Einführung in die Programmierung

Transkript

1 Einführung in die Programmierung Thomas R. Gross Department Informatik ETH Zürich

2 Der Plan für heute Vorlesung Links, Durchführung, Raum, usw Inhalt Bezug zum Informatikstudium an der ETH Praktische Aspekte Uebungen Computer(räume) Warum Programmieren lernen? 13

3 Diese Veranstaltung Vorlesungen Dienstag Freitag 8-10 Uebungen Dienstag oder Mittwoch 8-10 oder Mittwoch Nichtdiese Woche (mehrdazuspäter) 14

4 Diese Veranstaltung Bringen Sie Stift und Papier mit Wir werden versuchen in der Vorlesung Aufgaben zu lösen Sie sollten sich Notizen machen (dazu später mehr) Sie können einen Computer/Tablet/Smartphone mitbringen und für die Vorlesung verwenden Im D 28/E 12 keine Gespräche! Wenn Sie SMS/Omlet/Threema/WhatsApp/Messenger nutzen: Leise o.k. 15

5 Diese Veranstaltung Fragen (an den Dozenten) sind immer erlaubt und erwünscht Fragen Sie nicht die Nachbarin/den Nachbar Wie kann ichwissenwas Ihnen Schwierigkeiten macht (oder was Sie nicht lesen können)?? Auch off-line sind Fragen möglich Assistierende Forum -- abermit Ihrer student.ethz.ch Adresse! 16

6 Informationen Web Seiten der Gruppe (Laboratory for Software Technology) Im ETH Corporate Design nicht immer sofort online Manchmal auch garnicht erreichbar 17

7 Informationen Auf unserer Web Seite finden Sie Folien (wenn möglich vor dervorlesung aberkeine Garantie) Achtung: 1 Seite/Slide Drucken Sie 2, 4, 6 Seiten pro Blatt A4 Papier Besser: drucken Sie nicht In dervorlesung geschriebene Folien Vielleicht 24h-48h nach der Vorlesung Auf dem Videoportal der ETH finden Sie (demnächst) Aufzeichnung des übertragenen Videos Nur Hauptprojektor 18

8 Informationen Wir benutzen verschiedene Systeme, Ihnen Informationen (insbesondere Programmfragmente o. ä.) zukommen zu lassen. Daher müssen wir wissen wer Sie sind. 19

9 Wichtig: Bitte registrieren Sie sich in mystudies. Sonst können Sie keiner Uebungsgruppe zugeteilt werden, haben nicht Zugang zu Aufgaben, usw. 20

10 Wichtig: Bitte registrieren Sie sich in mystudies. Sonst können Sie keiner Uebungsgruppe zugeteilt werden, haben nicht Zugang zu Aufgaben, usw. Unbedingt bis morgen (Mittwoch, ) 12:00 Mittags! 21

11 Warum Programmieren lernen? 22

12 Warum Programmieren lernen? Was ist überhaupt Programmieren Programmieren Programm Programm: griechisch prógramma = schriftliche Bekanntmachung, Aufruf; Tagesordnung [Duden] Programmieren: Erstellen eines Programms 23

13 Programmierung Programming as universal activity by Vinton Cerf, CACM March 2016, vol 59(3) p 7 analyzing problems breaking them down into manageable parts finding solutions integrating the results 24

14 Programmierung Programming as universal activity by Vinton Cerf, CACM March 2016, vol 59(3) p 7 Probleme analysieren Probleme in (beherrschbare) Teilprobleme zerlegen Lösungen finden Ergebnisse zusammenfügen/kombinieren 25

15 Programmierung Lösungen finden: für andere Menschen Beschreiben wie eine Lösung aussehen soll Lösungen finden: für eine Maschine Anweisungen für eine Maschine/Computer 26

16 Programmierung Lösungen finden: für andere Menschen Beschreiben wie eine Lösung aussehen soll Lösungen finden: für eine Maschine Anweisungen für eine Maschine/Computer Beschreibung, Anweisung: in einer Sprache 27

17 Sprache Aufgabe 1 Bilden Sie (mit Ihrem Nachbarn/Ihrer Nachbarin) ein 2-Team. Auch3-Team möglich Nehmen Sie ein Blatt Papier (jeder) Im Team gibt es 2 Rollen Lotse: bestimmt Kurs (1) Pilot: folgt Kurs (beliebig viele) 28

