Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 3 von 411. Inhaltsverzeichnis

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1 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 3 von 411 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Geschäftsprozess-Gestaltung Grundbegriffe und konzepte...19 Organisationsformen a Business Reengineering Erfolgsfaktoren Schritte des Reengineerings Kriterien Vor- und Nachteile Fazit b Geschäftsprozess und Geschäftsprozess-Modellierung Basiselemente Einteilung Kernprozesse Supportprozesse Modellierung c Workflow und Workflow-Spezifikation Vor- und Nachteile Workflow-Typen Workflow-Management-Systeme d Gruppenarbeit und Workgroup-Computing Geschäftsprozess-Management Prozessabgrenzung Ableitung von Prozesskandidaten Kundenbedürfnisse Prozesstypen Beschreibung der Prozesskandidaten Auswahl der zu modellierenden Prozesse a Exkurs Vorgehensmodell nach PROMET Strategieanalyse Architekturplanung Prozessvision Leistungsanalyse Mikroprozessplanung... 55

2 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 4 von 411 Ablaufplanung Prozessführung Prozessmodellierung Ziele von Prozessmodellen Grundsätze der Prozessmodellierung Grundsatz der Richtigkeit Grundsatz der Relevanz Grundsatz der Wirtschaftlichkeit Grundsatz der Klarheit Grundsatz der Vergleichbarkeit Grundsatz des systematischen Aufbaus a Phasen der Prozessmodellierung Ist-Zustand Entwurf der Soll-Prozesse Bewertung der Soll-Prozesse Umsetzen der Sollmodelle b Sichten der Prozessmodellierung PROMET ARIS c Methoden der Prozessmodellierung Repository Prozessführung a Prozessziele und Führungsgrößen Kritische Erfolgsfaktoren Leistungsparameter Prozessziele Regelgrößen b Prozessleistungen, Prozesskosten und Qualitätssicherung Prozessleistungen Prozesskosten Qualitätssicherung Exkurs - Prozessmanagement Exkurs Prozessoptimierung Ansatz zur Modellierung von Geschäftsprozessen Erstellung von Geschäftsprozessmodellen Beispiel Seminarbewerbung Beispiel Literaturbeschaffung Beispiel Teilnahme an Ausschreibungen Erstellung sichtenspezifischer Modelle Erstellung eines Geschäftsprozess-Repository Exkurs BPM CBOK Datenorganisation

3 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 5 von Grundlagen der Datenorganisation a Informationen und Daten b Schlüssel c Informations- und Datenbanksysteme Dateiorganisation a Begriffe Speicherungsformen und Zugriffsmethoden Sequentielle Speicherung Index-sequentielle Speicherung Verkettete Speicherung Index-verkettete Speicherung Gestreute Speicherung Speicherung mit Bäumen Dateiorganisation mit invertierten Daten Suchen und Sortieren Suchen Sequentielle Suche Binäre Suche Weitere Suchverfahren Sortieren Sortieren durch Austausch Sortieren durch Einfügen Sortieren durch Verschmelzen Indirektes Sortieren Exkurs Vergleich von Sortieralgorithmen Dateiverwaltung a Dateiverwaltung durch Anwendungsprogramme b Dateiverwaltung mit Dateiverwaltungssystemen Datenbankorganisation Exkurs mathematisches Relationenkonzept Historie Datenbankkonzept Datenbankentwurf Datenmodellierung nach ANSI-SPARC Ermittlung der Informationsstruktur Modellierung der Datenstruktur Umsetzung in ein logisches Modell Realisierung des logischen Modells Lebenszyklus Nutzen- und Anforderungsanalyse Entwurf, Design

