JAVA

Question 1

Vom Problem zum Programm:

Answer 1

• Lösbarkeit: Ist das Problem mit den Methoden der Informatik lösbar?
• Strukturierung: Kann das Problem in Teilprobleme zerlegt werden, sodass im Team daran gearbeitet werden kann?
• Modellierung: Bieten sich bestimmte Datentypen und -strukturen an, die die Programmierung vereinfachen?
• Schnittstelldefinition: Wie müssen die Daten und Softwaremodule einzelner Arbeitsgruppen zur Gesamtlösung des Problems verknüpft werden?

Question 2

Top-Down-Lösungsstrategie

Answer 2

• Präzisieren der Ein- und Ausgabe: Festlegen der Datentypen für Ein- und Ausgabe
• Entwickeln einer Lösungsidee: korrekte Lösung, effiziente Lösung
• Entwurf des groben Programmgerüsts: Darstellung des Lösungswegs mit Hilfe von grafischen Diagrammen
• Schrittweise Verfeinerung: Verfeinerungen des Programmablaufs zur Umsetzung in Programmiersprache
• Umsetzung in eine Programmiersprache
• Testen und Korrigieren von Fehlern: Prüfen des Programm -> Prozess des Debugging

Question 3

Definition: Programmsprachen

Answer 3

• Programmiersprache = „Dolmetscher“ zwischen Mensch und Computer
• systemorientierte Sprachen:
  • Programmierung der Befehlssatzebene des Prozessors
• problemorientierte Sprachen – „Hochsprachen der Programmierung“
  • imperative Programmiersprachen: Formulierung von Lösungen in Form von Anweisungen Unterscheidung: objektorientierte Sprachen (JAVA, C#) und prozedurale Sprachen (Basis, C)
  • deklarative Programmiersprachen: Beschreibung von Objekten und deren Beziehung zueinander (Prolog, Lisp, LOGO)
• Compilersprachen
  • Compiler („Übersetzer“) = Computerprogramm, das vorgegebenen Quellcode in maschinennahe Sprache übersetzt (JAVA, C, C++)
• Interpretersprachen: Übersetzen von Befehlen eines Programmquellcodes während Abarbeitung durch Interpreter

Question 4

zeitliche Entwicklung der Programmsprachen

Answer 4

• FORTAN (1954) mathematisch-wissenschaftlich
• ALGOL (1958) mathematisch-wissenschaftlich
• COBOL (1959) kommerziell, kaufmännisch
• BASIC (1963) Hobbybereich
• PASCAL (1968) Ausbildung
• C (1969) Systemimplementierung
• ADA (1975) sicherheitskritische Anwendungen
• C++ (1980) Objektorientierung
• JAVA (1995) Objektorientierung, Internet-Anwendungen
• C# (2000) Objektorientierung, Internet-Anwendungen

Question 5

Definition: Programmaufbau in JAVA

Answer 5

• Aufbau eines JAVA-Programms aus Klassen (Bezeichnung „class“)
  • notwendig die Klasse „main“ in einer Anwendung
• Abschließen von Befehlen mit Semikolon
• Einschließen logischer Blöcke, wie z.B. Klassen, mit paarweise zusammengehörigen geschweiften Klammern
• Unterscheidung zwischen Groß- und Kleinschreibung
• Importieren von Klassenbibliotheken: Berechnen der Wurzel mit Hilfe der Wurzelfunktion „Math.sqrt“ aus mathematischen Klassenbibliothek „java.math“
• Variable „ein“ aus separaten Eingabeklasse - Eingabe.class - abgebildet, die einfache Eingabe von Zahlen und Zeichen ermöglicht
  • readChar, readInt, readFloat, readDouble, readLine

Question 6

Definition: Nasse-Schneider-Diagramm

Answer 6

• Ziel: übersichtliche Darstellung des Ablaufs von Computerprogrammen
• Erinder: Issac Nassi + Ben Shneidermann
• auch bezeichnet als „Struktogramme“
  Darstellung der wesentlichen Komponenten von Programmen: Folge von Anweisungen, Verzweigungen, Schleifen

