Band 1-3 [Set Grundlagen Der Informatik, Vol 1-3]

Sonderausgabe des Gesamtwerks (Bd. 1-3)

Der erste Band der Informatik erklart die grundlegenden Konzepte: Programmierung, Algorithmen und Datenstrukturen. Nach einer Einfuhrung zum Aufbau von Rechnersystemen und zur Darstellung von Informationen folgt ein Einstieg in die Programmierung mit der Sprache Python. Dabei werden grundsatzliche Prinzipien von Programmiersprachen erlautert, darunter Schleifen, Rekursion, imperative, funktionale und objektorientierte Programmierkonzepte. Einige konkrete Projekte werden in Python realisiert, so etwa zur Datenbeschaffung im Internet und deren Aufbereitung oder zum Umgang mit diversen Sensoren und zur Steuerung externer Gerate mit dem Raspberry-Pi. Dem Objektorientierten Programmieren und insbesondere der Programmiersprache Java ist ein eigenes Kapitel gewidmet. Diese Sprache und ihre Infrastruktur unterstutzen besonders die professionelle Entwicklung groer Projekte. Auch die neuesten Konzepte von Java (Lambdas, Strome und Funktionale) werden anschaulich erlautert. Das letzte Kapitel behandelt klassische Algorithmen und Datenstrukturen: Such- und Sortieralgorithmen, Listen, Baume, Graphen, Maps, und diverse andere Datentypen zum effi zienten Speichern, Wiederauffi nden und Transformieren von Daten. Diese werden mit ihren Vor- und Nachteilen und anhand von Java-Programmen dargestellt.

Der zweite Band ist technischen Themen gewidmet - insbesondere der Rechnerarchitektur, Betriebssystemen, Rechnernetzen und speziell dem Internet. Das Ziel des ersten Kapitels ist es, ein grundsatzliches Verstandnis fur den Aufbau eines Computers zu vermitteln, angefangen bei den Transistoren, den damit realisierten logischen Schaltkreisen, den Speichergliedern bis zur CPU, dem „Herz" des Computers, und den Maschinenprogrammen, die diese Technik zum Leben erwecken. Im folgenden Kapitel werden die grundsatzlichen Aufgaben von Betriebssystemen erlautert. Rechner sind heute fast immer mit einem Netzwerk verbunden. Das Konzept einer dezentralen Rechnerversorgung mit Servern, die die Rolle eines zentralen Datei-Verwalters ubernehmen wird im dritten Kapitel behandelt. Ein nachster naheliegender Schritt besteht darin, verschiedene Netze untereinander zu verbinden. So entstand auch das Internet: dieses Thema wird im vierten und letzten Kapitel dieses Buches ausfuhrlich behandelt. Grundlage der Kommunikation im Internet sind die TCP/IP Protokolle. Auf diesen baut das WorldWideWeb auf, das die Infrastruktur fur das heutige Internet mit seinen vielfaltigen Diensten wie z. B. EMail, ftp, Internet Telephonie, etc. bereitstellt. Die Grundlagen der Gestaltung und Programmierung von Web Dokumenten mit HTML5 und JavaScript sowie die universelle Datenaustauschsprache XML und deren Moglichkeiten sind ein wichtiger Teil dieses Kapitels, das mit einem kurzen Abriss sozialer Netzwerke endet.

Der dritte und letzte Band der Buchreihe Informatik ist der Theoretischen Informatik gewidmet. Nach einer allgemeinen Diskussion formaler Sprachen, deren Beschreibungen und Grenzfallen der Erkennbarkeit werden die regularen Sprachen behandelt, welche in der lexikalischen Definition von Programmiersprachen ihre wichtigste Anwendung finden sowie die kontextfreien Sprachen, mit denen man die Syntax von Programmiersprachen definiert. Aus theoretischer Sicht befriedigend ist die eindeutige Entsprechung zwischen Sprachbeschreibung und Spracherkennung - den regularen Sprachen entsprechen die endlichen Automaten und den kontextfreien Sprachen die Stackmaschinen. Weitere Stufen der Chomsky-Hierarchie werden nur kurz behandelt, da sie in der Praxis von geringerer Bedeutung sind. Stattdessen zeigt ein eigenes Kapitel zum Thema Compilerbau weitere Techniken auf, die aus einer Sprachbeschreibung einen Parser, also das komplette »front-end« eines Compilers, entstehen lassen. Der Begriff des »Algorithmus« wird anhand verschiedener Maschinenmodelle erklart und bestatigt wird auch die Churchsche These, dass jede vernunftige Defi nition von »Berechenbarkeit« auf die gleiche Klasse von Funktionen fuhrt. Die Grenzen des algorithmisch Machbaren werden anhand des Halteproblems und des Satzes von Rice klar abgesteckt. Das abschlieende Kapitel zur Komplexitatstheorie erkundet unter den losbaren Problemen die Grenze zwischen denen, die mit einem vertretbaren (polynomiellen) Aufwand losbar sind und solchen, deren Losung nicht wesentlich effi zienter ist, als ein systematisches Ausprobieren von Losungskandidaten. Dieses Kapitel fuhrt den Leser zu dem bekanntesten noch ungelosten Problem der Theoretischen Informatik: P = NP?

Das Buch richtet sich an alle Einsteiger, die sich ernsthaft mit Informatik beschaftigen wollen, sei es zum Selbststudium oder zur Begleitung von Vorlesungen.