4 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 6 von 411 Implementierung und Test Einsatz, Wartung, Pflege Datenmodellierung Entity-Relationship-Modell Begriffe und Darstellung Beispiel Exkurs Datenbankentwurf mit UML Das relationale Datenbankmodell a Relationenmodell und Mutationsanomalien b Der Prozess der Normalisierung c Schreibweise Erweiterungen Überführung Exkurs andere Datenbankmodelle Hierarchisches Modell Netzwerkmodell Objektorientierte Datenbanken Dokumentorientierte Datenbanken NoSQL-Datenbanken Datenbankverwaltungssysteme Funktionen Benutzerklassen Einordnung und Aufbau Structured Query Language (SQL) a Datendefinition mit DDL b Datenmanipulation mit DML Sicherung der Datenkonsistenz Integrität Transaktionen Mehrbenutzerzugriff Systementwicklung Grundlagen der Systementwicklung Anwendungssysteme und Systementwicklung Anwendungssysteme Klassifikation Systementwicklung Make or buy Fehler in der Software-Entwicklung Software Life Cycle und Phasenmodelle Phasen der Softwareentwicklung Life Cycle Vorgehensmodelle

5 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 7 von Prinzipien, Methoden und Werkzeuge a Allgemeine Prinzipien Strukturierung und Abstraktion Modularität Information hiding Schnittstellen Nebenläufigkeit Ressourcen Aspektorientierung Re-Use Ästhetik Qualität b Allgemeine Methoden Top-Down Bottom-Up Trial and Error Hardest first Objektorientierter Entwurf Praxis c Werkzeuge und Unterstützung Paradigmen und Ansätze der Systementwicklung Historie Systemmodelle Programmierung und Programmiersprachen a Programmierung Algorithmen Strukturelemente Flussdiagramme Struktogramme Pseudocode b Programmiersprachen Klassifikation Sprachkonzepte Generationen c Übersetzung von Programmen Assembler Compiler Linker und Loader Interpreter Objektorientierter Entwicklungsansatz Grundkonzepte der Objektorientierung Objekte, Klassen, Attribute und Operationen Abstraktion

6 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 8 von 411 Klassen Objekte Kapselung und Geheimnisprinzip Botschaften Assoziationen Kardinalitäten Vererbung Objektorientierte Analyse Vorgehensweise Analyse im Großen Schritte zum statischen Modell Schritte zum dynamischen Modell Durchführung Beschreibungen von Anwendungsfällen Entwicklung des fachlichen Modells (OOA-Modell) Statisches Modell Dynamisches Modell Prototyp der Benutzungsoberfläche Prototypen Fenster Dialoge Dialogelemente Menüs GUI-Design Objektorientierter Entwurf Anwendungskategorien Desktop-Anwendungen Client-/Server-Anwendungen Web-Anwendungen Angepasste Standard-Software Mischformen Drei-Schichten-Architektur Entwurf der Fachkonzept-Schicht Entwurf der GUI-Schicht Anbindung Fachkonzept - GUI Entwurf der Datenhaltungs-Schicht Anbindung nach Typ Anbindung nach Zugriff Objektorientierte Implementierung Java Allgemeines BlueJ Virtuelle Maschinen

7 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 9 von 411 Java-Plattform Klassendefinition Operatoren Kommentare Variable Beispiel Anhang A - UML A.1 Grundsätzliches A.2 Begriffe der UML Artefakt Notiz, Anmerkung Szenario Einschränkung Classifier Stereotyp A.3 Diagramme A.3.1 Diagrammtypen A Strukturdiagramme A Paket-Diagramme A Klassen-Diagramme A Objekt-Diagramme A Kompositionsstruktur-Diagramme A Komponenten-Diagramme A Verteilungs-Diagramme A Verhaltensdiagramme Interaktionen A Use-Case-Diagramme A Aktivitäts-Diagramme A Zustandsautomaten A Kommunikations-Diagramme A Sequenz-Diagramme A Zeitverlaufs-Diagramme A Interaktionsübersicht-Diagramme A.4 Vorgangsweise bei der Modellierung A.4.1 Kontextabgrenzung A Datenflussdiagramm A Use-Case-Diagramm A Sequenzdiagramme A.4.2 Anwendungsfälle A Anwendungsfallschablonen A.4.3 Abläufe

