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?

»Buchtipp!«

Autorentext
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.

Inhalt

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 ... Algorith…