Einführung in die Informatik: Skriptum Informatik I, II
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Zürich
Verl. d. Fachvereine
1991
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Autor: Ludewig, Jochen
Jahr: 1991
Inhaltsverzeichnis
Einführende Bemerkungen 11
Das Fach Informatik 11
Zielsetzung der Vorlesung 12
1. Grundbegriffe 1 3
13
13
13
14
14
14
15
16
16
17
17
18
19
20
2. Funktionen und einfache funktionale Programme 21
2.1 Elementare Programme mit Ausgabe 21
2.1.1 Syntaxdiagramme 21
2.1.2 Die Syntax von MS1 23
2.1.3 Die Semantik von MS1 26
2.1.4 Programmierstil-. Bezeichner, Layout und Kommentare 27
2.2 Einige elementare Konstrukte 27
2.2.1 Zahlen und symbolische Konstanten 27
2.2.2 Verzweigungen, MS3 31
2.2.3 Struktogramme 35
2.3 Funktionen, Eingabe 37
2.3.1 Die Begriffe Funktion und Parameter 37
2.3.2 Funktionen im Programm 38
2.3.3 Vordefinierte elementare Datentypen 39
2.3.4 Typ-Anpassung 41
2.3.5 Variablen zur Aufnahme der Eingabe 42
2.3.6 Robuste Programme 42
1.1 Information und Nachricht
1.1.1 Information
1.1.2 Nachricht
1.1.3 Redundanz
1.2 Sprache
1.2.1 Der intuitive Sprachbegriff,
1.2.2 Definitionen der Sprach-Begriffe
1.3 Kommunikation und Speicherung
1.4 Signale
1.5 Darstellung von Zeichen und Zahlen
1.5.1 Codierung von Zeichen
1.5.2 Darstellung von Zahlen
1.6 Rechner und Übersetzer
1.7 Übungen
e Inhalt
b
2.4 Rekursive Funktionen und Prozeduren 43
2.4.1 Algorithmen 43
2.4.2 Rekursive Funktionen 43
2.4.3 Prozeduren 46
2.4.4 Aufzählungstypen und Bereichstypen 46
2.4.5 Die Türme von Hanoi 47
2.4.6 EBNF, BNF 49
2.5 Für wen werden Programme geschrieben? 51
2.6 Übungen 53
3. Iterative Programme und Variablen 5 9
3.1 Nachteile und Grenzen der funktional-rekursiven Darstellung 59
3.1.1 Effektivität und Effizienz 59
3.1.2 Definitionen und Spracherweiterungen für die Iteration 60
3.1.3 Beispiel 63
3.2 Anweisungen zur Iteration 65
3.2.1 Konstrukte 65
3.2.2 Syntax und Semantik 66
3.2.3 Hinweise zum Programmierstil 67
3.3 Gültigkeitsbereich und Lebensdauer 68
3.3.1 Gültigkeitsbereich 68
3.3.2 Lebensdauer 70
3.3.3 Beispiele 70
3.3.4 Terminologie 74
3.3.5 Hinweise zum Programmierstil 74
3.4 Marken und Sprünge 75
3.4.1 Die Entstehung des modernen Rechners 75
3.4.2 Sprünge in primitiven Sprachen 76
3.4.3 Sprünge in PASCAL 76
3.4.4 Kritik des GOTO 77
3.4.5 Hinweise zum Gebrauch des GOTO 77
3.5 Prozedurtypen 78
3.6 Übungen 81
4. Spezifikation und Verifikation von Programmen 85
4.1 Vorbedingungen und Zusicherungen 85
4.2 Notation, Definitionen 86
4.3 Definition einiger Anweisungen 88
4.3.1 Die leere Anweisung 88
4.3.2 Die Wertzuweisung 88
4.3.3 Die Sequenz 89
4.3.4 Die Alternative und die bedingte Anweisung 89
4.3.5 Beispiele zur Schwächsten Vorbedingung 89
Inhalt 7
4.4 Die Verifikation eines iterativen Programms 90
4.4.1 Verifikation einer Iteration mit der Schwächsten Vorbedingung 90
4.4.2 Partielle und totale Korrektheit 92
4.4.3 Der Schleifen-Rumpf als Variablen-Transformator 93
4.4.4 Verifikation verschiedener Schleifen-Formen 94
4.5 Beschreibung einer Schleife durch die Invariante 95
4.5.1 Das Prinzip der Invariante 96
4.5.2 Vor- und Nachteile der Schleifen-Invarianten, Anwendung 97
4.5.3 Beispiele zur Verifikation iterativer Programme 98
4.6 Zusammenfassung 103
4.7 Übungen 104
5. Komplexe Datentypen 107
5.1 Mengen (Sets) 107
5.1.1 Mengen in der Mathematik und in der Programmierung 107
5.1.2 Darstellung und Manipulation von Mengen 107
5.1.3 Ein Beispiel für Sets 109
5.1.4 Der Typ BITSET 111
5.2 Felder (Arrays) 111
5.2.1 Idee und Zweck der Felder 111
5.2.2 Syntax und Semantik 111
5.2.3 Flexible Feldgrenzen bei Parametern 111
5.2.4 Feldkonstanten und Strings 112
5.2.5 Hinweise zur Anwendung 113
5.2.6 Beispiel für Felder 114
5.3 Verbünde (Records) 116
5.3.1 Idee und Zweck der Verbünde 116
5.3.2 Syntax und Semantik 116
5.3.3 Das WITH-Statement 117
5.3.4 Beispiel für Records 120
5.3.5 Records mit Varianten 122
5.3.6 Hinweise zu den Gültigkeitsbereichen 124
