Curzon / McOwan Computational Thinking

Die Welt des algorithmischen Denkens - in Spielen, Zaubertricks und Rätseln
1. Auflage 2018
ISBN: 978-3-662-56774-6
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 235 Seiten

Reihe: Computer Science and Engineering (German Language)

In diesem Buch lernen Sie die Grundzüge und Vorteile des Computational Thinking kennen, also des analytischen, von Algorithmen geprägten Denkens. Die Autoren behandeln dabei unterhaltsam und anwendungsbezogen die Grundelemente dieser Denkweise - darunter Denken in Algorithmen, Zerlegung, Abstraktion und Mustererkennung. Diese Prinzipien werden anschaulich an Hand von Zaubertricks, Spielen und Rätseln, aber auch an echten, anspruchsvollen Problemen erklärt. Sie erkunden dabei auch die Verbindungen zwischen Computational Thinking und wissenschaftlichem, aber auch kreativem Denken - und wie daraus Innovationen entstehen können.Computational Thinking hat die Art und Weise, wie wir alle leben, arbeiten und spielen, verändert. Es hat Auswirkungen darauf, wie Wissenschaft betrieben wird, Kriege gewonnen, ganz neue Industrien geschaffen und Leben gerettet werden. Es ist das Herzstück der Programmierung und ein leistungsfähiger Ansatz zur Problemlösung, mit oder ohne Computer. In einigen Ländern werden bereits Kindern in der Grundschule diese Fertigkeiten beigebracht.Ob Sie also einfach wissen wollen, um was es beim Computational Thinking geht oder ob Sie neue Möglichkeiten finden wollen, auch im Alltag effektiver zu werden, ob Sie (Informatik-)Lehrer oder Schüler sind oder einfach Spaß an Spielen und Rätseln haben - in diesem Buch finden Sie die nötigen Grundlagen.

Paul Curzon ist Informatikprofessor an der Queen Mary University in London. Seine Forschungen beschäftigen sich mit der Informatikausbildung, mit Mensch-Maschine-Kommunikation und formalen Methoden. Er erhielt neben mehreren Preisen für gute Lehre 2010 die National Teaching Fellowship der Higher Education Academy und wurde 2007 von der EPSRC als nicht-professioneller Informatikautor ausgezeichnet. Er war an der Gründung von Teaching London Computing beteiligt und leitet Weiterbildungsmaßnahmen für Lehrer. Seine ersten Programmierkenntnisse bracht er sich an einem Strand in Südfrankreich bei. Auch Peter McOwan ist Informatikprofessor an der Queen Mary University in London. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Computervision, Künstliche Intelligenz und Robotik. Er erhielt 2008 die National Teaching Fellowship der Higher Education Academy und 2011 die IET-Mountbatten-Medaille für seine Bemühungen, die Informatik für verschiedenen Zielgruppen aufzubereiten. Peter ist außerdem Amateurzauberer und interessiert sich für Science-Fiction. Paul und Peter schufen gemeinsam das international bekannte Projekt Computer Science for Fun (www.cs4fn.org) und waren Gründungsmitglieder des britischen Computing at School Network (CAS). Heute ist Paul im Vorstand des CAS.

Autoren/Hrsg.

Curzon, Paul

McOwan, Peter W.

