Einführung in die imperative Programmierung an der FernUniversität in Hagen

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Informatik

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Anweisung des Algorithmus

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Ausführung des Algorithmus
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Programmiersprache

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Geschwindigkeit

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Speicherfähigkeit

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Speicheradresse
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Zuverlässigkeit

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Universalität

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Was ist die "Problembeschreibung"?

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Was ist eine "Problemspezifikation"?
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Was ist ein Algorithmus?

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Einführung in die imperative Programmierung

Informatik
Informatik ist die Wissenschaft von der system atischen Verarbeitung von Informa- tionen mit Hilfe von Computern.

Einführung in die imperative Programmierung

Anweisung des Algorithmus
EineAnweisung des Algorithmus ist dann beim Kuchenbacken z.B. „„3 Eier schaumigschlagen““, beim Kleidernähen z.B. das Anfertigen einer Naht und bei der Installa-tion der Hifi-Anlage z.B. das Anschließen des CD-Spielers an denVerstärker überein Kabel, das in die entsprechenden Gerätebuchsen gesteckt wird

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Ausführung des Algorithmus
Die Durchfüh-rung des Backvorganges gemäß vorliegendem Rezept, das Anfertigen einesKleides gemäß Schnittmuster und das Installieren einer Hifi-Anlage der Bedie-nungsanleitung folgend sind dann jeweils eine Ausführung des Algorithmus.InformatikComputerAlgorithmusBeschreibung des AlgorithmusAnweisung des AlgorithmusAusführung des

Einführung in die imperative Programmierung

Programmiersprache
Der Computer ist eine Maschine, die Algorithmen ausführt. Dazu müssen die Algo-rithmen in einer Sprache abgefasst werden, die der Computer „„versteht““. Eine sol-che Sprache nennen wir Programmiersprache und einen in dieser Spracheverfassten Algorithmus Programm.

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Geschwindigkeit
Ein moderner Computer kann in einer Sekunde Milliarden von Operationenausführen. Obwohl diese Operationen sehr einfach sind, führt die hoheDurchführungsgeschwindigkeit dazu, dass selbst komplexe Algorithmen miteiner großen Anzahl von auszuführenden Operationen im Allgemeinen sehrschnell abgearbeitet werden können.Allerdings bleiben trotz der hohen Computergeschwindigkeit Probleme, de-ren Lösungsalgorithmen zu viele Operationsausführungen erfordern, umpraktisch durchführbar zu sein. Als Beispiel sei eine Gewinnstrategie beimSchachspielen genannt, die auf der Durchmusterung aller möglichen Spiel-kombinationen bei jedem Zug beruht.

Einführung in die imperative Programmierung

Speicherfähigkeit
Ein weiteres Hauptmerkmal des Computers ist seine Fähigkeit, große Daten-mengen zu speichern, auf die er sehr schnell zugreifen kann. Speicherkapazi-tät und Zugriffsgeschwindigkeit auf einzelne Speicherpositionen variierendabei stark in Abhängigkeit vom Speichermedium. Einige Speichermedienkönnen mehrere Milliarden Dateneinheiten speichern, auf die zum Teil in we-niger als 10 Nanosekunden zugegriffen werden kann (eine Nanosekunde istein Milliardstel einer Sekunde).

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Speicheradresse
Allerdings sind Speicher so organisiert, dass auf eine Dateneinheit nur dannzugegriffen werden kann, wenn ihre Position (Adresse) im Speicher bekanntist. Die Speicheradresse festzustellen, unter der die Dateneinheit abgelegt ist,bedeutet u.U. einen erheblichen Aufwand, der sich in der Ausführungszeit desAlgorithmus niederschlagen kann.

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Zuverlässigkeit
Entgegen vieler populärer Behauptungen machen Computer selbst sehr seltenFehler. Zwar kann ein elektronischer Fehler einen Computer veranlassen, einProgramm unkorrekt auszuführen, aber die Wahrscheinlichkeit hierfür ist ge-ring und normalerweise werden solche Fehlfunktionen sofort aufgedeckt.

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Universalität
Der sicherlich größte Vorzug des Computers besteht in seiner Universalität.Die entscheidende Idee, nicht nur Daten sondern auch das Programm im sel-ben Speicher abzulegen, wird John von Neumann zugeschrieben, der sie imJahr 1945 gehabt hat. Dadurch kann ein Programm ebenso leicht wie ge-wöhnliche Daten geändert oder ausgetauscht werden. Diese Universalität,also die Fähigkeit, die verschiedensten Probleme ohne technische Umrüstung,sondern lediglich durch Einspeichern geeigneter Programme zu lösen, ist derwichtigste Grund für die enorme Vielseitigkeit und hohe Verbreitung desComputers.Jeder Computer kann damit potentiell alle Probleme lösen, für die ein Algo-rithmus existiert. Praktisch sind allerdings der Universalität Grenzen gesetzt.So kann der Programmtext so viele Anweisungen umfassen, dass dieser nichtmehr in den Speicher passt, und/oder seine Ausführung zu zeitintensiv sein.Letzteres ist beispielsweise etwa dann der Fall, wenn das Ergebnis erst dannfeststeht, wenn es bereits bedeutungslos ist. Außerdem gibt es Probleme, fürderen Lösung nachweislich überhaupt kein Algorithmus existiert. Diese Pro-bleme werden Ihnen in den Kursen der Theoretischen Informatik wiederbe-gegnen.

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Was ist die "Problembeschreibung"?
Die Problembeschreibung stellt einen erste Schritt der Bearbeitung einer Aufgabe dar. - häufig unpräzise - mehrdeutig - unvollständig

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Was ist eine "Problemspezifikation"?
Eine präzise, eindeutige und formalisierte Problembeschreibung. Enthält häufig schon Formeln, die für den Algorithmus wichtig sind. Beispiel für eine mögliche Form: Eingabe: Vorbedingung: Ausgabe: Nachbedingung:

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Was ist ein Algorithmus?
Eine Problemspezifikation die durch das eigentliche Verfahren z.B. Formel, Schleifen etc. ergänzt wurde. Definition: Ein Algorithmus ist eine Menge von Regeln für ein Verfahren, um aus gewissen Eingabegrößen bestimmte Ausgabegrößen herzuleiten, wobei die folgende Bedingungen erfüllt sein müssen: - Finitheit der Beschreibng - in endlichen Schritten - Effektivität: Jeder Schritt der Beschreibung muss ausführbar sein - Terminierung: Verfahren muss in endlich vielen Schritte zu einem Ergebnis kommen - Determiniertheit: Der Ablauf des Verfahrens ist zu jedem Punkt fest vorgeschrieben.

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