Skriptum Informatik: Eine Konventionelle Einführung

ISBN-13: 9783519421535 / Niemiecki / Miękka / 2000 / 462 str.

Hans-Jurgen Appelrath; Jochen Ludewig

Opis

Drei Ziele haben Stoffauswahl und Darstellung dieses Buches: Studierende erlernen die Codierung von Algorithmen mit MODULA-2, einer modernen imperativen Programmiersprache, die so einfach und sauber ist, dass die Grundbegriffe der Programmierung klar und systematisch eingefuhrt werden konnen, die sich aber andererseits auch in der Praxis bewahrt. Wichtig ist auch die Moglichkeit, in MODULA-2 den Objektbegriff vorzubereiten. Theoretische Aspekte, z.B. Berechenbarkeit, Grammatiken, Semantik und Programmierverifikation, werden ganz uberwiegend im Zusammenhang mit konkreten Problemen der Programmierung behandelt, so dass der praktische Nutzen jederzeit erkennbar bleibt.

Recenzje

"Das mit vielen vollständigen Programmbeispielen aufgelockerte Skript eignet sich daher für Studiengänge der Hauptfach-, Nebenfach-, oder sogenannten Bindestrich-Informatik, in denen Konzepte und Praxis der Programmierung nicht separat, sondern gegenseitig stützend entwickelt werden sollen."
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Spis treści

1. Grundlagen.- 1.1 Algorithmus und Berechenbarkeit.- 1.1.1 Algorithmus.- 1.1.2 Turing-Maschine.- 1.1.3 Berechenbarkeit.- 1.2 Sprache und Grammatik.- 1.2.1 Sprache.- 1.2.2 Grammatik.- 1.3 Rechner.- 1.3.1 Von-Neumann-Rechnerarchitektur.- 1.3.2 Rechnersysteme.- 1.4 Informatik als Wissenschaft.- 2. Imperative Programmierung — die Sprache Modula-2.- 2.1 Syntaxdarstellungen.- 2.2 Elementare funktionale Modula-2-Programme.- 2.2.1 Eine Modula-2-Teilsprache.- 2.2.2 Programmverzweigungen.- 2.2.3 Funktionen und Prozeduren.- 2.2.4 Elementare Datentypen, Aufzählungs- und Bereichstypen.- 2.2.5 Eingabevariablen.- 2.2.6 Rekursive Funktionen und Prozeduren.- 2.2.7 Nachteile funktional-rekursiver Programme.- 2.3 Iterative Programme.- 2.3.1 Wertzuweisungen und Referenzparameter.- 2.3.2 Gültigkeitsbereich und Lebensdauer.- 2.3.3 Anweisungen zur Iteration.- 2.3.4 Vergleich iterativer und rekursiver Lösungen.- 2.3.5 Sprunganweisungen.- 2.3.6 Prozedurtypen.- 2.4 Komplexe Datentypen.- 2.4.1 Mengen (Sets).- 2.4.1.1 Darstellung und Manipulation von Mengen.- 2.4.1.2 Ein Beispiel für Sets.- 2.4.2 Arrays (Felder).- 2.4.3 Records (Verbunde).- 2.4.3.1 Einfache Records.- 2.4.3.2 Records mit Varianten.- 2.4.4 Zeiger (Pointer) und dynamische Variablen.- 2.4.4.1 Die Speicherung auf der Halde.- 2.4.4.2 Operationen auf Zeigern.- 2.4.4.3 Verkettete Listen.- 2.4.4.4 Anwendungen und Probleme dynamischer Variablen.- 2.4.5 Dateien (Files).- 2.4.5.1 Eigenschaften und formale Beschreibung.- 2.4.5.2 Dateien in Pascal.- 2.4.5.3 Dateien in Modula-2.- 3. Abstraktion.- 3.1 Abstraktionskonzepte in Programmiersprachen.- 3.2 Abstraktion in Modula-2.- 3.2.1 Das Prinzip der separaten Übersetzung.- 3.2.2 Modularisierung eines Programms.- 3.2.3 Datenkapselung.- 3.2.4 Abstrakte Datentypen.- 3.2.4.1 Das Prinzip des Abstrakten Datentyps.- 3.2.4.2 Abstrakte Datentypen Schlange und Stack.- 3.2.4.3 Abstrakter Datentyp für große Zahlen.- 3.2.4.4 Abstrakter Datentyp für komplexe Zahlen.- 4. Semantik, Verifikation und Test.- 4.1 Konzepte für eine Semantikdefinition.- 4.1.1 Semantik: Begriff und Motivation.- 4.1.2 Grundprinzipien von Semantiknotationen.- 4.1.3 Ein Beispiel für die operationale Semantik.- 4.2 Spezifikation und Verifikation von Programmen.- 4.2.1 Vor-und Nachbedingungen.- 4.2.2 Schwächste Vorbedingungen.- 4.2.3 Die Verifikation.- 4.2.4 Beschreibung einer Schleife durch eine Invariante.- 4.2.5 Konstruktion iterativer Programme.- 4.2.6 Zusammenfassung.- 4.3 Test.- 4.3.1 Begriffsbildung und Prinzipien.- 4.3.1.1 Begriffliche Abgrenzung.- 4.3.1.2 Aufgabenteilung und Zielsetzung.- 4.3.1.3 Material und Resultate des Tests.- 4.3.2 Grenzen des Testens.- 4.3.3 Die Konstruktion von Testdaten.- 4.3.4 Zusammenfassung.- 5. Programmierparadigmen und -sprachen.- 5.1 Programmierparadigmen.- 5.1.1 Imperatives Programmieren.- 5.1.2 Funktionales Programmieren.- 5.1.3 Logik-basiertes Programmieren.- 5.1.4 Objektorientiertes Programmieren.- 5.1.5 Regel-basiertes Programmieren.- 5.1.6 Programmierung von Mehrprozessor-Systemen.- 5.2 Übersicht über Programmiersprachen.- 6. Datenstrukturen und Algorithmen.- 6.1 Komplexität und Effizienz.- 6.1.1 Motivation und Begriffsbildung.- 6.1.2 Effizienz und Komplexität von Algorithmen.- 6.1.3 Komplexität von Funktionen und Sprachen.- 6.2 Graphen und Bäume.- 6.2.1 Graphen.- 6.2.2 Bäume.- 6.3 Suchen in gegebenen Datenstrukturen.- 6.3.1 Suchen in Tabellen.- 6.3.2 Suchen von Zeichenketten.- 6.4 Datenorganisationen für effizientes Suchen.- 6.4.1 Suchverfahren auf Bäumen.- 6.4.1.1 Binäre Suchbäume.- 6.4.1.2 AVL-Bäume.- 6.4.1.3 Optimale Suchbäume.- 6.4.1.4 B-Bäume.- 6.4.1.5 Weitere balancierte Suchbäume.- 6.4.2 Hashing.- 6.4.2.1 Begriffsbildung und Anforderungen.- 6.4.2.2 Perfektes Hashing.- 6.4.2.3 Kollisionsbehandlung.- 6.4.2.4 Löschen in Hash-Tabellen.- 6.4.2.5 Aufwandsabschätzung.- 6.4.2.6 Implementierung von Kollisionsbehandlungen.- 6.5 Sortieren.- 6.5.1 Klassifizierung und allgemeine Betrachtungen.- 6.5.2 Interne Sortierverfahren.- 6.5.2.1 Einfache Sortierverfahren.- 6.5.2.2 Schnelle Sortierverfahren.- 6.5.2.3 Implementierung ausgewählter Sortierverfahren.- 6.5.2.4 Aufwandsvergleich der Sortierverfahren.- 6.5.2.5 Sortieren durch Streuen und Sammeln.- 6.5.3 Externe Sortierverfahren.- 6.5.3.1 Direktes Mischen.- 6.5.3.2 Natürliches Mischen.- 6.5.3.3 Mehrwege-Mischen.- 6.6 Speicherverwaltung.- 6.6.1 Algorithmische Konzepte.- 6.6.2 Implementierung von Stacks.- Anhang A: Mathematische Grundbegriffe und Formeln.- Anhang B: Syntaxdiagramme für Modula-2.- Literatur.- Abkürzungsverzeichnis.- Modula-2-Index.

