Fit fürs Studium - Informatik

Gut vorbereitet an die Hochschule. Ideal zum Selbststudium oder ergänzend zur Vorlesung
3. Auflage 2025
ISBN: 978-3-367-10854-1
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 440 Seiten, Format (B × H): 169 mm x 225 mm, Gewicht: 830 g

Reihe: Rheinwerk Computing

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?

Autoren/Hrsg.

Boockmeyer, Arne

Fischbeck, Philipp

Neubert, Stefan

Fachgebiete

• Mathematik | Informatik EDV | Informatik EDV & Informatik Allgemein EDV & Informatik: Ausbildung & Berufe

Inhaltsverzeichnis

  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

Über Autor(innen)

Neubert, Stefan
Stefan Neubert hat zahlreiche Informatik-Workshops und -Camps für Schüler*innen entwickelt und durchgeführt. Studierende im Bachelor-Studiengang haben seine langjährige Tätigkeit in der Lehrveranstaltung "Theoretische Informatik" mit einem Lehrpreis belohnt, weil er mit Leidenschaft dafür arbeitet, komplexe Themen verständlich zu machen. Inzwischen arbeitet er als Program Manager für den Bachelor-Studiengang am Hasso-Plattner-Institut, wo er zuvor auch studiert, unterrichtet und geforscht hat. An der Informatik schätzt er besonders, dass sie Kreativität und Teamfähigkeit erfordert, obwohl das vielleicht oft nicht vermutet wird. Lernende schätzen seine verständliche Sprache und anschaulichen Beispiele – vor allem dann, wenn es anspruchsvoller wird.

Fischbeck, Philipp
Philipp Fischbeck kennt typische Hürden beim Lernen aus seiner Arbeit mit Jugendlichen in Schüler*innen-Workshops und mit Studierenden als Tutor und Dozent am Hasso-Plattner-Institut. Dort schloss er seine Promotion mit den Schwerpunkten Algorithmik und Graphentheorie ab. Er ist immer wieder begeistert, wenn sich schwierige Themen und Techniken nach etwas Einarbeitungszeit meistern lassen. Wer sich vom Spaß am Problemlösen und Rätseln anstecken lassen möchte, ist bei ihm richtig.

Boockmeyer, Arne
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.