18 Die Lotsin wird einen Kurs zeichnen und diesen der Pilotin beschreiben. Mündlich! Die Pilotin darf nicht das Blatt mit dem Kurs sehen Die Pilotin darf keine (Rück)Fragen stellen. Nur die Lotsin darf etwas sagen. Sie muss den Kurs so gut wie möglich beschreiben. 29

19 Lotsenaufgabe Zeichnen Sie ein einfaches 2-dimensionales Koordinatensystem mit Ursprung O Piloten machen das bitte auch. Zeichnen Sie einen Kurs von O nach P und der aus 2 Geraden besteht Beide Geraden müssen auf dem Blatt vollständig dargestellt werden und verbunden sein Beschreiben Sie den Kurs von O nach P ihrem Piloten. Vergleichen Sie die Position von P (Pilot) mit P (Lotse) 30

20 O P 31

21 Lotsenaufgabe Zeichnen Sie ein einfaches 2-dimensionales Koordinatensystem mit Ursprung O Piloten machen das bitte auch. Zeichnen Sie einen Kurs von O nach P und der aus 2 Geraden besteht Beide Geraden müssen auf dem Blatt vollständig dargestellt werden und verbunden sein Beschreiben Sie den Kurs von O nach P ihrem Piloten. Vergleichen Sie die Position von P (Pilot) mit P (Lotse) 32

22 Es ist (fast) unmöglich, als Lotse genug Informationen an den Piloten zu übermitteln Insbesondere da wir keine Rückfragen zugelassen haben 33

23 Sprache(n) Eine zweite Uebung. Nehmen Sie ein Blatt Papier (Rückseite ok) und einen Stift. Behalten Sie die Teams und Rollen bei. 34

24 Lotsenaufgabe 2 Zeichnen Sie ein einfaches 2-dimensionales Koordinatensystem mit Ursprung O mit einem Gitter (1 cm) Piloten machen das bitte auch. Zeichnen Sie einen Kurs von O nach P und der aus 2 Geraden besteht Nur Gitterpunkte sind als Endpunkte der Gerade zulässig Beschreiben Sie den Kurs von O nach P ihrem Piloten Vergleichen Sie die Position von P (Pilot) mit P (Lotse) 35

25 A D C B O -A -B -C -D 36

26 Diskussion 2. Aufgabe viel einfacher Kleine Einschränkung der Kurse (müssen auf einem Gitterpunkt enden) Genau(ere) Beschreibung möglich 37

27 Programmierung Aehnliche Situation wenn wir ein Programm schreiben das ein anderer liest (und verstehen soll) Mehr Einschränkungen (in der Sprache) machen die Kommunikation leichter. und erfordern mehr Aufwand bei der Entwicklung Eine Programmiersprache gibt uns vor, wie wir Lösung(en) eines Problems beschreiben können. 38

28 Programmiersprachen Diskutieren Sie mit ihrem Nachbarn/ihrer Nachbarin 1. Eine Programmiersprache sollte es möglichst einfach machen ein Programm zu schreiben 2. Eine Programmiersprache sollte es möglichst einfach machen, ein Programm zu lesen Was ist Ihre Meinung? 39

29 Einführung in die Programmierung MüsseneineProgrammiersprache verwenden 40

30 Einführung in die Programmierung MüsseneineProgrammiersprache verwenden Wir verwenden Java Industrial strength Sprache Viele Konzepte Nicht alle werden in Einf. in die Programmierung vorgestellt/verwendet diese werden auch nicht für die Prüfung erwartet Mehr Themen/Konzepte in weiteren Vorlesungen Brauchen eine Infrastruktur um zu programmieren 41

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32 Einstieg ins Programmieren Werden die erste Woche damit zubringen, die Umgebung für das Programmieren einzurichten Wiederverwendung für Ihr ganzes Studium.. und darüber hinaus Machen Sie dies damit Sie mitmachen können. WirbenutzenEclipse (späterdazumehr) 43

33 Umgebungen Windows Linux Mac OS X 44

34 Brauchen Sie einen Computer? Im Prinzip nein (Sie können die Systeme im CAB H56/57 benutzen) Irgendwann vielleicht schon Das Projekt Neptun bietet diverse Notebooks / Laptops zu günstigen Konditionen Fenster bis 2. Oktober Nächstes Fenster AnfangFrühjahrsemester 45

