Fit fürs Studium - Informatik

Gut vorbereitet an die Hochschule. Ideal zum Selbststudium oder ergänzend zur Vorlesung
3. aktualisierte Auflage 2025
ISBN: 978-3-367-10854-1
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 440 Seiten, Format (B × H): 169 mm x 225 mm, Gewicht: 830 g

Reihe: Rheinwerk Computing

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 Einstiegsprobleme 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 ins Studium.

• Alle Grundkonzepte verstehen und Wissenslücken schließen
• Mit vielen Beispielen, Knobeleien, Übungen und Lösungen
• Formale Sprachen, Algorithmen, Encoding etc. ohne Mühe

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?

Autoren/Hrsg.

Boockmeyer, Arne

Fischbeck, Philipp

Neubert, Stefan

Fachgebiete

• Mathematik | Informatik EDV | Informatik EDV & Informatik Allgemein EDV & Informatik: Ausbildung & Berufe

Inhaltsverzeichnis

  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 ... Algorithmus vs. Software ... 341

       17.2 ... Die Werkzeuge in der Softwareentwicklung ... 343

       17.3 ... Große Probleme lösen ... 345

       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

       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

       19.5 ... Techniken zur Fehlervermeidung ... 371

       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

       20.3 ... Variablen ... 381

       20.4 ... Klassen, Objekte und Methoden ... 382

       20.5 ... Datentypen ... 386

       20.6 ... Kontrollstrukturen ... 393

       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

       21.2 ... Informatik in der Wirtschaft ... 408

       21.3 ... Der Wert persönlicher Daten ... 410

       21.4 ... Gemeingüter und Open Source ... 412

       21.5 ... Vertrauen in Informationen ... 415

       21.6 ... Verantwortung für Technologie ... 416

       21.7 ... IT-Gerechtigkeit ... 420

       21.8 ... Die technisierte Gesellschaft ... 421

       21.9 ... Zusammenfassung und Einordnung ... 423

22.  Extro ... 424

       22.1 ... Wie wird man Informatiker*in? ... 424

       22.2 ... Ressourcen ... 430

       22.3 ... Wie geht es weiter? ... 430

  Index ... 433

Über Autor(innen)

Boockmeyer, Arne
Arne Boockmeyer ist Doktorand an der Professur für Betriebssysteme und Middleware am Hasso-Plattner-Institut in Potsdam. Er befasst sich mit der Didaktik des Faches Informatik, unterrichtet und betreut Studierende in allen Ebenen des Studiums und forscht im Bereich der Bahn-Digitalisierung und (Co-)Simulation. Er begeistert regelmäßig Schüler für die Informatik und freut sich immer, wenn er seine Faszination weitergeben kann.

Fischbeck, Philipp
Philipp Fischbeck kennt typische Hürden beim Lernen aus seiner Arbeit mit Jugendlichen in Schüler*innen-Workshops und mit Studierenden als Tutor und Dozent am Hasso-Plattner-Institut. Dort schloss er seine Promotion mit den Schwerpunkten Algorithmik und Graphentheorie ab. Er ist immer wieder begeistert, wenn sich schwierige Themen und Techniken nach etwas Einarbeitungszeit meistern lassen. Wer sich vom Spaß am Problemlösen und Rätseln anstecken lassen möchte, ist bei ihm richtig.

Neubert, Stefan
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.