Fit fürs Studium - Informatik

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 Verständnishürden 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 an die Hochschule. 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?

Arne Boockmeyer ist Doktorand an der Professur für Betriebssysteme und Middleware am Hasso-Plattner-Institut in Potsdam. Er befasst sich mit der Didaktik des Faches Informatik, unterrichtet und betreut Studierende in allen Ebenen des Studiums und forscht im Bereich der Bahn-Digitalisierung und (Co-)Simulation. Er begeistert regelmäßig Schüler für die Informatik und freut sich immer, wenn er seine Faszination weitergeben kann.

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

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