O autorze

Prof. Dr. Hans-Jürgen Appelrath, Universität Oldenburg
Prof. Dr. Jochen Ludewig, Universität Stuttgart

Blurb

Drei Ziele haben Stoffauswahl und Darstellung dieses Buches geprägt: Studierende erlernen die Codierung von Algorithmen mit MODULA-2, also mit einer modernen imperativen Programmiersprache, die so einfach und sauber ist, dass die Grundbegriffe der Programmierung klar und systematisch eingeführt werden können, die sich aber andererseits auch in der Praxis bewährt hat. Wichtig ist auch die Möglichkeit, in MODULA-2 den Objektbegriff vorzubereiten. Theorethische Aspekte, z.B. Berechenbarkeit, Grammatiken, Semantik und Programmierverifikation, werden ganz überwiegend im Zusammenhang mit konkreten Problemen der Programmierung behandelt, so dass der praktische Nutzen jederzeit erkennbar bleibt. Für eine spätere gründliche Behandlung in einer Grundvorlesung Theorethische Informatik entstehen die Motivation und der begriffliche Rahmen. Wo immer die Gelegenheit besteht, werden die Methoden und Sprachkonzepte aus der Sicht des Software Engineering diskutiert, so dass die Codierung nicht als die Programmierung schlechthin erscheint, sondern - ihrer tatsächlichen Rolle entsprechend - als eine von mehreren Aktivitäten, die dazu beiträgt, reale Probleme mit Hilfe von Rechnern zu lösen. "Konventionell" bedeutet hier also praxisnah, auf der Grundlage einer imperativen Sprache, nicht pragmatisch oder theoriefrei. Das mit vielen vollständigen Programmbeispielen aufgelockerte Skript eignet sich daher für Studiengänge der Hauptfach-, Nebenfach- oder sogenannten Bindestrich-Informatik, in denen Konzepte und Praxis der Programmierung nicht separat, sondern gegenseitig stützend entwickelt werden sollen. Ein inhaltlich und strukturell auf dieses Skriptum abgestimmter Übungsband von Spiegel/Ludewig/Appelrath enthält viele Aufgaben mit Tips und Lösungen, die die "Einführung in die Informatik" unterstützen und wesentlich erleichtern.