Fit fürs Studium - Informatik

Gut vorbereitet an die Hochschule. Ideal zum Selbststudium oder ergänzend zur Vorlesung
2. aktualisierte und erweiterte Auflage 2021
ISBN: 978-3-8362-8599-5
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 439 Seiten, Format (B × H): 173 mm x 229 mm, Gewicht: 804 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?

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.'

Autoren/Hrsg.

Boockmeyer, Arne

Fischbeck, Philipp

Neubert, Stefan

Fachgebiete

• Mathematik | Informatik EDV | Informatik Informatik

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



  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

Über Autor(innen)

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.

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. Die Interessenschwerpunkte des PhD-Studenten sind Algorithmik und Graphentheorie. 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.

Neubert, Stefan
Stefan Neubert hat zahlreiche Informatik-Workshops und -Camps für Schülerinnen und Schüler 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 arbeit, komplexe Themen verständlich zu machen. Der PhD-Student am Hasso-Plattner-Institut schätzt sein Fach auch dafür, dass es Kreativität und Teamfähigkeit erfordert, obwohl das vielleicht oft nicht vermutet wird. Schüler wie Leser schätzen seine verständliche Sprache und anschaulichen Beispiele – vor allem dann, wenn es anspruchsvoller wird.