Zum Buch Hinweise Handhabung des Buchs Website In eigener Sache... 19

Transkript

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2 Vorwort 13 Zum Buch Hinweise Handhabung des Buchs Website In eigener Sache Einleitung 21 Teil I Algorithmen und Datenstrukturen Grundlagen 25 Kapitel 1 Grundbegriffe und elementare Konzepte Beispiele für Algorithmen Ein erster Blick auf den Arbeitsgegenstand Algorithmus: Begriff und Eigenschaften Begriff Eigenschaften Elementare Bestandteile von Algorithmen Datenobjekte und ihre Datentypen Aktionen (auch Anweisungen genannt) Algorithmen mit ihren Schnittstellen Algorithmen: Deklaration und Aufruf Funktionsalgorithmen Geräteschnittstellen Algorithmen und ihre Schnittstellen Zusammenfassung Zur Spezifikationsproblematik von Algorithmen Darstellungsformen für Algorithmen Grafische Darstellungsformen für Algorithmen Text-basierte Darstellungsformen für Algorithmen Zusammenfassung der Darstellungsformen Algorithmen und Programme Vom Algorithmus zum Programm Möglichkeiten für die Ausführung eines Programms Unterschiede zwischen Algorithmus und Programm Zusammenfassung Aufgaben

3 Kapitel 2 Struktur und systematischer Entwurf von Algorithmen Grundlegende Konstrukte zur Gestaltung der Struktur von Algorithmen Unbeschränkte Ablaufstruktur und Konsequenzen Beschränkte Ablaufstrukturen: D-Diagrammkonstrukte Transformation unbeschränkter Ablaufstrukturen in D-Diagramme Transformation nach Knuth Transformation nach Oulsnam Erweiterte D-Diagrammkonstrukte Strukturkomplexität von Algorithmen und strukturierte Programmierung Umfangsmetriken Metriken nach Halstead Strukturmetriken nach McCabe Strukturierte Programmierung Systematischer Entwurf von Algorithmen: Prinzip und Vorgehensmodell Schrittweise Verfeinerung oder Top-down-Entwurf Anwendung des Prinzips der schrittweisen Verfeinerung Ein Vorgehensmodell für den Entwurf von Algorithmen Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 3 Grundkonzepte zur Modellierung von Datenobjekten Atomare Datenobjekte und -typen Strukturierte Datenobjekte und -typen Felder Verbunde Gegenüberstellung und Kombination von Feldern und Verbunden Vernetzte oder dynamische Datenobjekte und -typen Zeiger und Zeigerdatentypen Allokieren und Freigeben von Speicher Verkettete Listen Von Feldern zu verketteten Listen Einfach-verkettete Listen Doppelt-verkettete Listen Bäume, Binärbäume und binäre Suchbäume Bäume Binärbäume Binäre Suchbäume Datenkapselung und abstrakte Datenstrukturen Kellerspeicher (stack) als abstrakte Datenstruktur Abstrakte Datentypen Warteschlange (queue) als abstrakter Datentyp Zusammenfassung Aufgaben

4 Kapitel 4 Rekursive Algorithmen Begriff Rekursion und Standardbeispiele Fakultätsberechnung Bildung der Fibonacci-Zahlen Ackermann-Funktion Primzahlentest Ausführung und Terminierung rekursiver Algorithmen Vorgehen beim Entwurf rekursiver Algorithmen Rekursion und Iteration Verwandtschaft von Rekursion und Iteration Entrekursivierung: Von Rekursion zu Iteration Rekursivierung: Von Iteration zu Rekursion Rekursive Algorithmen auf rekursiven Datenstrukturen Rekursive Algorithmen auf verketteten Listen Rekursive Algorithmen auf binären (Such-)Bäumen Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 5 Laufzeitkomplexität von Algorithmen Komplexität von Algorithmen: Begriffe und Abgrenzung Laufzeitmessung und Programmprofil Feinanalyse und Laufzeitberechnung Grobanalyse Asymptotische Laufzeitkomplexität und O-Notation Zusammenfassung Aufgaben Teil II Elementare Algorithmen für Standardaufgaben eine Auswahl 263 Kapitel 6 Suchalgorithmen Anwendungsgebiete und Anforderungen Sequenzielle Suche Sequenzielle Suche in Feldern Sequenzielle Suche in verketteten Listen Sequenzielle Suche in Binärbäumen Sequenzielle Suche in beliebigen Behältern mittels Iteratoren Laufzeitkomplexität der sequenziellen Suche Binäre Suche Binäre Suche in sortierten Feldern Binäre Suche in binären Suchbäumen Laufzeitkomplexität der binären Suche

