Algortihmen & Datenstrukturen an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Karteikarten und Zusammenfassungen für Algortihmen & Datenstrukturen an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

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Was ist Backtracking?

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Was ist ein Quad tree und wofür wird es verwendet


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Vor- und Nachteile vom Quicksort


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Was ist Semaphoren ?

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Unterschied von balancierten und unbalancierten Bäumen



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Erklären Sie bitte von Queue verschiedene Typen und geben jeweils einen Anwendungsfall aus der Informatik und einen "aus dem echten Leben" an.



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Was ist eine Queue in der Informatik?

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Warum spricht man im Komprimierverfahren  png und jpeg von "Entropie"?  Erklären Sie dies anhand von Huffman Coding

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Nenne den Vor- und Nachteil einer doppelt verketteten Liste gegenüber einer einfach verketteten Liste.

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Komprimierverfahren  PNG- und JPEG-Formaten zur Darstellung von Bildern im Computer

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Was ist algorithmische Komplexität

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Algortihmen & Datenstrukturen

Was ist Backtracking?

1. Definitionsmöglichkeit

Backtracking (Rückverfolgung) ist eine allgemeine algorithmische Technik, die die Suche nach jeder möglichen Kombination berücksichtigt, um ein Optimierungsproblem zu lösen. Backtracking wird auch als Tiefensuche oder Verzweigen und Binden bezeichnet.


2. Definitionsmöglichkeit

Ein Backtracking - Algorithmus gehört zur Gruppe der trial-and-error-Verfahren (versuchen und nachprüfen). Es wird

versucht, eine Teillösung systematisch zu einer Gesamtlösung auszubauen. Es werden alle möglichen Lösungswege untersucht.

Falls zwischendurch ein weiterer Ausbau einer Teillösung nicht mehr möglich ist (Sackgasse), werden Teilschritte rückgängig

gemacht. Die reduzierte Teillösung wird versucht, auf anderem Wege wieder auszubauen. Diese Wiederholung erfolgt, bis eine

Lösung gefunden wurde, oder erkannt wird, daß keine Lösung existiert. Typisch für Backtracking ist das Laufen in Sackgassen

und wieder herausfinden. 


Zurückgeführt wird das Verfahren auf Walker (1958). Es sollte dann angewandt werden, wenn kein besseres Verfahren zur
Lösung bekannt ist, als alle Kandidaten systematisch zu prüfen. 

Algortihmen & Datenstrukturen

Was ist ein Quad tree und wofür wird es verwendet


Ein Quadtree ist in der Informatik eine Baumstruktur, in der jeder innere Knoten genau vier Kindknoten hat.

Anwendungsbereiche: Komprimierung von Rasterbildern, Bildverarbeitung und Computergrafik 

Algortihmen & Datenstrukturen

Erkläre den Vorgang Suchen in einer verketteten Liste.

Suchen

Bei der Suche innerhalb einer einfach verketteten Liste, muss jedes einzelne Element nacheinander durchlaufen werden, bis das tatsächlich gesuchte Objekt gefunden wird, oder wir bereits am Ende der Liste angekommen sind. Entsprechend zeigt die Laufzeitkomplexität ein langsames Ergebnis von O(n)  auf.

Algortihmen & Datenstrukturen

Vor- und Nachteile vom Quicksort


Vorteile: - schnell bei großen Feldern

                - effizient

                - einfach zu implementieren


Nachteile: - sehr störanfällig

                   - langsam bei kleinen Feldern

                   - großer Speicherbedarf

Algortihmen & Datenstrukturen

Was ist Semaphoren ?

Ein Semaphor ist eine Datenstruktur, die aus einer Ganzzahl und den atomaren Nutzungsoperationen „Reservieren/Probieren“ und „Freigeben“ besteht. Sie eignet sich insbesondere zur Verwaltung beschränkter (zählbarer) Ressourcen, auf die mehrere Prozesse oder Threads zugreifen sollen, wie etwa Erzeuger und Verbraucher, sowie zur Koordination asynchroner Abläufe. Im Gegensatz zu einem Lock bzw. einem Mutex müssen die Aktivitätsträger, die „reservieren“ und „freigeben“, nicht identisch sein.
 