8 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 10 von 411 A Aktivitätsdiagramme A Sequenzdiagramme A Zustandsdiagramme A.4.4 Nicht-funktionale Anforderungen Volere-Klassifikation FURPS Normen Anhang B - Prozessmodellierung B.1 EPK Elemente Regeln Verzweigungen/Konnektoren oepk Beispiel Urlaubsantrag B.2 IDEF B.3 SSA B.4 Datenflussmodelle B.5 Aufgabenketten-Diagramme B.6 Geschäftsprozessdiagramme B.7 Business Process Modeling Notation (BPMN) B.8 UML B.9 ARIS Sichten Organisationssicht Datensicht Funktionssicht Leistungssicht Steuerungssicht Wertschöpfungskettendiagramm Vorgangskettendiagramm Anhang C - SQL C.1 Allgemeines C.2 DDL Data Definition Language C.2.1 CREATE/DROP SCHEMA C.2.2 CREATE/ALTER/DROP TABLE C.3 DML Data Manipulation Language C.3.1 INSERT C.3.2 UPDATE

9 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 11 von 411 C.3.3 DELETE C.4 DRL Data Retrieval Language C.4.1 SELECT-Anweisung DISTINCT, AS LIKE, BETWEEN, IN JOIN Sortierung Gruppierung C.4.2 Unterabfragen C.4.3 Aggregatfunktionen COUNT MAX und MIN SUM AVG Beispiele C.5 DCL Data Control Language C.5.1 Transaktionen C.5.2 Zugriffskontrolle C.6 SQL-Datentypen C.6.1 String-Datentypen C.6.2 Numerische Datentypen C.6.3 Datums-/Zeitangaben C.6.4 NULL-Wert C.7 SQL-Ausdrücke C.7.1 Numerische Ausdrücke C.7.2 Stringausdrücke C.7.3 Datum-, Zeit- und Intervall-Ausdrücke C.7.4 Boolesche Ausdrücke Index Quellenverzeichnis

10 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 28 von 411 Basiselemente Basiselemente von Geschäftsprozessen sind: Objekte/Artefakte: Objekte durchlaufen einen Prozess und ändern Ihren Status durch Aktivitäten, die auf ihnen ausgeführt werden. Ein Objekt ist das zentrale Element eines Prozesses, da Prozesse durch sie erst ihre Existenzberechtigung erhalten und unterschieden werden. Aktivitäten/Schritte/Aufgaben: Aktivitäten sind Arbeitseinheiten, die innerhalb eines Prozesses ausgeführt werden. Die gleiche Aktivität kann in verschiedenen Prozessen und auf verschiedenen Objekten ausgeführt werden. Aktivitäten sollten demnach in wiederverwendbarer Form gestaltet werden. Ressourcen/Beteiligte: Ressourcen werden benötigt, um Aktivitäten ausführen zu können und verhalten sich entweder aktiv (wie z. B. personelle Ressourcen) oder passiv (wie z. B. Material). Ziele: Jeder Prozess und jede Aktivität wird gemäß der Erreichung eines bestimmten Ziels ausgeführt. Prozesse und Aktivitäten können entweder durch Standardisierung ihres Outputs (d. h. des Ziels) oder der Aktivitäten (d. h. der Arbeitsschritte) definiert werden. Ereignisse: Ereignisse verbinden ansonsten bezugslose Aktivitäten und Prozesse oder lösen Prozesse aus. Insbesondere sind Ereignisse dazu geeignet, das Verhalten externer Einflüsse zu beschreiben. Des Weiteren eignen sich Ereignisse auch zur Repräsentation von Prozessverzweigungsbedingungen. Einteilung Geschäftsprozesse können in primäre und sekundäre, d.h. unterstützende, Prozesse unterteilt werden. Sogenannte Kernprozesse erbringen die Hauptleistungen und verbrauchen die meisten Ressourcen. Sie gehören immer zu den primären Geschäftsprozessen und sind immer branchenspezifisch, sogar häufig auch unternehmensspezifisch. Unterstützende Prozesse auch Supportprozesse genannt - sind hingegen nicht wertschöpfend, aber für die Erbringung der Kernprozesse notwendig. Abbildung 8: Einteilung von Prozessen (1)