Weitere Mitwirkende

Gerl, Bernhard

Inhaltsverzeichnis

1;Geleitwort;5
2;Vorwort;7
3;Danksagung;9
4;Inhaltsverzeichnis;11
5;Über die Autoren;13
6;1 Die Zukunft des Denkens;14
6.1;Was wollen Sie tun?;14
6.2;Kompetenzen für das 21. Jahrhundert;16
6.3;Algorithmisches Denken;17
6.4;Verändern Sie die Welt!;18
6.5;Wissenschaftliches Denken;19
6.6;Computational Thinking;19
7;2 Sprechen aus der Taucherglocke;20
7.1;Locked-in-Syndrom;20
7.2;Einfach wie das Abc;21
7.3;Baubys Methode;22
7.4;Prüfen der Details;23
7.5;Optimierungen vornehmen;24
7.5.1;Ist ein Muster erkennbar?;24
7.5.2;Wie häufig sind die Buchstaben?;26
7.6;Wie schnell ist die Methode?;27
7.7;Mit 20 Fragen zur Antwort;29
7.8;Wie gut ist die Methode?;30
7.9;Ein neuer Algorithmus;32
7.10;Codes für Buchstaben;34
7.11;Die Wahl der besten Lösung;36
7.12;Am Anfang steht das Denken in Algorithmen;37
7.13;Menschen verstehen ist das Wichtigste;38
7.14;Eine gute Lösung für Bauby;39
8;3 Magie und Algorithmen;40
8.1;Der Traum vom australischen Magier;40
8.2;Ein verzwickter Algorithmus;42
8.3;Zaubertricks erfinden;43
8.4;Teilen Sie es auf!;44
8.5;Funktioniert der Trick immer?;46
8.6;Lochkarten;49
8.6.1;Die Magie, Dinge wiederzufinden;49
8.6.2;Verbindungen aufbauen;50
8.6.3;Binäre Lochkarten;52
8.6.4;Wie funktioniert das also?;54
8.7;Erfinden neuer Kunststücke (Fortsetzung);57
8.7.1;Aus Alt mach Neu;57
8.7.2;Neue Zaubertricks durch Informatik;58
8.7.3;Anmerkung eines Magiers;60
8.7.4;Von Zaubertricks zu Programmen und zurück;60
9;4 Rätsel, Logik und Muster;61
9.1;Rätselarten;61
9.1.1;Logikrätsel;61
9.1.2;Wabenrätsel;62
9.1.3;Lösung eines Wabenrätsels;63
9.2;Regeln herleiten;66
9.2.1;Regelentwicklung durch Mustererkennung;66
9.2.2;Die Regel vom einzelnen Sechseck;67
9.2.3;Die Regel von zwei Sechsecken;68
9.2.4;Die Eckenregel;69
9.2.5;Regeln niederschreiben;71
9.3;Weitere Rätsel;73
9.3.1;Noch ein einfaches Rätsel;73
9.3.2;Ein komplizierteres Rätsel;73
9.4;Logisches Denken und Kompetenz;74
9.5;Lösungen der beiden Rätsel;76
10;5 Rätselhafte Rundreisen;77
10.1;Zwei Denkaufgaben;77
10.1.1;Der „Weg des Springers“;77
10.1.2;Das Stadtführerrätsel;79
10.1.3;Vereinfachen und Unwichtiges ignorieren;81
10.2;Eine Lösung für vieles;82
10.2.1;Zurück zum Anfang;82
10.2.2;Entwurf eines Graphen;83
10.2.3;In die Tiefe gehen;83
10.2.4;Fein säuberlich;84
10.2.5;Gleiches Problem, gleiche Lösung;85
10.2.6;Von einer Lösung zu anderen;85
10.2.7;Eine Karte für beide Probleme;87
10.3;Die Brücken von Königsberg;87
10.3.1;Rundgang durch die Stadt der Brücken;87
10.3.2;Logisch denken;88
10.4;Reisen und Packen;90
10.4.1;Echte Touren;90
10.4.2;Packen für den Urlaub;90
10.4.3;Zurück auf die Straße;91
10.4.4;Das Gute, das Schlechte und das Hässliche;91
11;6 Roboterbau für Anfänger;93
11.1;Roboter mit eigener Historie;93
11.1.1;Der schlechte Ruf der Roboter;93
11.1.2;Was assoziieren Sie mit „Roboter“?;94
11.1.3;Protagonisten mysteriöser Erzählungen;94
11.2;Der Bau von Robotergehirnen;96