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Unterschied von balancierten und unbalancierten Bäumen



Balancierte Bäume haben auf jeder Seite dieselbe Tiefe.

Unbalancierte Bäume haben unterschiedliche Tiefen auf jeder Seite

Algortihmen & Datenstrukturen


Erklären Sie bitte von Queue verschiedene Typen und geben jeweils einen Anwendungsfall aus der Informatik und einen "aus dem echten Leben" an.



Typische Anwendungen für Warteschlangen in der Informatik sind:
• Druckerschlange
• Tastatureingabe
• Multitask-Systeme
• Breitensuche

 Beispiel nach FIFO Prinzip:

Stell dir eine Perlenkette vor. Wenn du Perlen auffädeln oder entfernen willst, geht das immer nur von den beiden Enden aus ohne die Kette zu zerstören. Genauso ist es auch mit den Datensätzen in einer Queue. Aus genau diesem Grund arbeitet eine solche Datenstruktur auch nach dem First-in-first-out-Prinzip. Das limitiert den Zugriff auf diese Elemente noch stärker, da wir nun nur noch in derselben Reihenfolge auf sie zugreifen können, in der wir sie „eingereiht“ haben.  





Algortihmen & Datenstrukturen

Was ist eine Queue in der Informatik?

Eine Art von Datenstruktur, die nur eingeschränkten Eingriff auf die in ihr gespeicherten Werte gewährt. Konkret bedeutet das, dass wir immer nur auf das erste oder das letzte Element der Schlange Zugriff haben.


Stack und Queue unterscheiden sich also nach dem Auswahlprinzip für das zu löschende Element:   

Stapel (Stack)                 Warteschlange(Queue) 
last in first out                          first in first out  

      LIFO                                             FIFO

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Warum spricht man im Komprimierverfahren  png und jpeg von "Entropie"?  Erklären Sie dies anhand von Huffman Coding

Die Entropie gibt uns Auskunft darüber, wie stark wir maximal durch Reduktion von Signalredundanz komprimieren 

können. Dabei gilt: je geringer die Entropie, desto besser

die zu erwartende Kompressionsrate. Und durch die Huffman Kodierung wird nach der Häufigkeit der verwendeten Buchstaben sortiert und je nachdem werden die Bytes gekürzt.

Algortihmen & Datenstrukturen

Nenne den Vor- und Nachteil einer doppelt verketteten Liste gegenüber einer einfach verketteten Liste.

Doppelt verkettete Listen haben gegenüber einfach verketteten einerseits den Vorteil, dass sie sich auch von hinten nach vorne durchsuchen lassen. Außerdem lässt sich ein Knoten schneller löschen, weil der Vorgängerknoten bekannt ist – bei einfach verketteten Listen kennt ein Knoten ja nur den Nachfolger! Andererseits muss der Vorgängerzeiger zusätzlich gespeichert und beim Löschen und Einfügen angepasst werden.  

Algortihmen & Datenstrukturen

Komprimierverfahren  PNG- und JPEG-Formaten zur Darstellung von Bildern im Computer

Die Dateikomprimierung für eine PNG-Datei ist verlustfrei. Alle Informationen bleiben erhalten, auch wenn die Datei komprimiert wird. Verlustfreie Komprimierung ist notwendig, wenn Sie die Bilder noch nicht fertig bearbeitet haben. Das PNG-Format wird oft benutzt, wenn die Dateigröße keine Rolle spielt und das Bild relativ komplex ist. Eine PNG-Datei kann mehr Informationen speichern als eine JPG-Datei. Bei einer JPG-Datei werden Informationen zum Bild unwiderruflich gelöscht damit, dass Bild eine kleinere Größe hat

Algortihmen & Datenstrukturen

Was ist algorithmische Komplexität

Der Begriff Komplexität wird in der Informatik in verschiedenen Teilbereichen verwendet. Die Komplexitätstheorie befasst sich dabei mit dem Ressourcenverbrauch von Algorithmen, die Informationstheorie dagegen verwendet den Begriff für den Informationsgehalt von Daten.

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