11 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 29 von 411 Die Unterteilung kann wie folgt charakterisiert werden: - Managementprozesse = Führungsprozesse arbeiten am Prozess - Geschäftsprozesse = Kernprozesse arbeiten im Prozess - Unterstützende Prozesse arbeiten für Prozesse Kernprozesse Kernprozesse sind Wertschöpfungsprozesse, die strategische Bedeutung haben und quer zu traditionellen Abteilungen liegen. Sie reichen von Schnittstellen zu Lieferanten bis zu Schnittstellen zu Kunden und geben Leistungen an die Umwelt ab. Unternehmen haben nur wenige Kernprozesse, die sich aus der Aufgabe und aus der Strategie ableiten. Kernprozesse müssen einen wahrnehmbaren Kundennutzen stiften, für den diese zu zahlen bereit sind. Sie müssen durch eine unternehmensspezifische Nutzung von Ressourcen einmalig sein und dürfen nicht durch andere Problemlösungen wie Outsourcing ersetzbar sein. Beispiele für branchenspezifische Kernprozesse sind: In Produktionsunternehmen: Innovationsplanung, Prozesse für Produktionsplanung und Produktionssteuerung In Versorgungsunternehmen: Tarifklassifizierung, Service-Management In Versicherungsunternehmen: Produktmanagement, Risikobeurteilung Supportprozesse Supportprozesse erfüllen unterstützende Aufgaben, damit Kernprozesse reibungslos ablaufen, haben allerdings keine strategische Bedeutung. Sie sind Kandidaten für Outsourcing, allerdings kann es sinnvoll sein, sie dennoch im Unternehmen abzuwickeln. Ein Beispiel ist die Instandhaltung komplexer Maschinen, welche Detailkenntnisse erfordert und deren Weitergabe sehr aufwendig sein kann. Andere typische Supportprozesse sind jene der Kostenrechnung oder der Materialwirtschaft. Supportprozesse sollten als eigenständige Module von Kernprozessen abgespalten und als eigenständige Leistung separiert werden. Dadurch werden Prozesse werden schlanker und es gibt weniger Ansprechpartner pro Prozess. Außerdem wird dadurch das Benchmarking von Supportprozessen und somit ein Vergleich mit externen Anbietern leicht möglich.

12 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 30 von 411 Modellierung Durch die Unterscheidung in Geschäftsprozess und Workflow (siehe 2.1.c Workflow und Workflow-Spezifikation) ist es notwendig, bei der Prozessmodellierung in verschiedene Modellierungsebenen zu differenzieren: Abbildung 9: Ebenenkonzept der Prozessmodellierung Geschäftsprozess- und Workflowmodellierung unterscheiden sich grob wie folgt: Geschäftsprozessmodellierung Workflow-Modellierung Fokus Betriebliche Systeme und Strukturen Informationssysteme und Anwendungen Ziele Analyse (Wirtschaftlichkeit) Realisierung Gestaltung (Dokumentation) Ausführung Optimierung (BPR, CPI) Optimierung der Performance Struktur Hierarchische Technische Modellhierarchie Detaillierungsstufen Tabelle 2: Vergleich von Geschäftsprozessmodellierung und Workflow-Modellierung In der Regel sind Geschäftsprozesse komplex und daher ohne IT-Unterstützung sowohl im Entwurf der Modelle als auch in der Durchführung kaum machbar. Durch einen Geschäftsprozess sind betroffen Daten, die durch den Prozess gelesen, erzeugt oder manipuliert werden Funktionen/Prozesse, die das Ergebnis des Prozesses erbringen Ereignisse, die den Prozess auslösen Oberflächen, über die sich der informationstechnisch gestaltete Prozess einem Benutzer präsentiert organisatorische Regelungen benötigte Ressourcen zur Prozessausführung

