Das Programmieren ist eine der Basistätigkeiten von Informatikern und Voraussetzung für viele andere Veranstaltungen des Informatikstudiums. Ziel des Moduls „Programmierung, Datenstrukturen und Algorithmen“ ist das Erlernen grundlegender Konzepte der imperativen, prozeduralen und objektorientierten Programmierung anhand der Programmiersprache Java sowie die Vorstellung bekannter, effizienter Algorithmen und Datenstrukturen für verschiedene, häufig vorkommende Problemstellungen.
Die Studierenden sollen nach Abschluss des Moduls selbstständig imperative und einfache objektorientierte Programme auf der Grundlage von Java für die Lösung kleinerer Probleme entwickeln und die Effizienz ihrer Programme einschätzen können. Außerdem sollen sie wichtige Algorithmen anwenden und aufgrund ihrer Komplexität auswählen können. Fachkompetenzen
Die Studierenden:
beschreiben grundlegende Konzepte der imperativen Programmierung mit Java
erkennen die Terminologie der imperativen Programmierung und verwenden die entsprechenden Begriffe präzise bei Diskussionen
erkennen grundlegende Terminologie der objektorientierten Programmierung
beschreiben, was ihnen vorgelegte Programme tun
entwickeln selbstständig Programme für die Lösung kleinerer Probleme
untersuchen systematisch eigene und fremde Programme auf Fehler
setzen moderne Programmentwicklungsumgebungen zum Entwickeln und Testen von Programmen ein
erstellen Algorithmen mit allgemeinen Entwurfskonzepten (z.B. Greedy-Verfahren, Divide-and-Conquer- Verfahren)
benennen Algorithmen und Datenstrukturen zur Lösung von häufig vorkommenden Problemen und bewerten diese in ihrer Anwendbarkeit
benennen Probleme der Effizienz von algorithmischen Lösungen konkreter Fragestellungen und bewerten diese
wählen fundiert einen Algorithmus und eine Datenstruktur zur Lösung eines konkreten Problems aus
wenden die gelernten Algorithmen und Datenstrukturen sinnvoll auf gegebene und konkrete Probleme an
Methodenkompetenzen
Die Studierende:
lösen gegebene Probleme unter den Gesichtspunkt der imperativen bzw. objektorientierten Programmierung
übertragen praktische Erfahrungen in der Programmentwicklung auf neue Aufgaben
Sozialkompetenzen
Die Studierenden
vermitteln die Struktur und Wirkungsweise selbst entwickelter Programme an andere
präsentieren Lösungen zu kleinen Aufgaben vor Gruppen
Selbstkompetenzen
Die Studierenden:
organisieren sich beim Finden von algorithmischen Lösungen für kleine und mittelgroße Probleme der Informatik
beziehen die Konzepte des allgemeinen Programmentwurfs in ihr Handeln ein
Modulinhalte
Im ersten Teil werden allgemeine Grundbegriffe der Programmierung eingeführt:
Algorithmus, Programmiersprachen, Computer
Entwicklungswerkzeuge, Entwicklungsphasen
Compiler
Grammatiken
Logik
Der zweite Teil befasst sich mit grundlegenden Programmierkonzepten:
Datentypen
Variablen
Ausdrücke, Anweisungen
Kontrollstrukturen
Methoden, Parameter
Rekursion
Referenzdatentypen, Arrays
Klassen, Objekte
Dokumentation
Testen
Der dritte Teil beinhaltet eine Einführung in Datenstrukturen und Algorithmen sowie die Diskussion ihrer Effizienz, d.h. des Berechnungsaufwands bzw. des Speicherbedarfs in Abhängigkeit vom Umfang der zu verarbeitenden Daten. Das Modul stellt für verschiedene, häufig vorkommende Problemstellungen bekannte, effiziente Algorithmen und Datenstrukturen vor. Dazu gehören insbesondere:
Verfahren zum Suchen nach Schlüsseln, sowie Einfügen und Löschen in dynamischen Datenmengen, z.B. Listen, Bäume, AVL-Bäume oder Hash-Verfahren,
Methoden zur Suche nach Textmustern,
Verfahren zum Sortieren von Daten nach Schlüsselwerten, z.B. QuickSort und HeapSort,
Graph-basierte Anwendungen, z.B. zur Ermittlung kürzester Wege in Graphen.
Ergänzt wird der Vorlesungsteil um einen umfassenden Übungsteil, in dem insbesondere die vermittelten Programmierinhalte an praktischen Beispielen umgesetzt werden.
Literaturempfehlungen
Essenziell:
Skript (wird entweder in gedruckter Form oder in elektronischer Form über das Stud.IP fortlaufend in der Vorlesung zur Verfügung gestellt)
Gute Sekundärliteratur:
Dietmar Ratz, Jens Scheffler, Detlev Seese, Jan Wiesenberger: Grundkurs Programmieren in Java, Carl Hanser Verlag.
Joachim Goll, Cornelia Heinisch: Java als erste Programmiersprache, Springer Vieweg Verlag
Ottmann, Widmayer: Algorithmen und Datenstrukturen. Spektrum Verlag, 5. Auflage, 2012
