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

Grafische Notation

33

Pseudocode

34

1.4 Schleifen

35

1.5 Verzweigungen

37

1.6 Logische Aussagen

39

Logisches NICHT

40

Logisches UND

41

Logisches ODER

41

Klammerung und Vorrangsregeln

42

Besondere Aussagen

43

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

Rechnen im Binärsystem

53

Einheiten

54

2.3 Kodierungen

56

Natürliche Zahlen

56

Ganze Zahlen

57

Kommazahlen

58

Text

59

Bilder

60

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

Repräsentation im Speicher

72

Andere Operationen auf den Datenstrukturen

75

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

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

Suchen in Suchbäumen

152

Ein Element hinzufügen

154

Suchbäume erstellen

155

Balancierte Bäume

157

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

Gerichtete Kanten

179

Gewichtete Kanten

180

Beispiele für Graphen

180

9.4 Suchen und Bewegen in Graphen

182

Implementierung

183

Beispiel

184

9.5 Eigenschaften von Graphen

187

Bäume und Zyklenfreiheit

187

Zusammenhang

188

Eulersche Graphen

189

Planarität

189

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

Reguläre Grammatiken

199

Kontextfreie Grammatiken

200

Höhere Grammatiken

201

10.3 Automaten

201

Endliche Automaten

202

Höhere Automaten

205

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

Aktivitäten und deren Reihenfolge

220

Start- und Endknoten

220

Verzweigungen

221

Verantwortungsbereiche

222

11.5 Strukturmodellierung

223

Objekte und Klassen

223

Vererbung

224

Abstrakte Klassen

225

Sichtbarkeiten

225

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

Grundbegriffe

236

Darstellung

236

Kardinalitäten

237

Schlüssel

239

12.3 Operationen auf Datenbanken

239

Daten abfragen und sortieren

239

Gruppierung von Daten

243

Einträge einfügen

245

Einträge modifizieren

245

Einträge löschen

246

12.4 Empfohlene Strukturierung von Daten

246

Ein Wert pro Zelle

247

Redundanzen vermeiden

249

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

Autonomie und Lernfähigkeit

262

Intelligenztests für Maschinen

263

Starke und schwache Intelligenz

264

13.3 Nachgeahmte Intelligenz

265

Entscheidungsbäume

265

Wissens- und logikbasierte Systeme

267

Heuristiken

271

13.4 Maschinelles Lernen

272

Arten des Lernens

272

Künstliche neuronale Netze

274

Generative KI

278

13.5 Anwendungsfelder

281

Automatische Textverarbeitung

281

Empfehlungssysteme in der Medizin

282

Intelligente Handykameras und Bildbearbeitung

283

Selbstfahrende Fahrzeuge

284

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

Die Knobelei als Schaltplan

293

Exklusives ODER

294

Algorithmen als logische Schaltungen

295

14.3 Hardware-Komponenten und ihr Zusammenspiel

295

14.4 Betriebssysteme

298

Kernfunktionen von Betriebssystemen

299

Verbreitete Betriebssysteme

301

Betriebssystemnahe Programmierung

302

14.5 Betriebssystemunabhängigkeit

303

Interpreter

303

Bytecode-Sprachen

304

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

Clients und Server

313

Weitere Netzwerkgeräte

314

15.4 Internetstruktur

316

Services im Internet

318

Daten im Internet versenden

318

Adressauflösung zum Finden der IP-Adresse

319

15.5 Einheitliche Kommunikation

320

Eine HTTP-Anfrage

320

Die Antwort des Webservers

321

Die Anfrage zusätzlicher Ressourcen

322

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

Die Top-down-Methode

345

Die Bottom-up-Methode

346

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

Änderungen kleinschrittig speichern

354

Daten mit einem Server synchronisieren

355

Mit anderen Personen zusammen entwickeln

355

Verschiedene Entwicklungszweige verfolgen

357

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

Kompilierungsfehler

365

Laufzeitfehler

366

Logische Fehler

367

Designfehler

368

Umgebungsfehler

370

Kommunikationsfehler

370

19.5 Techniken zur Fehlervermeidung

371

Testen

371

A/B-Testing

373

Programmierstil

373

Pair Programming

373

Code Review

374

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

Ausführung

380

Erklärung des Programmcodes

381

20.3 Variablen

381

20.4 Klassen, Objekte und Methoden

382

Eigenschaften von Objekten

383

Verhalten von Objekten

383

20.5 Datentypen

386

Zahlen

386

Wahrheitswerte

387

Zeichen und Zeichenketten

388

Arrays

389

Queues und Stacks

390

Sets und Maps

392

20.6 Kontrollstrukturen

393

Verzweigungen

393

Schleifen

395

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

Software für den Überwachungsstaat

405

Hutfarben beim Hacken

407

21.2 Informatik in der Wirtschaft

408

Automatisierung statt Arbeitsplatz

408

Netzneutralität

409

21.3 Der Wert persönlicher Daten

410

21.4 Gemeingüter und Open Source

412

Wissen für jedermann

412

Kostenlose und quelloffene Software

413

Probleme der Anarchie

414

21.5 Vertrauen in Informationen

415

21.6 Verantwortung für Technologie

416

Das Leben in der Blase

417

Vermeidbare Fehlfunktionen

417

Unvermeidbare Folgen

419

21.7 IT-Gerechtigkeit

420

21.8 Die technisierte Gesellschaft

421

Arbeitszeit: 24/7

421

Individuelle Abhängigkeit von Technik

422

Gesellschaftliche Abhängigkeit von Technik

422

21.9 Zusammenfassung und Einordnung

423

22 Extro

424

22.1 Wie wird man Informatiker*in?

424

Inhalte des Informatikstudiums

424

Organisation des Studiums

426

Die Entscheidung für ein Studium

427

Ausbildung als Alternative zum Studium

428

Ein duales Studium als Mittelweg

429

Das Berufsleben in der Informatik

429

22.2 Ressourcen

430

22.3 Wie geht es weiter?

430