Modellbildung in der Informatik

Leitlinie dieser Einführung in die Informatik ist die Frage, welche Vorgehensweisen einem Problem informatische Kontur verleihen und welche Techniken zur Verfügung stehen, um Informatiksysteme analysieren oder entwerfen zu können.

Modellierung ist ein durchgängiges Thema für unterschiedlichste Facetten der Informatik. In dem vorliegenden Text geben die Autoren einen ersten Überblick zu typischen Modellen, die die Informatik einsetzt. Dabei wird das Thema grundlegend angegangen, so dass der Leser die Prinzipien der Modellbildung nachvollziehen kann und ein fundiertes Verständnis des Entwurfs und der Verifikation von Informatiksystemen gewinnt.

Die vorliegende Einführung in die Theorie und Praxis der Modellierung setzt keine besonderen Vorkenntnisse voraus. Ferner werden durch Übungsaufgaben (mit Lösungsvorschlägen) praktische Fertigkeiten vermittelt. Das Buch wendet sich insbesondere an Fachlehrer der Informatik und an Praktiker der Systementwicklung.

Autorentext

Manfred Broy leitete an der Technischen Universität München den Lehrstuhl Software & Systems Engineering. Er gründete 2009 das Forschungsinstitut für angewandte Forschungstechnik fortiss. Seit 2016 ist er Gründungspräsident des Zentrums Digitalisierung. Bayern. Seine wissenschaftlichen Arbeiten, die diesem Buch zugrunde liegen, zielen auf die formale Fundierung der Konzepte und Methoden des Softwareengineerings als Basis für eine fundierte Entwicklung von Programmsystemen. Alexander Malkis ist ein internationaler Forscher im Bereich "formale Methoden" mit Fokus auf Verifikation, Programmanalyse und Nebenläufigkeit. Sein Forschungsziel besteht darin, Methoden zur Steigerung von Sicherheit, Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit nebenläufiger Programme, Architekturen und Systeme zu entwickeln.

Inhalt
Einleitung: Das Entity-Relationship-Modell.- 0.1 ER-Diagramme.- 0.2 Datenlexika.- 0.3 Übungen.- 0.4 Wie es weitergeht.- 1 Algebraische Modellierung.- 1.1 Signaturen und Axiome.- 1.2 Grundlegende Spezifikationen.- 1.3 Übungen.- 1.4 Wie es weitergeht.- 2 Diagrammatische Modellierung.- 2.1.- 2.2 Struktursicht (Systemstrukturdiagramme).- 2.3 Verhaltenssicht (Zustandsübergangsdiagramme).- 2.4 Zeitverlauf.- 2.5 Interaktionssicht (Sequenzdiagramme).- 2.6 Algorithmen.- 2.7 Partielle Korrektheit, Terminierung und Komplexität.- 2.8 Datensicht (der applikativen Programmierung).- 2.9 Übungen.- 2.10 Wie es weitergeht.- 3 Modellierung und Verifikation.- 3.1 Formeln und Regeln.- 3.2 Variablen, Substitution und Gleichheit.- 3.3 Ein formaler Rahmen des Beweisens.- 3.4 Ein einfacher Deduktionskalkül.- 3.5 Induktive Definitionen und Beweise.- 3.6 Übungen.- 3.7 Wie es weitergeht.- 4 Struktur formaler Sprachen.- 4.1 Interpretation und Übersetzung von Programmen.- 4.2 Endliche Automaten.- 4.3 Reguläre Ausdrücke.- 4.4 Chomsky-Grammatiken.- 4.5 Backus-Naur-Form.- 4.6 Syntaxanalyse.- 4.7 Übungen.- 4.8 Wie es weitergeht.- Abschluss: Requirements Engineering.- 5.1 Die Frühphase einer Systementwicklung.- 5.2 Das Aufgabenspektrum.- 5.3 Klassifizierung der Anforderungen.- 5.4 Anforderungsmodellierung und Systemdesign.- 5.5 Wie es weitergeht.- Einige mathematische Begriffe.- Gesetze der Booleschen Algebra.- Gesetze der Quantoren.- Lösungen zu ER-Diagrammen.- Lösungen zu algebraischen Spezifikationen.- Lösungen zur Verifikation.- Lösungen zu formalen Sprachen.- 253.