11.2.1;Aufbau in Schichten;96
11.2.2;Natürliche Selektion;97
11.2.3;Ein Verhalten erlernen;99
11.3;Bauen Sie Ihren eigenen Chatbot!;99
11.3.1;Meister der Konversation;99
11.3.2;Bin ich ein Mensch?;100
11.3.3;Nachbildung eines Chats;101
11.3.4;Wie entscheidet sich ein Chatbot?;101
11.3.5;Vorsicht Bots?;104
11.4;Besitzt ein Chatbot Verständnis?;105
11.4.1;Das „Chinesische Zimmer“;105
11.4.2;Im Zimmer der Klingonen;106
11.4.3;Eine überraschende Wendung;107
12;7 Wir bauen ein Gehirn;108
12.1;Wie baut man ein lernfähiges Gehirn?;108
12.1.1;Künstliche Intelligenz lernt Kartenspielen;108
12.1.2;Ruhig mal negativ sein;114
12.1.3;Was macht ein intelligentes Spiel aus?;115
12.1.4;Ein wenig boolesche Logik;116
12.2;Neuronales „Halli Galli“;118
12.2.1;„Halli Galli“ – nicht so leicht, wie es aussieht;118
12.2.2;Können wir es nachbauen?;120
12.2.3;Phänomenales Bewusstsein … und eine Tasse blauen Kaffee, bitte!;122
13;8 Betrügen mit Bots;125
13.1;Ein Wahrsage-Gehirn;125
13.1.1;Maschine mit Geheimnissen;125
13.1.2;Dem Mutigen gehört die Welt;126
13.1.3;Die Sitzung endet … zweimal;127
13.1.4;Die Betrugsmasche;127
13.1.5;Was lockt Sie in die Falle?;129
13.1.6;Wir bauen Schritt für Schritt;130
13.2;Ethik und Weltherrschaft;130
13.2.1;Der richtige und der falsche Weg für KI;130
13.2.2;Werden Roboter die Welt beherrschen?;131
13.2.3;Suche nach einem nachvollziehbaren Motiv;132
13.2.4;Wenn sich die Gelegenheit bietet;132
13.2.5;Weltherrschafts-Bingo;133
13.2.6;Kill Bill?;134
14;9 Gitter, Grafik und Spiele;136
14.1;Gitter und Spiele als Bilder;136
14.1.1;Spiele als High-Tech-Kunstindustrie;136
14.1.2;Aus Pixel entstehen Bilder;137
14.2;Das „Spiel des Lebens“;140
14.2.1;Spielen auf dem Gitter;140
14.2.2;Spielen Sie selbst das Leben!;141
14.2.3;Eine Menagerie des Lebens;143
14.2.4;Entwicklung neuer Welten;144
14.3;Was Menschen spielen;146
14.3.1;Lust auf ein Spiel mit Wörtern?;146
14.3.2;Klüger als Menschen?;147
14.3.3;Raffinierter spielen;150
14.3.4;Wie man „Spit-Not-So“ gewinnt;151
14.3.5;Betrachtungsweisen;152
14.3.6;Spiele, überall Spiele;153
15;10 Wie man den Wald und die Bäume sieht;154
15.1;Die Magie des Gedankenlesens;154
15.1.1;Muster sieht man überall;154
15.1.2;Magische Übereinstimmung und zauberhafte Codes;156
15.1.3;Lesen Sie selbst Gedanken!;156
15.1.4;Eine schiefgelaufene Mustererkennung geradebiegen;158
15.2;Primzahlenmagie;160
15.2.1;Primzahlenmuster als Bravourstück mathematischer Magie;160
15.2.2;Verzauberte Muster – alles ganz zufällig?;161
15.2.3;Primfaktoren;162
15.2.4;Mathematik hilft bei der Mustersuche;162
15.2.5;Muster durch die Nase: ein anrüchiger Kartentrick;163
15.2.6;Der geheime, gar nicht anrüchige Algorithmus;164
15.3;Computervision – die Welt wirklich sehen;164
15.3.1;Computer, die Kanten sehen;164
15.3.2;Was steckt in einem Bildmuster?;167
15.3.3;Die Dinge ändern sich;169
15.4;Mit Mustererkennung Krankheiten und Verbrechen vorhersagen;171
16;11 Medizinische Märchen durchleuchtet;172