13 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 85 von b Prozessleistungen, Prozesskosten und Qualitätssicherung Prozessleistungen Eine Optimierung von Prozessen setzt auch eine Analyse der Prozessleistung voraus. Dafür müssen geeignete Kriterien und Kennzahlen herangezogen werden. Ein übergeordnetes Kriterium für die Leistung eines Geschäftsprozesses ist die Kundenzufriedenheit, wobei der Begriff des Kunden im Prozessmanagement sehr weit gefasst ist. Externe und interne Kunden werden hier ähnlich behandelt, denn auch bei den innerbetrieblichen Geschäftsprozessen entstehen Lieferanten-Kundenbeziehungen, welche für die Qualität einer Prozessleistung von großer Bedeutung sind. Weitere wichtige Parameter für die Beurteilung einer Prozessleistung sind die Qualität, die Durchlaufzeit, die Flexibilität und die Kosten eines Prozesses. Die Kriterien und Kennzahlen der Prozessleistung sind gleichzeitig Parameter für die Gestaltung von Prozessen. Prozessleistungen können beispielsweise wie folgt eingeteilt werden: Kategorie Beschreibung Beispiele Nutzleistung Leistung, die direkt in die Produkte und Marketing deren Eigenschaften fließt und bezweckt, Entwicklung die Kundenanforderungen zu erfüllen. Eine Konstruktion hohe Nutzleistung ist gleichbedeutend mit Produktion einer hohen Wertschöpfung Stützleistung Leistung, die nicht direkt in die Produkte Dokumentenverwaltung und deren Eigenschaften fließt, aber dazu Prüfverfahren beiträgt,, dass eine Nutzleistung erbracht Produktionsplanung werden kann Blindleistung Leistung ohne direkten oder indirekten Unnötige Mehrfacharbeit Beitrag zur Wertschöpfung oder Erfüllung Zwischenlagerung von Kundenanforderungen. Blindleistungen sind somit reine Kostenfaktoren, welche die Effizienz senken Produktionsausfall durch Materialmangel Fehlleistung Leistung, die der Erfüllung von Kundenanforderungen entgegenwirkt. Fehlleistungen führen dazu, dass Produkte fehlerhaft sind und zusätzliche Leistungen aufgewendet werden müssen, um die Fehler zu korrigieren Tabelle 8: Kategorien von Prozessleistungen Nicht-Erfüllung von Produktmerkmalen Fehlerhafte Datenerfassung

14 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 86 von 411 Abbildung 47: Ziele der Prozessgestaltung aus Sicht der Prozessleistungen In den meisten Fällen muss ein spezifisches Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Zielgrößen gefunden werden, da sich die Ziele zum Teil gegenseitig widersprechen. Als Beispiel könnte der Betreiber eines Call-Centers seine Mitarbeiter mit viel Aufwand schulen und dadurch die Anzahl der Geschäftsfälle erhöhen. Dies trägt tendenziell zu einer Steigerung der Kundenzufriedenheit bei, erhöht jedoch gleichzeitig die Personalkosten. An dieser Stelle sei erwähnt, dass zur Analyse von Prozessleistungen auch das sogenannte Prozess-Benchmarking eingesetzt werden kann. Dies zielt darauf ab, von anderen Organisationen, die als Vertreter von besonders guten Prozesspraktiken gelten, zu lernen. Benchmarking kann dabei intern (also als Vergleich von Organisationseinheiten des eigenen Unternehmens) oder extern (als Vergleich mit anderen Unternehmen) durchgeführt werden. Prozesskosten Zur Steuerung von Geschäftsprozessen ist es von großem Interesse zu wissen, für welche Prozessaktivitäten welche Kosten anfallen. Ist diese Information vorhanden, so kann die Prozessoptimierung dort ansetzen, wo die höchsten Kosten verursacht werden. Prozesskosten können nach Personalkosten Sachkosten und Infrastrukturkosten unterschieden werden. Personalkosten sind meist einfach zu ermitteln, da Arbeitsplätze und damit die Kosten für die sie ausfüllenden Mitarbeiter den einzelnen Prozessen und Sub-Prozessen direkt zugeordnet werden können.

