Informatik Eine grundlegende Einführung Teil I. Problemnahe Programmierung

Die Informatik hat sich zu einer wissenschaftlichen Disziplin entwickelt, die in vielfältiger Weise Methoden und Techniken für die Modellierung, Darstellung und Implementierung informationsverarbeitender Systeme bereitstellt. Diese grundlegende Einführung in die Informatik behandelt die fundamentalen Modelle, Formalismen und sprachlichen Konstruktionen sowie die wichtigsten Anwendungsgebiete und technischen Konzeptionen der Informatik. Dabei wird auf eine saubere, formale Fundierung und begriffliche Klarheit Wert gelegt.
In diesem ersten von vier Bänden wird das gesamte Gebiet der problemnahen Programmierung dargestellt: Algorithmenbegriff, Techniken der funktionalen und der prozeduralen Programmierung, Datenstrukturen und ihre Darstellung in Programmiersprachen sowie Programmiermethodik.

1. Information und ihre Repräsentation.- 1.1 Der Begriff„Information“.- 1.2 Ein Beispiel für Information und Repräsentation: Aussageformen.- 1.2.1 Boolesche Terme.- 1.2.2 Die Boolesche Algebra der Wahrheitswerte.- 1.2.3 Interpretation von Booleschen Termen.- 1.2.4 Die Gesetze der Booleschen Algebra und der Booleschen Terme.- 1.2.5 Anwendung der Gesetze für Boolesche Terme: Reduktion.- 1.3 Information und ihre Repräsentation in Normalform.- 1.3.1 Der Übergang von der Repräsentation zur Information.- 1.3.2 Umformungen von Repräsentationen.- 1.3.3 Normalformen und eindeutige Normalformen.- 1.3.4 Zeichensequenzen.- 1.3.5 Formale Sprachen.- 2. Rechenstrukturen und Algorithmen.- 2.1 Zum Begriff „Algorithmus“.- 2.1.1 Informelle Algorithmenbeschreibungen.- 2.1.2 Formale Algorithmenbeschreibung durch Textersetzung.- 2.1.3 Deterministische Textersetzungsalgorithmen.- 2.1.4 Durch Textersetzungsalgorithmen induzierte Abbildungen.- 2.2 Rechenstrukturen.- 2.2.1 Familien von Funktionen und Mengen als Rechenstrukturen.- 2.2.2 Signaturen.- 2.2.3 Grundterme.- 2.2.4 Rechnen mit Grundtermen: Formulare.- 2.2.5 Terme mit (freien) Identifikatoren.- 2.2.6 Interpretation von Termen mit (freien) Identifikatoren.- 2.2.7 Terme mit (freien) Identifikatoren als Formulare.- 2.3 Algorithmen als Termersetzungssysteme.- 2.3.1 Termersetzungsregeln.- 2.3.2 Termersetzungssysteme.- 2.3.3 Der Termersetzungsalgorithmus.- 2.3.4 Korrektheit von Termersetzungssystemen.- 2.4 Aussagenlogik und Prädikatenlogik.- 2.4.1 Aussagenlogik.- 2.4.2 Prädikatenlogik.- 3. Programmiersprachen und Programmierung.- 3.1 Syntax: Beschreibung formaler Sprachen durch BNF.- 3.1.1 BNF-Notation.- 3.1.2 Syntaxdiagramme.- 3.1.3 Kontextbedingungen.- 3.2 Semantik.- 3.3 Zur Implementierung von Programmiersprachen.- 3.4 Methodik der Programmierung.- 3.4.1 Prinzipien der Programmierung.- 3.4.2 Rechenstrukturen.- 4. Applikative Programmiersprachen.- 4.1 Elemente rein applikativer Programmiersprachen.- 4.1.1 Syntax von Ausdrücken und primitive Rechenstrukturen.- 4.1.2 Beschreibung der Bedeutung von Ausdrücken.- 4.1.3 Konstanten und Identifikatoren.- 4.1.4 Bedingte Ausdrücke.- 4.1.5 Funktionsapplikation.- 4.1.6 Bindung von (freien) Identifikatoren: Funktionsabstraktion.- 4.2 Erweiterung applikativer Sprachen: Deklarationen.- 4.2.1 Elementdeklaration.