16.1;Lebendig in Scheiben schneiden;172
16.1.1;Kriegsschiffe, Beatles und Körperteile;172
16.1.2;Sie und Ihr Röntgenschatten;173
16.1.3;Digitale Schatten;173
16.2;Spielen wir „Schiffe versenken“;174
16.2.1;Spiele mit Papier und Bleistift;174
16.2.2;Miniatur-„Schiffe versenken“;175
16.2.3;Ich sehe keine Schiffe …;176
16.2.4;Anleitung zum automatischen Aufspüren von Schiffen;176
16.3;Zurück zu den Röntgenstrahlen;178
16.3.1;Ein Röntgenstrahl markiert den Punkt;178
16.3.2;Das CT der Beatles;179
16.3.3;Magnete und Modelle;180
16.3.4;Eine Scheibe Magnetismus;181
16.3.5;Bewegungen beobachten;181
16.4;Weitere Messungen;182
16.4.1;Heiß und glücklich;182
16.4.2;Die Höhle in Ihrem Kopf;182
16.4.3;Tief einatmen!;183
16.4.4;Technologie erfordert Teamwork;183
17;12 Computer gegen Gehirn;185
17.1;Denken wie ein Computer?;185
17.1.1;Menschen als Computer;185
17.1.2;Computational Thinking im Alltag;186
17.1.3;Computational Thinking der Computer;187
17.1.4;Verwirrende Planungen;187
17.1.5;Maschinen, die Fehler machen;188
17.1.6;Hilfsbereite Maschinen;189
17.2;Das Spiel mit den Widersprüchen: Der unmögliche Raubüberfall;191
17.2.1;Die Spur verlieren;191
17.2.2;Der unmögliche Trick der Räuber;191
17.2.3;Was passiert hinter den Kulissen?;192
17.2.4;Verbergung des Raub-Algorithmus und der Zustandsraum;193
17.2.5;Die magische Vergangenheit inspiriert Ihre magische Zukunft;194
17.3;Die Welt der Illusionen;195
17.3.1;Erfüllen unsere Sinne die Erwartungen?;195
17.3.2;Die Sinnestäuschung von Süße;195
17.3.3;Temperatur-Sinnestäuschung;196
17.3.4;Tast-Sinnestäuschung;197
17.3.5;Größe-Gewicht-Sinnestäuschung;197
17.3.6;Jetzt sehen Sie es!;198
17.4;Ein mathematisches Modell des Verstandes;199
17.4.1;Das Gesetz von Weber;199
17.4.2;Ein gewichtiges psychophysikalisches Experiment;199
17.4.3;Drücken wir es mathematisch aus;200
17.4.4;Ich sage voraus, dass …;200
17.4.5;Eine nützliche Universalregel;201
17.4.6;Mit Biologie zu einer besseren Technologie;201
17.5;Das voreingenommene Gehirn;203
17.5.1;Der Nummer-37-Trick eines Straßenzauberers;203
17.5.2;Psychologie, Voreingenommenheit und Kognitionsforschung;204
17.5.3;Voreingenommenheit steckt überall;204
17.5.4;Unvollkommene Computer;206
17.5.5;Was sich reimt, ist gut …;207
18;13 Was also ist Computational Thinking?;208
18.1;Sammelbegriff verschiedener Techniken;208
18.2;Algorithmisches Denken;209
18.3;Computermodellierung;210
18.4;Wissenschaftliches Denken;211
18.5;Heuristik;211
18.6;Logisches Denken;212
18.7;Mustererkennung;212
18.8;Darstellung;213
18.9;Abstraktion;214
18.10;Verallgemeinerung;215
18.11;Zerlegung;217
18.12;Menschen verstehen;218
18.13;Evaluation;219
18.14;Kreativität;222
18.15;Zusammenfassung;223
19;14 Weiterführende Literatur;225
19.1;Wenn es um Informatik geht …;225
19.2;Wenn es um Mathematik geht …;226
19.3;Wenn es um Magie geht …;228
19.4;Wenn es um etwas anderes geht …;228
19.5;Auf der Grundlage von …;229
20;Sachverzeichnis;230