15 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 87 von 411 Unter den Sachkosten sind unter dem Aspekt der Prozesskosten all jene Kosten zu verstehen, für die innerhalb eines Prozesses Geld ausgegeben wird. Ein Beispiel wäre der Zukauf von Werbematerial in einem Marketingprozess. Unter die Infrastrukturkosten fallen all jene Kosten, die zur Durchführung von Prozessen benötigt werden, beispielsweise spezielle Hard- und Software. Die klassische Kostenrechnung ordnet nur die Einzelkosten wie z.b. Lohn- und Materialkosten den betrieblichen Leistungen direkt zu, während die Gemeinkosten pauschal über einen Verteilungsschlüssel addiert werden. Im Gegensatz dazu nimmt die Prozesskostenrechnung für sich in Anspruch, die Gemeinkosten verursachergerechter den Produkten zuzuordnen. Sie unterstützt dabei auch das prozessuale Vorgehen, indem sie die Verbindung zwischen Prozessleistung, Ressourcenverbrauch und wirtschaftlichem Ergebnis herstellt. Abbildung 48: Vergleich einer klassischen Kalkulation versus einer Kalkulation mit Prozesskosten Qualitätssicherung Oft stehen Geschäftsprozessmanagement und Qualitätsmanagement in enger Beziehung vor allem, seitdem die Qualitätsmanagement-Normenreihe ISO 900x einen prozessorientierten Ansatz verlangt hat. Es macht daher Sinn, das Geschäftsprozessmanagement in Verbindung mit diesen oder gleichartigen Vorgaben zu gestalten. Die ISO 900x-Reihe besteht aus Der ISO 9000 (Grundlagen und Begriffe) Der ISO 9001 (Anforderungen an Qualitätsmanagementsysteme) Der ISO 9004 (Leiten und Lenken für den nachhaltigen Erfolg)

16 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 88 von 411 Vergleichbare Normen wie die Reihe ISO 140xx für Umweltmanagement-Systeme oder die ISO 310xx für Risikomanagement-Systeme verfolgen einen gleichartigen Ansatz und lassen sich daher gut miteinander verbinden, was in sogenannten integrierten Managementsystemen mündet. Die ISO 9001 hat folgende Kapitelstruktur: 4 Qualitätsmanagementsystem 4.1 Allgemeine Anforderungen 4.2 Dokumentationsanforderungen 5 Verantwortung der Leitung 5.1 Verpflichtung der Leitung 5.2 Kundenorientierung 5.3 Qualitätspolitik 5.4 Planung 5.5 Verantwortung, Befugnis und Kommunikation 5.6 Managementbewertung 6 Management von Ressourcen 6.1 Bereitstellung von Ressourcen 6.2 Personelle Ressourcen 6.3 Infrastruktur 6.4 Arbeitsumgebung 7 Produktrealisierung 7.1 Planung der Produktrealisierung 7.2 Kundenbezogene Prozesse 7.3 Entwicklung 7.4 Beschaffung 7.5 Produktion und Dienstleistungserbringung 7.6 Lenkung von Überwachungs- und Messmitteln 8 Messung, Analyse und Verbesserung 8.1 Allgemeines 8.2 Überwachung und Messung 8.3 Lenkung fehlerhafter Produkte 8.4 Datenanalyse 8.5 Verbesserung Tabelle 9: Kapitelstruktur der ISO 9001 Insbesondere das Kapitel 8 widmet sich hier dem Thema der kontinuierlichen Überprüfung und Verbesserung.

