Informatik + Wirtschaft S.419

Based on Prof. Abraham Bernstein

Grundlegende Konzepte

Computational Thinking Definition

Fähigkeit, ein Problem in kleinere Probleme zu zerlegen, die deterministisch gelöst werden können.

Was ist Computational Thinking, und was ist es nicht?

1. Konzeptualisierung nicht Programmierung

2. Fokus auf Ideen & Prozessen, nicht auf der Software & Hardware

3. CT ist für jeden nicht nur Informatiker*innen

4 Hauptbestandteile vom Computational Thinking

1. Dekomposition: Problem in kleinere Teilaufgaben zerlegen

2. Mustererkennung: Gemeinsamkeiten zwischen Problemen erkennen, um bereits vorhandene Lösungen wieder zu verwenden

3. Abstraktion: Fokus auf wichtige Aspekte des Problems setzten

4. Algorithmen: Ablauf festlegen wie Problem gelöst wird

Algorithmus Definition

Ein Algorithmus ist eine endliche Folge wohldefinierter Anweisungen, typischerweise zur Lösung einer Klasse von Problemen. Der Algorithmus ist das deterministische Bindeglied zwischen Ein-und Ausgabe.

Kriterien von Algorithmen

Maschinentauglichkeit, Allgemeinheit, Korrektheit

Ungelöstes Problem

Für das Halte-Problem gibt es keinen Algorithmus. Das Halte-Problem beschreibt ein Programm das andere Programme untersucht, ob dieses in eine Endlosschleife geraten.

Bubble Sort Pseudocode Darstellung 

Bubble Sort (Array array)

for i=0 to array.length -2 {

  for j=0 to array.lenghth -2{

    if array[j] > array[j+1]

      swap(array[j], array [j+1])

    }

}

Dekomposition Methoden

-Zielreduktion: Zerteilen in kleinere gleiche Teile

-Rekursive Zielreduktion

7 CT-Fertigkeiten

1. Computer Modellierung: Algorithmus wird gebraucht um die Realität virtuell zu simulieren. So brauchen Experimente weniger Zeit

2. Wissenschaftliches Denken: Systematische Vorgehen für Erklärung und um Vorhersagen zu treffen

3. Logisches Denken: Führt zum Erschliessen von Zusammenhängen und Erkennen von Mustern und auch Ausnahmen. Es ist ein folgerichtiges und schlüssiges Denken

4. Kreativität: Fertigkeit Ideen zu entwickeln und deren konzeptionellen Umsetzung in der Realität auszuarbeiten

5. Menschenkenntnis: Stärken und Schwächen der Menschen im Algorithmus miteinbeziehen, um Post Completion Errors zu vermeiden

6. Heuristiken: Algorithmische Abkürzungen/Faustregeln, um die allerbeste Lösung in absehbarer Zeit zu finden

7. Evaluation: Regelmässige Sicherstellung der Funktion & des Zwecks des Algorithmus mit Rücksicht auf Leistungsfähigkeit und Benutzerfreundlichkeit

Bias

1. Beschreibt Vorurteile und Verzerrungen in Entscheidungen

2. Bias kann bewusst oder unbewusst sein

3. Der Affinity/Similarity Bias beschriebt die Verbundenheit zu Menschen, die einen ähnliche Hintergrund oder Erfahrung haben

4. Bias-Blindheit ist der Glaube selber keinen Bias zu haben, dies kann mit dem Implicit Association Test widerlegt werden

Algorithmischer Bias

Systematischer und wiederholbare Fehler eines Computersystems, unfaire Ereignisse zu erzeugen.

Programmmiersprachen Definition

Programmiersprachen sind formale Sprachen, die zur verständlichen Kommunikation mit dem Computer dienen, indem sie Befehle nutzen, um Computer zu steuern

Drei Generationen der Programmiersprache

1. Generation Maschinensprachen: Werden direkt binär vom Prozessor ausgeführt, schwierig lesbar durch Menschen.

2. Generation Assemblersprachen: Zahlenfolgen werden durch lesbare Abkürzungen abstrahiert. Ausführungsgeschwindigkeit und Speicherplatz sind erhalten.

3. Generation Höhere Programmiersprachen: Werden durch starke Abstraktion mithilfe eines Compilers/Interpreter ausgeführt.

Assembler, Compiler& Interpreter

1. Assembler übersetzten Assemblersprache zur Maschinensprache

2. Compiler übersetzten höhere Programmiersprachen in plattformabhängigen Maschinencode, dies braucht Zeit aber danach läuft das Programm schnell. z.B C

3. Interpreter verarbeitet Code zur Laufzeit des Programms, es entsteht keine Datei in Maschinensprache. Interpretation kann lansamer sein. Es gibt Time-Compliation Kombinationen wie z.B Python oder Perl.

Programmiersprachen Definition

1. Sind exakte künstliche Sprachen die keine Mehrdeutigkeit zulassen zur Programmerstellung

2. Bestehen aus Lexikalik: gültige Zeichen und Wörter

3. Bestehn aus Syntax: korrekter Satzaufbau, bei dem die Reihenfolge lexikalisch erfolgt

4. Bestehen aus Semantik: den korrekten Sätzen ist eine bestimmte Anweisung zugeschrieben

Programmierparadigmen

1. Sind deklarativ, imperativ, objektorientiert, funktional oder logisch

2. Programmiersprachen können mehrere Paradigmen zugeordnet werden

3. Die Paradigmen beschreiben in welcher Herangehensweise ein Problem gelöst wird

Erkläre die Paradigmen

deklarativ= Beschreibung des Endresultats «was»

imperativ= Abfolge von Schritten «wie»

objektorientiert= reale Welt als Objekte repräsentieren, die miteinander interagieren und bestimmte Eigenschaften haben

funktional= nutzen Funktionsaufrufe