5 6.4 Hashing-basierte Suche Grundprinzip des Hashing Hash-Funktionen und Kollisionen Kollisionsbehandlung durch Verkettung Kollisionsbehandlung durch offene Adressierung Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 7 Sortieralgorithmen Anwendungsgebiete und Anforderungen Auswahlsortieren Einfügesortieren Shell-Sortieren Austauschsortieren (Bubblesort) und Combsort Quicksort Heap-Datenstruktur und Heap-Sortieren Heap-Datenstruktur Heap-Sortieren Weitere Sortierverfahren Problemkomplexität Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 8 Algorithmen zur Erzeugung von Zufallszahlen Anwendungsgebiete, Begriffe und Anforderungen Algorithmen mit Gedächtnis Methoden zur Erzeugung von Zufallszahlenfolgen Methoden zur Periodenverlängerung Abgeleitete Generatoren Tests zur Prüfung der Güte von Zufallszahlenfolgen Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 9 Exhaustionsalgorithmen Acht- bzw. n-damen-problem Allgemeine Problemformulierung und grundlegender Lösungsansatz Varianten von Backtracking-Aufgaben und -Lösungen Standardproblemstellungen und heuristische Algorithmen Zusammenfassung Aufgaben

6 Kapitel 10 Algorithmen auf Zeichenketten Repräsentation von und elementare Operationen auf Zeichenketten Problem der Mustersuche in Zeichenketten (Pattern Matching) Elementare Mustersuch-Verfahren Mustersuch-Verfahren nach Knuth, Morris und Pratt Mustersuch-Verfahren nach Boyer und Moore Mustersuch-Verfahren nach Rabin und Karp Ausblick: Echte Muster, reguläre Ausdrücke und endliche Automaten Zusammenfassung Aufgaben Teil III Elementare Programmierparadigmen 431 Kapitel 11 Aufgaben- und modulorientierte Programmierung Entwurf und Eigenschaften aufgabenorientierter Systemarchitekturen Beispiel zur Vorgehensweise bei aufgabenorientierter Systementwicklung Modulkonstrukt Begriff und Eigenschaften Anwendung des Modulkonstrukts Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 12 Daten- und transformationsorientierte Programmierung Lösungsansatz für und Aufbau von datenorientierten Systemarchitekturen Grammatiken zur Beschreibung der syntaktischen Struktur von Datenströmen Konstruktion der Analysatorkomponenten Attributierte Grammatiken zur Beschreibung von Transformationsprozessen Algorithmische Interpretation attributierter Grammatiken Einsatz von Compiler-Generatoren Vorgehensweise zur systematischen Entwicklung datenorientierter Programmsysteme Zusammenfassung Aufgaben Kapitel 13 Objektorientierte Programmierung Ziel der objektorientierten Programmierung Objekte und Klassen Vererbung Polymorphismus, Klassengarantie und -test

7 13.5 Statische und dynamische Bindung Abstrakte Klassen, abstrakte Methoden und Klassenbibliotheken Systematischer Entwurf objektorientierter Systemarchitekturen Zusammenfassung Aufgaben Literaturverzeichnis 537 Namensregister 547 Register