5.4 Zeiger und dynamische Variablen 126
5.4.1 Das Konzept der Speicherung auf der Halde 126
5.4.2 Die Implementierung der Halde 127
5.4.3 Analogie und Beispiel für Zeiger und dynamische Variablen 128
5.4.4 Verkettete Listen 132
5.4.5 Doppelte Verkettung 138
5.4.6 Anwendungen dynamischer Variablen 140
5.4.7 Probleme mit dynamischen Variablen 141
5.5 Übungen 143
8 Inhalt
6. Datenkapselung und Abstrakte Datentypen 147
6.1 Einleitung 147
6.2 Das Prinzip der separaten Übersetzung in MODULA 147
6.3 Zerlegung eines Programms in mehrere Module 149
6.4 Kapselung 153
6.4.1 Das Prinzip der Kapselung 153
6.4.2 Beispiel Kettenkapsel 153
6.4.3 Kettenkapsel mit Navigationsoperationen 155
6.4.4 Beispiel: Warteschlange 157
6.5 Abstrakte Datentypen 159
6.5.1 Einleitung 159
6.5.2 Beispiel für einen Abstrakten Daten-Typ: Schlange 161
6.5.3 Alternative Implementierung des ADTs 165
6.5.4 Abstrakter Datentyp für große Zahlen 166
6.5.5 ADT Komplex 170
6.6 Dateien 173
6.6.1 Das Prinzip der sequentiellen Datei 173
6.6.2 Eigenschaften sequentieller Dateien 173
6.6.3 Dateien in MODULA-2 174
6.6.4 Beispiel für Dateien 175
6.7 Übungen 177
7. Suchalgorithmen 179
7.1 Aufwandsabschätzung 179
7.1.1 Motivation 179
7.1.2 Beiträge verschiedener Operationen zur Rechenzeit 182
7.1.3 Asymptotische Abschätzung 183
7.2 Suche in Tabellen 184
7.2.1 Lineares Suchen 185
7.2.2 Binäres Suchen 186
7.2.3 Aufwandsabschätzung 187
7.3 Suche von Zeichenketten 188
7.3.1 Naiver Algorithmus 189
7.3.2 Der Such-Algorithmus von Knuth, Morris und Pratt 189
7.3.3 Der Suchalgorithmus von Boyer und Moore 191
7.3.4 Implementierungen 193
7.4 Übungen 198
Inhalt 9
8. Sortieren 199
8.1 Vorbemerkungen, Problemstellung 199
8.2 Einfache Sortierverfahren 200
8.2.1 Direktes Aussuchen (Straight Selection) 200
8.2.2 Direktes Einfügen (Straight insertion) 201
8.2.3 Binäres Einfügen 203
8.2.4 Bubblesort 204
8.3 Schnelle Sortierverfahren 205
8.3.1 Shellsort 205
8.3.2 Heapsort (J.W.J. Williams und R.W. Floyd, 1964) 206
8.3.3 Quicksort (C.A.J. Hoare, 1962) 210
8.4 Implementierung der gezeigten Sortierverfahren 216
8.5 Aufwandsvergleich der Sortierverfahren 221
8.6 Sortieren von Sequenzen 222
8.6.1 Sortieren durch direktes Mischen 222
8.6.2 Natürliches Mischen 223
8.6.3 Mehrwege Mischen 224
8.7 Übungen 226
9. Hashing 229
9.1 Perfektes Hashing 229
9.2 Kollisionen, Wahl der Hash-Funktion 230
9.3 Externe Kollisionsbehandlung 232
9.4 Interne Kollisionsbehandlung 233
9.4.1 Lineares Sondieren in Einerschritten 233
9.4.2 Lineares Sondieren 233
9.4.3 Quadratisches Sondieren 234
9.4.4 Vergleich der Sondierverfahren 235
9.5 Aufwandsabschätzung für Hash-Operationen 235
9.6 Löschen in Hashtabellen 238
9.7 Zwei Beispiele einer Tabellenkapsel 238
9.7.1 Implementierung mit interner Kollisionsauflösung 240
9.7.2 Implementierung mit externer Kollisionsauflösung 243
9.8 Übungen 246
1Q Inhalt
10. Baumstrukturen 249
10.1 Definitionen 249
10.2 Darstellung und Bearbeitung von Bäumen 251
10.3 Binäre Suchbäume 252
10.3.1 Suchen und Einfügen 252
10.3.2 Löschen im Binärbaum 253
10.3.3 Beispiel für Tabellenverwaltung mit binärem Suchbaum 254
10.4 Ausgeglichene Bäume 258
10.4.1 Vollständig ausgeglichene Bäume 258
10.4.2 Höhenbalancierte Bäume 259
10.4.3 Einfügen im AVL-Baum 261
10.4.4 Löschen in AVL-Bäumen 269
10.5 Übungen 270
11. Literaturangaben 273
Lösungshinweise zu Übungsaufgaben 275
Lösungen zu Kapitel 1 275
Lösungen zu Kapitel 2 275
Lösungen zu Kapitel 3 280
Lösungen zu Kapitel 4 283
Lösungen zu Kapitel 5 286
Lösungen zu Kapitel 6 289
Lösungen zu Kapitel 7 291
Lösungen zu Kapitel 8 292
Lösungen zu Kapitel 9 294
Lösungen zu Kapitel 10 295
Syntaxdiagramme für MODULA-2 297
Stichwortverzeichnis (Index) 313
Ein Stichwortverzeichnis zu den Syntaxdiagrammen, bezogen auf die englischen
Benennungen der syntaktischen Variablen, ist in das allgemeine Stichwortverzeichnis
integriert.
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