 . . . Lösungen . . . 229

12. Datenbanken . . . 232

12. 1 . . . Max‘ Lieblingsfilme . . . 233

12. 2 . . . Strukturierte Datenspeicherung . . . 235

12. 3 . . . Operationen auf Datenbanken . . . 239

12. 4 . . . Empfohlene Strukturierung von Daten . . . 246

12. 5 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 250

12. 6 . . . Aufgaben . . . 252

12. 7 . . . Lösungen . . . 255

13. Künstliche Intelligenz . . . 260

13. 1 . . . Mensch gegen Maschine . . . 261

13. 2 . . . Was ist Intelligenz? . . . 262

13. 3 . . . Nachgeahmte Intelligenz . . . 265

13. 4 . . . Maschinelles Lernen . . . 272

13. 5 . . . Anwendungsfelder . . . 281

13. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 285

13. 7 . . . Aufgaben . . . 287

13. 8 . . . Lösungen . . . 288

14. Computer . . . 290

14. 1 . . . Addieren auf der Hardware-Ebene . . . 291

14. 2 . . . Logische Schaltungen . . . 292

14. 3 . . . Hardware-Komponenten und ihr Zusammenspiel . . . 295

14. 4 . . . Betriebssysteme . . . 298

14. 5 . . . Betriebssystemunabhängigkeit . . . 303

14. 6 . . . Virtuelle Computer . . . 304

14. 7 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 305

14. 8 . . . Aufgaben . . . 307

14. 9 . . . Lösungen . . . 308

15. Netzwerke . . . 310

15. 1 . . . Die Post des Kanzleramts . . . 311

15. 2 . . . Eine mögliche Lösung für die Poststelle . . . 311

15. 3 . . . Netzwerke . . . 313

15. 4 . . . Internetstruktur . . . 316

15. 5 . . . Einheitliche Kommunikation . . . 320

15. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 323

15. 7 . . . Aufgaben . . . 324

15. 8 . . . Lösungen . . . 325

16. Verschlüsselung . . . 328

16. 1 . . . Fdhvdu . . . 329

16. 2 . . . Warum verschlüsseln? . . . 329

16. 3 . . . Symmetrische Verschlüsselung . . . 330

16. 4 . . . Asymmetrische Verschlüsselung . . . 331

16. 5 . . . Hybridverfahren . . . 333

16. 6 . . . Verschlüsselungen knacken . . . 334

16. 7 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 336

16. 8 . . . Aufgaben . . . 337

16. 9 . . . Lösungen . . . 338

17. Softwareentwicklung . . . 340

17. 1 . . . Algorithmus vs. Software . . . 341

17. 2 . . . Die Werkzeuge in der Softwareentwicklung . . . 343

17. 3 . . . Große Probleme lösen . . . 345

17. 4 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 347

18. Teamarbeit . . . 348

18. 1 . . . Konflikte . . . 349

18. 2 . . . Warum Teams? . . . 350

18. 3 . . . Softwareentwicklung im Team . . . 350

18. 4 . . . Kommunikation in Teams . . . 351

18. 5 . . . Aufgabenverwaltung und Kommunikationswerkzeuge . . . 353

18. 6 . . . Versionsverwaltung . . . 354

18. 7 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 358

18. 8 . . . Aufgaben . . . 360

18. 9 . . . Lösungen . . . 361

19. Fehler . . . 362

19. 1 . . . Auf Fehlersuche . . . 363

19. 2 . . . Warum ist Software fehlerhaft? . . . 364

19. 3 . . . Bugs . . . 365

19. 4 . . . Verschiedene Fehlerarten . . . 365

19. 5 . . . Techniken zur Fehlervermeidung . . . 371

19. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 374

19. 7 . . . Aufgaben . . . 375

19. 8 . . . Lösungen . . . 376

20. Hands-on: Programmieren mit Python . . . 378

20. 1 . . . Die Programmiersprache Python . . . 379

20. 2 . . . Hallo Leser*in . . . 380

20. 3 . . . Variablen . . . 381

20. 4 . . . Klassen, Objekte und Methoden . . . 382

20. 5 . . . Datentypen . . . 386

20. 6 . . . Kontrollstrukturen . . . 393

20. 7 . . . Fehlersuche . . . 397

20. 8 . . . Eine kleine Werkzeugkiste . . . 398

20. 9 . . . Aufgaben . . . 399

20. 10 . . . Lösungen . . . 400

21. Ethik in der Informatik . . . 404

21. 1 . . . Recht und Ordnung . . . 405

21. 2 . . . Informatik in der Wirtschaft . . . 408

21. 3 . . . Der Wert persönlicher Daten . . . 410

21. 4 . . . Gemeingüter und Open Source . . . 412

21. 5 . . . Vertrauen in Informationen . . . 415

21. 6 . . . Verantwortung für Technologie . . . 416

21. 7 . . . IT-Gerechtigkeit . . . 420

21. 8 . . . Die technisierte Gesellschaft . . . 421

21. 9 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 423

22. Extro . . . 424

22. 1 . . . Wie wird man Informatiker*in? . . . 424

22. 2 . . . Ressourcen . . . 430

22. 3 . . . Wie geht es weiter? . . . 430

Index . . . 433