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?

Die Fachpresse zur Vorauflage: LINUX MAGAZIN: »Ein umfassender Rundumblick auf das breite und fesselnde Gebiet der Informatik. [Das Buch] macht mit den wichtigsten Themen bekannt und eignet sich besonders dazu, vor Beginn eines einschlägigen Studiums die Grundlagen noch einmal zu wiederholen und eventuell noch vorhandenen Lücken zu schließen. « Controller Magazin: »Das vorliegende Buch ermöglicht, verlässliche Informatikkenntnisse im Selbststudium zu erarbeiten« iX - Magazin für professionelle Informationstechnik: »In 21 Kapiteln erklären [die Autoren] anschaulich einige grundsätzliche Bereiches ihres Fachs. «

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

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

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

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

5. Komplexität . . . 104
5. 1 . . . Schokolade aufteilen . . . 105
5. 2 . . . Verschiedene Wege führen zum Ziel . . . 106
5. 3 . . . Eingabegröße . . . 107
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

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 . . . 131
6. 5 . . . Noch schneller sortieren . . . 133
6. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 136

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

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

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

10. Formale Sprachen . . . 196
10. 1 . . . Sätze erzeugen . . . 197
10. 2 . . . Grammatiken . . . 198
10. 3 . . . Automaten . . . 202
10. 4 . . . Sprachen und Mengenoperationen . . . 206
10. 5 . . . Reguläre Ausdrücke . . . 208
10. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 210

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

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 . . . 247
12. 5 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 251

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 . . . 278
13. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 282

14. Computer . . . 288
14. 1 . . . Addieren auf Hardware-Ebene . . . 289
14. 2 . . . Logische Schaltungen . . . 290
14. 3 . . . Hardware-Komponenten und ihr Zusammenspiel . . . 293
14. 4 . . . Betriebssysteme . . . 296
14. 5 . . . Betriebssystemunabhängigkeit . . . 301
14. 6 . . . Virtuelle Computer . . . 302
14. 7 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 303

15. Netzwerke . . . 308
15. 1 . . . Die Post des Kanzleramts . . . 309
15. 2 . . . Eine mögliche Lösung für die Poststelle . . . 309
15. 3 . . . Netzwerke . . . 311
15. 4 . . . Internetstruktur . . . 314
15. 5 . . . Einheitliche Kommunikation . . . 318
15. 6 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 321

16. Verschlüsselung . . . 326
16. 1 . . . Fdhvdu . . . 327
16. 2 . . . Warum verschlüsseln? . . . 328
16. 3 . . . Symmetrische Verschlüsselung . . . 328
16. 4 . . . Asymmetrische Verschlüsselung . . . 329
16. 5 . . . Hybridverfahren . . . 332
16. 6 . . . Verschlüsselungen knacken . . . 332
16. 7 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 334

17. Softwareentwicklung . . . 338
17. 1 . . . Algorithmus vs. Software . . . 339
17. 2 . . . Die Werkzeuge eines Softwareentwicklers . . . 341
17. 3 . . . Große Probleme lösen . . . 343
17. 4 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 345

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 . . . 352
18. 6 . . . Versionsverwaltung . . . 353
18. 7 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 358

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

20. Hands-on: Programmieren mit Python . . . 378
20. 1 . . . Die Programmiersprache Python . . . 379
20. 2 . . . Hallo Leser . . . 380
20. 3 . . . Variablen . . . 381
20. 4 . . . Klassen, Objekte und Methoden . . . 382
20. 5 . . . Datentypen . . . 386
20. 6 . . . Kontrollstrukturen . . . 393
20. 7 . . . Fehlersuche . . . 396
20. 8 . . . Eine kleine Werkzeugkiste . . . 398

21. Ethik in der Informatik . . . 404
21. 1 . . . Recht und Ordnung . . . 405
21. 2 . . . Informatik in der Wirtschaft . . . 407
21. 3 . . . Der Wert persönlicher Daten . . . 409
21. 4 . . . Gemeingüter und Open Source . . . 412
21. 5 . . . Vertrauen in Informationen . . . 415
21. 6 . . . Verantwortung für Technologie . . . 416
21. 7 . . . IT-Gerechtigkeit . . . 419
21. 8 . . . Der technisierte Mensch . . . 420
21. 9 . . . Zusammenfassung und Einordnung . . . 422

22. Extro . . . 424
22. 1 . . . Wie wird man Informatiker*in? . . . 425
22. 2 . . . Ressourcen . . . 430
22. 3 . . . Wie geht es weiter? . . . 430

Index . . . 433