Inhaltsverzeichnis. Einführende Bemerkungen 11. Das Fach Informatik 11 Zielsetzung der Vorlesung Grundbegriffe

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1 Inhaltsverzeichnis Einführende Bemerkungen 11 Das Fach Informatik 11 Zielsetzung der Vorlesung Grundbegriffe Information und Nachricht Information Nachricht Redundanz Sprache Der intuitive Sprachbegriff, Definitionen der Sprach-Begriffe Kommunikation und Speicherung Signale Darstellung von Zeichen und Zahlen Codierung von Zeichen Darstellung von Zahlen Rechner und Übersetzer Übungen 2. Funktionen und einfache funktionale Programme Elementare Programme mit Ausgabe Syntaxdiagramme Die Syntax von MS Die Semantik von MS Programmierstil-. Bezeichner, Layout und Kommentare Einige elementare Konstrukte Zahlen und symbolische Konstanten Verzweigungen, MS Struktogramme Funktionen, Eingabe Die Begriffe "Funktion" und "Parameter" Funktionen im Programm Vordefinierte elementare Datentypen Typ-Anpassung Variablen zur Aufnahme der Eingabe Robuste Programme

2 e b Inhalt 2.4 Rekursive Funktionen und Prozeduren Algorithmen Rekursive Funktionen Prozeduren Aufzählungstypen und Bereichstypen Die Türme von Hanoi EBNF, BNF Für wen werden Programme geschrieben? Übungen 3. Iterative Programme und Variablen Nachteile und Grenzen der funktional-rekursiven Darstellung Effektivität und Effizienz Definitionen und Spracherweiterungen für die Iteration Beispiel Anweisungen zur Iteration Konstrukte Syntax und Semantik Hinweise zum Programmierstil Gültigkeitsbereich und Lebensdauer Gültigkeitsbereich Lebensdauer Beispiele Terminologie Hinweise zum Programmierstil Marken und Sprünge Die Entstehung des modernen Rechners Sprünge in primitiven Sprachen Sprünge in PASCAL Kritik des GOTO Hinweise zum Gebrauch des GOTO Prozedurtypen Übungen Spezifikation und Verifikation von Programmen Vorbedingungen und Zusicherungen Notation, Definitionen Definition einiger Anweisungen Die leere Anweisung Die Wertzuweisung Die Sequenz Die Alternative und die bedingte Anweisung Beispiele zur Schwächsten Vorbedingung

3 Inhalt Die Verifikation eines iterativen Programms Verifikation einer Iteration mit der Schwächsten Vorbedingung Partielle und totale Korrektheit Der Schleifen-Rumpf als Variablen-Transformator Verifikation verschiedener Schleifen-Formen Beschreibung einer Schleife durch die Invariante Das Prinzip der Invariante Vor- und Nachteile der Schleifen-Invarianten, Anwendung Beispiele zur Verifikation iterativer Programme Zusammenfassung Übungen Komplexe Datentypen Mengen (Sets) Mengen in der Mathematik und in der Programmierung Darstellung und Manipulation von Mengen Ein Beispiel für Sets Der Typ BITSET Felder (Arrays) Idee und Zweck der Felder Syntax und Semantik Flexible Feldgrenzen bei Parametern Feldkonstanten und Strings Hinweise zur Anwendung Beispiel für Felder Verbünde (Records) Idee und Zweck der Verbünde Syntax und Semantik Das WITH-Statement Beispiel für Records Records mit Varianten Hinweise zu den Gültigkeitsbereichen Zeiger und dynamische Variablen Das Konzept der Speicherung auf der Halde Die Implementierung der Halde Analogie und Beispiel für Zeiger und dynamische Variablen Verkettete Listen Doppelte Verkettung Anwendungen dynamischer Variablen Probleme mit dynamischen Variablen Übungen 143

4 8 Inhalt 6. Datenkapselung und Abstrakte Datentypen Einleitung 6.2 Das Prinzip der separaten Übersetzung in MODULA Zerlegung eines Programms in mehrere Module Kapselung Das Prinzip der Kapselung Beispiel Kettenkapsel Kettenkapsel mit Navigationsoperationen Beispiel: Warteschlange Abstrakte Datentypen Einleitung Beispiel für einen Abstrakten Daten-Typ: Schlange Alternative Implementierung des ADTs Abstrakter Datentyp für große Zahlen ADT Komplex Dateien Das Prinzip der sequentiellen Datei Eigenschaften sequentieller Dateien Dateien in MODULA Beispiel für Dateien Übungen Suchalgorithmen Aufwandsabschätzung Motivation Beiträge verschiedener Operationen zur Rechenzeit Asymptotische Abschätzung Suche in Tabellen Lineares Suchen Binäres Suchen Aufwandsabschätzung Suche von Zeichenketten Naiver Algorithmus Der Such-Algorithmus von Knuth, Moms und Pratt Der Suchalgorithmus von Boyer und Moore Implementierungen Übungen

5 Inhalt 9 8. Sortieren Vorbemerkungen, Problemstellung Einfache Sortierverfahren Direktes Aussuchen (Straight Selection) Direktes Einfügen (Straight insertion) Binäres Einfügen Bubblesort Schnelle Sortierverfahren Shellsort Heapsort (J.W.J. Williams und R.W. Floyd, 1964) Quicksort (C.A.J. Hoare, 1962) Implementierung der gezeigten Sortierverfahren Aufwandsvergleich der Sortierverfahren Sortieren von Sequenzen Sortieren durch direktes Mischen Natürliches Mischen Mehrwege Mischen Übungen Hashing Perfektes Hashing Kollisionen, Wahl der Hash-Funktion Externe Kollisionsbehandlung Interne Kollisionsbehandlung Lineares Sondieren in Einerschritten Lineares Sondieren Quadratisches Sondieren Vergleich der Sondierverfahren Aufwandsabschätzung für Hash-Operationen Löschen in Hashtabellen Zwei Beispiele einer Tabellenkapsel Implementierung mit interner Kollisionsauflösung Implementierung mit externer Kollisionsauflösung Übungen 246

6 1Q Inhalt 10. Baumstrukturen Definitionen 10.2 Darstellung und Bearbeitung von Bäumen Binäre Suchbäume Suchen und Einfügen Löschen im Binärbaum Beispiel für Tabellenverwaltung mit binärem Suchbaum Ausgeglichene Bäume Vollständig ausgeglichene Bäume Höhenbalancierte Bäume Einfügen im AVL-Baum Löschen in AVL-Bäumen Übungen Literaturangaben Lösungshinweise zu Übungsaufgaben 275 Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Lösungen zu Kapitel Syntaxdiagramme für MODULA Stichwortverzeichnis (Index) 313 Ein Stichwortverzeichnis zu den Syntaxdiagrammen, bezogen auf die englischen Benennungen der syntaktischen Variablen, ist in das allgemeine Stichwortverzeichnis integriert.