35 Weitere Informationen Viele Informationen auf dem Web Bücher werden im Lauf des Semesters vorgestellt 46

36 Programmieren Kann man Programmieren lernen? Oder gibt es Naturtalente (und der Rest kann zuschauen)? 47

37 Jede(r) kann programmieren lernen Zielder Vorlesung: Kompetenz Programmieren ist zentrales Thema der Informatik Aber nicht das einzige! Wichtig sind: Aufmerksamkeit Imagination, Phantasie Uebung 52

38 Uebungen Aufgabenblätter Selber lösen! 53

39 Zusammenhang Uebungen Prüfungserfolg Dank an R Meier & M Faes für die Graphik. (Session Herbst 16/17) 54

40 Uebungen Aufgabenblätter Selber lösen! Besprechungin Gruppen Teilnahme nicht verbindlich aber sehr empfohlen Es gibt selten nur eine Lösung Ueben Sie das Diskutieren und Vergleichen verschiedener Lösungen 55

41 Uebungen Sie können (ab 3. oder 4. Aufgabenblatt) Bonuspunkte für die Basisprüfung sammeln Bonuspunkte helfen die Note anzuheben Maximalnote auch ohne Bonus erreichbar Programmieren ist Teil der Basisprüfung Details später. 56

42 Uebungsgruppen Wir müssen wissen wer in der Vorlesung mitmacht und wie wir am besten helfen können Fragebogen für alle, die sich in mystudies registrieren. 57

43 Fragebogen 58

44 Fragebogen 59

45 Fragebogen Wirdheute aufgeschaltet Sehen Sie sich die Web Seite zur Vorlesung an. 60

46 Wenn Sie noch nie mit Computern arbeiteten und keinen eigenen haben: Der Computerraum CAB H56 ist fürdiese Veranstaltung reserviert Mittwoch (20.9.) 8:30 10:00 Dienstag (26.9.) 13:00 15:00 61

47 Wie kann man eine (Programmier)sprache beschreiben? Notation EBNF E Extended B Backus N Naur oder Normal F Form Beschreibt die Syntax einer Sprache Food for thought: Welche Sprachen kann man damit beschreiben? 62

48 Uebersicht Sie lernen die vier elementaren Ausdrucksmöglichkeiten in EBNF kennen Sie lernen EBNF Beschreibungen zu lesen und verstehen Sie lernen zu entscheiden ob ein Symbol legal ist (für eine EBNF Beschreibung). 64

49 EBNF Programmierung im ganz Kleinen Vier Elemente ( control forms ) die Sie in Java wiederfinden werden 65

50 EBNF Programmierung im ganz Kleinen Vier Elemente ( control forms ) die Sie in Java wiederfinden werden Aufreihung ( sequence ) Entscheidung oder Auswahl ( decision ) Wiederholung ( repetition ) Rekursion ( recursion ) 66

51 EBNF Beschreibungenhaben einennamen und diese Namen können wieder verwendet werden Um kompliziertere Beschreibungen zu erstellen Erstellen einer EBNF Beschreibung ßà Programmieren in Java Aehnliche Schritte EBNF eine formale Beschreibung Präzise und verständlich 67

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53 EBNF Regeln und Beschreibungen EBNF Beschreibung: eine Menge EBNF Regeln Menge: Reihenfolge unwichtig EBNF Regel LHS Hat 3 Bestandteile Linke-Seite (Left-Hand Side, LHS), Rechte-Seite (Right-Hand Side, RHS), trennt LHS von RHS, ausgesprochen ist definiert als LHS RHS Ein Wort (kursiv, kleingeschrieben) der Name der EBNF Regel 71

54 RHS Die Beschreibung für den Namen (d.h., der LHS) Kann enthalten Namen Buchstaben ( stellen den Buchstaben da, d.h. wir erwarten diesen Buchstaben und keinen anderen) Kombinationen der vier Kontrolelemente ( control forms ) (auf den nächsten Seiten mehr) 72

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57 Control forms (zum Kombinieren) Auswahl Eine Menge von Alternativen Reihenfolge unwichtig Durch (gesprochen senkrechter Strich) ( stroke ) getrennt Alternativen folgen den EBNF Regeln Auswahl Beispiel ta_initial ta1 ta2 ta1 Michael Faes ta2 Remi Meier 81