17 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 128 von 411 Sequentielle Suche Bei der linearen Suche auch sequentielle Suche genannt wird der Datenbestand von vorne nach hinten durchsucht, bis das gewünschte Element gefunden oder das Ende des Datenbestands erreicht ist. Das könnte mit folgendem Pseudo-Algorithmus dargestellt werden: #define NO_KEY -1 int seqsearch( liste, k ) { for i in range(len(liste) { if liste[i] == k: return i; return NO_KEY; } } Im besten Fall dauert die lineare Suche einen Durchlauf (wenn das gesucht Element am Anfang der Liste steht), im schlechtesten Fall n Durchläufe, wobei n die Länge der Liste ist. Im Mittel ergibt sich eine Laufzeit von n/2. Das gilt auch, wenn die Liste sortiert ist für solche Fälle gibt es jedoch besser geeignete Suchverfahren. Die lineare Suche wird allgemein dann verwendet, wenn über die Elemente in den zu durchsuchenden Daten nichts bekannt ist. Wie auch beim Sortieren erwähnt ist die lineare Suche bei kleinen Datenbeständen (n ~ 10) schneller als z.b. die binäre Suche, weshalb sich auch kombinierte Verfahren anbieten (also z.b. zunächst binär zu suchen und wenn nach einigen Suchschritten nur mehr etwa 10 Elemente übrigbleiben diese mit der linearen Suche zu durchsuchen). Binäre Suche Die binäre Suche setzt voraus, dass der vorliegende Datenbestand nach dem Suchkriterium sortiert ist. Für die interne Suche sind binäre Suchbäume besonders geeignet siehe dazu auch Speicherung mit Bäumen. Die Suche beginnt bei der Wurzel und wird solange durchgeführt, bis das Suchkriterium gefunden ist (oder auch nicht). Es erfolgt also eine fortlaufende Halbierung der Knotenmenge. Am Beispiel einer Telefonbuchsuche soll das dargestellt werden: Suche in Telefonbuch durch sukzessives Halbieren des Suchbereichs: - Schlage Telefonbuch in Mitte auf - Überprüfe, in welcher Hälfte sich der Eintrag befindet (halbiert Suchbereich) - Wiederhole mit dieser Hälfte, bis Seite gefunden Die Suchdauer beträgt somit - mit 1 Vergleich: 2 Einträge

18 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 129 von mit 2 Vergleichen: 4 Einträge - mit 3 Vergleichen: 8 Einträge - - mit k Vergleichen: 2 k Einträge Eine binäre Suche in einer Liste der Länge n benötigt somit höchstens (log 2 n) Vergleiche. Weitere Suchverfahren Hashing eignet sich gut als Verfahren für dynamisch veränderliche Mengen von Objekten mit effizienten Grundoperationen (sog. Wörterbuchoperationen) wie Suchen, Einfügen oder Löschen siehe dazu auch Gestreute Speicherung. Im Schnitt wird damit eine Suche eine konstante Zeit dauern. Abbildung 90: Vergleich der durchschnittlichen Suchdauer Bei der exponentiellen Suche wird das Datenfeld nicht linear, sondern exponentiell aufgeteilt, so dass die rechte Grenze eines Datenfeldes schneller bestimmt werden kann. Ist diese gefunden, wird im so abgegrenzten Bereich binär weitergesucht: r = 1 while A[r] < k: r *= 2 binsearch( A, k, r/2, r ) Dieses Verfahren eignet sich gut für große Datenbestände. Beim Interpolation search wird die Position des Datensatzes geschätzt. In Analogie zu einem Telefonbuch würden wir dieses bei der Suche nach Bauer weiter vorn aufschlagen, bei der Suche nach Meier etwa in der Mitte oder bei der Suche nach Wallner weiter hinten.