- 4.2.2 Deklarationen für Funktionen.- 4.3 Rekursive Funktionsdeklarationen.- 4.3.1 Induktive Deutung rekursiver Funktionsdeklarationen.- 4.3.2 Deutung als kleinster Fixpunkt.- 4.3.3 Rekursive Funktionsvereinbarungen in Termersetzungssystemen.- 4.3.4 Formulare für rekursive Funktionsdeklarationen.- 4.4 Rekursionsformen.- 4.4.1 Lineare Rekursion.- 4.4.2 Repetitive Rekursion.- 4.4.3 Kaskadenartige Rekursion.- 4.4.4 Vernestete Rekursion.- 4.4.5 Verschränkte Rekursion.- 4.5 Techniken applikativer Programmierung.- 4.5.1 Beschreibung der Aufgabenstellung: Spezifikation.- 4.5.2 Verallgemeinerung der Aufgabenstellung durch Einbettung.- 4.5.3 Zur Strukturierung von Aufgabenstellungen.- 4.5.4 Ableitung von Rekursionen aus Spezifikationen.- 4.5.5 Parameterunterdrückung, untergeordnete Rechenvorschriften.- 4.5.6 Effizienz applikativer Programme.- 4.5.7 Dokumentation.- 4.5.8 Test und Integration von Programmen.- 4.6 Beweistechniken für rekursive Programme.- 4.6.1 Induktion und Rekursion.- 4.6.2 Partielle Korrektheit.- 4.6.3 Terminierungsbeweise.- 5. Zuweisungsorientierte Ablaufstrukturen.- 5.1 Zuweisungsorientierte Sprachelemente: Anweisungen.- 5.1.1 Syntax.- 5.1.2 Programmvariable und Zuweisung.- 5.1.3 Zustände.- 5.1.4 Funktionale Bedeutung von Anweisungen.- 5.1.5 Operationelle Semantik von Anweisungen.- 5.2 Einfache Anweisungen.- 5.2.1 Die „leere“ Anweisung nop.- 5.2.2 Die nichtterminierende Anweisung abort.- 5.2.3 Die Zuweisung.- 5.3 Zusammengesetzte Anweisungen.- 5.3.1 Sequentielle Komposition.- 5.3.2 Bedingte Anweisungen.- 5.3.3 Wiederholungsanweisungen.- 5.4 Variablendeklarationen und Blöcke.- 5.5 Prozeduren.- 5.5.1 Prozedurdeklaration.- 5.5.2 Prozeduraufruf.- 5.5.3 Globale Programmvariablen in Prozeduren.- 5.5.4 Rekursive Prozeduren.- 5.6 Abschnitte, Bindungen, Gültigkeit, Lebensdauer.- 5.7 Programmiertechniken für zuweisungsorientierte Programme.- 5.7.1 Die Methode der Zusicherung.- 5.7.2 Terminierungsbeweise.- 6. Sortendeklarationen.- 6.1 Deklarationen von Sorten.- 6.1.1 Skalare Elemente: Enumeration.- 6.1.2 Direktes Produkt: Tupel.- 6.1.3 Direkte Summe: Variantensorten.- 6.1.4 Teilbereiche.- 6.2 Felder.- 6.2.1 Einstufige Felder.- 6.2.2 Felder in zuweisungsorientierten Sprachen: Selektives Ändern.- 6.2.3 Mehrstufige Felder und allgemeine Indexmengen.- 6.2.4 Dynamische und flexible Felder.- 6.3 Endliche Mengen als Rechenstrukturen.- 7. Maschinennahe Sprachelemente: Sprünge und Referenzen.- 7.1 Kontrollfluß.- 7.1.1 Marken und Sprünge.- 7.1.2 Kontrollflußdiagramme.- 7.2 Referenzen und Zeiger.- 8. Rekursive Sortendeklarationen.- 8.1 Sequenzartige Rechenstrukturen.- 8.1.1 Die Rechenstruktur der Sequenzen.- 8.1.2 Ein/Ausgabe und externe Rechenstrukturen.- 8.2 Baumartige Rechenstrukturen.- 8.3 Rekursive Vereinbarungen von Sorten.- 8.3.1 Induktive Deutung von rekursiven Sortendeklarationen.- 8.3.2 Fixpunktdeutung rekursiver Sortendeklarationen.- 8.3.3 Verwendung rekursiver Sortendeklarationen.- 8.4 Geflechte.- 8.4.1 Einfache Geflechte.- 8.4.2 Rekursiv vereinbarte Geflechtssorten.- 8.4.3 Implementierung von Sequenzen durch verkettete Listen.- 8.4.4 Zweifach verkettete Liste.- 8.4.5 Zyklische Geflechte.- 8.4.6 Gemeinsame Teilstrukturen.- Literaturangaben.- Stichwortverzeichnis.