19 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 130 von Sortieren Das Sortieren von Datenbeständen ist neben dem Suchen von Datenobjekten eine der am häufigsten benötigten Aufgaben in jeder Software. Die ersten, auf Rechnern auszuführenden Sortieralgorithmen wurden bereits 1945 von John von Neumann entwickelt. Er verwendete dabei das von ihm erfundene Mischsortierverfahren (engl.: merge sort). Die algorithmische Umsetzung von Sortierverfahren und deren Laufzeitverbesserung sind Gegenstand intensiver Bemühungen seit den Anfängen der Informatik. Im Laufe der Zeit wurden eine Vielzahl an Verfahren entwickelt, die sich durch deren Eigenschaften insbesondere der Effizienz unterscheiden. Sortieren durch Austausch Eine Familie besonders einfacher Sortierverfahren beruht auf der Idee, solange systematisch benachbarte Elemente miteinander zu vergleichen und bei Bedarf zu vertauschen, bis der Datenbestand sortiert ist. Da das Vertauschen benachbarter Elemente die zentrale Operation dieses Verfahrens ist, nennt man es Austauschsortieren (engl.: exchange sort). Austauschsortieren ist zwar teils ineffizient, jedoch wohl die elementarste Methode, Artefakte in eine bestimmte Ordnung zu bringen. Wenn beispielsweise ein Zahlenfeld in eine aufsteigende Ordnung gebracht werden soll, so beginnt man damit, dass die Felder von Beginn zum Ende hin durchwandert werden und dabei falls erforderlich durch paarweise Vertauschung der Elemente das größere Element an das Ende wandern lässt. Danach wiederholt man den Vorgang für das um ein Element verkürzte Feld. Die beiden gängigsten Verfahren, welche diesen Ansatz verfolgen, sind Bubblesort und Quicksort. Bubblesort Bei Bubblesort werden jeweils zwei benachbarte Felder konkret deren Schlüssel miteinander verglichen. Bei jedem Durchlauf also der Abarbeitung des gesamten Datenbestandes beginnt der Sortieralgorithmus am Anfang oder am Ende der Schlüsselfolge und vergleicht jeden Schlüssel mit seinem Nachfolger oder Vorgänger und vertauscht diese gegebenenfalls. Nach dem ersten Durchlauf ist der größte bzw. kleinste Schlüssel am Ende bzw. am Anfang des teilsortierten Datenbestandes. Nach dem zweiten Durchlauf wird der zweitgrößte bzw. zweitkleinste Schlüssel in seine Position gebracht usw. Dieser Algorithmus terminiert somit nach spätestens (n-1) Durchläufen, wobei n = Anzahl der Felder im Datenbestand ist. Häufig sind jedoch weniger Durchläufe notwendig, da durch das Vertauschen oft auch schon andere Schlüssel in der richtigen Reihenfolge vorliegen.

20 Grundzüge Wirtschaftsinformatik KE 2 Ausgabe Seite 131 von 411 Der Sortieraufwand ist somit am größten, wenn die Schlüssel in dem unsortierten Feld in umgekehrter Reihenfolge vorliegen dann sind 1 2 n 1 Vergleiche notwendig. Die Laufzeit hängt somit auch im Mittel 2 quadratisch von der 4 Feldanzahl ab. Quicksort Ein schnelleres und häufig eingesetztes Sortierverfahren für lineare Felder ist Quicksort. Die Idee beruht auf dem Teile-und-Herrsche-Prinzip (engl.: divide and conquer), wobei eine Aufgabenstellung in kleinere Teile zerlegt und rekursiv aufgelöst wird: 1. Teile: man teilt die Aufgabenstellung in mehrere Teilaufgaben von fast gleicher Größe (Aufteilungsphase) 2. Herrsche: man löst die sich ergebenen Teilaufgaben unabhängig voneinander 3. Verbinde: man legt die Lösungen der Teilaufgaben in eine Lösung für das ursprüngliche Problem zusammen (Verschmelzungsphase) Der Quicksort-Algorithmus zerlegt den Ausgangsdatenbestand so in zwei Teilfelder bezüglich eines Schlüssels s, dass alle Schlüssel im linken Teilfeld kleiner als s und im rechten Teilfeld größer als s sind. Die Teilfelder werden durch rekursive Anwendung von Quicksort wiederum zerlegt und so sortiert. Idealerweise wird der Ausgangswert s so ausgewählt, dass zu Beginn zwei möglichst gleichgroße Teilfelder entstehen. Eine andere Möglichkeit ist es, einen Zufallswert für die Teilung auszuwählen, womit eine gute durchschnittliche Performance erreicht wird. Um weitere Optimierungen zu erreichen, kann Quicksort auch mit anderen Verfahren kombiniert werden. Beispielsweise schneidet Quicksort bei Datenmengen n < 10 meist schlechter ab als andere Verfahren dieser Nachteil kann wettgemacht werden, indem Teilfelder mit weniger als zehn Elementen nicht mehr weiter unterteilt, sondern mit Sortieren durch Einfügen in die gewünschte Reihenfolge gebracht werden. Als Pseudocode geschrieben könnte Quicksort wie folgt dargestellt werden: Sortiere(Liste, von, bis): wenn bis > von: partitioniere die Liste um das Pivot-Element (bei Index p) herum Sortiere(Liste,von,p-1) Sortiere(Liste,p+1,bis)

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