Question 7

PAP

Answer 7

Programmaufbauplan

• in abgewandelter Form Einsatz als Aktivitätsdiagramme in UML
• abgerundete Rechtecke = Kontrollpunkte
• Parallelogramm = Ein- und Ausgabe
• Rechtecke = Anweisungen
• Raute = Verzweigung (Wiederholungen/ Schleife)
• Verbindungslinien = Darstellung des Programmablaufs

Question 8

Definition: Anweisungsfolge

Answer 8

• Programmanläufe vielfach linear aufgebaut
  • Überführung von Eingabedaten durch Folge einzelner Rechenschritte in Ausgabedaten
• Beispiel des JAVA-Programms „Quader“
  • Eingabe der Katenlängen a, b und c
  • Quadervolumen: V = abc
  • Quaderoberfläche: O = 2 (ab + ac + b*c)
  • Raumdiagonale: d = Wurzel aus (a^2 + b^2 + c^2)
  • Ausgabe der Berechnungen Quadervolumen, Quaderoberfläche und Raumdiagonale

Question 9

Definition: Verzweigungen

Answer 9

• Programmabläufe können Verzweigungen enthalten
  • d.h. es müssen Entscheidungen getroffen werden, welche Programmanweisungen ausgeführt werden sollen
• Beispiel: Lösen einer „Quadratischen Gleichung“ ax^2+bx+c = 0
• JAVA-Code:
  • if (Bedingung)
  {AnsweisungoderBlock}
  • else if (Bedingung)
  {AnsweisungoderBlock}
  • else (Bedingung)
  {AnsweisungoderBlock}

Question 10

Test von Programmen

Answer 10

• Syntaxfehler (Compiler)
• Fehlerlokalisierung für logische Programmfehler:
  • Schreibtischtest (Schritt-für-Schritt mit Vergleich der Änderung der Variablen und Attribute)
  • Ausgabe von Werten mit Hilfe von „Print-Befehlen“:
   System.out.printIn(„Attributename“ + Attributname)
  • Einschaltung des „debugging“-Modus im Programm
  • Defintion von Haltepunkten: Programmablauf abhalten + alle Variablenwerte inspizieren

Question 11

Sortieren durch Auswahl - Selection Sort

Answer 11

• in jeweils betrachteten Folge Suchen des kleinsten Elementes + Vertauschen mit ersten Element der Folge
• Beginnen der nächsten zu betrachtende Folge ein Element weiter
• Aufwand unabhängig von Eingabeverteilung
• nie mehr als 0(n) Vertauschungen erforderlich
• 0(n^2) Vergleiche notwendig, unabhängig von Eingabeverteilung

Question 12

Sortieren durch Austauschen - Bubble Sort

Answer 12

• 1. Durchgang = Betrachten jeweils 2 benachbarter Elemente + Vertauschen, wenn größeres Element zuerst
• 2. Durchgang = Wiederholen des Verfahrens, jedoch nur bis zum vorletzten Element
• geringster Aufwand, wenn Folge bereits soritert
• eines der schlechtesten Sortierverfahren überhaupt

Question 13

Sortieren durch Einfügen - Insertion Sort

Answer 13

• Einfügen eines einzelnen Elements in eine bereits sortierte Folge, sodass sich ergeben Folge wieder sortiert ist
• Verschieben aller Elemente vor der Einfügestelle um jeweils einen Platz
• geringer Aufwand für fast sortierte Folgen
• geringe konstante Kosten
• gut geeignet für doppelt verkettete lineare Listen

Question 14

sequentielle Suche

Answer 14

• Daten nicht vorsortiert
  • d.h. Datenfeld muss von hinten nach vorn Schritt für Schritt durchkämmt werden
• Voraussetzungen für Algorithmus:
  • Existieren einer sortierten/ unsortierten Datenarray
  • Existieren eines Suchschlüssels (Key)
• Prinzip
  • Durchsuchen des Datenbereichs, bis gewünschte Element gefunden oder Ende des Haufens erreicht

Question 15

binäre Suche

Answer 15

• Daten vorsortiert
• Voraussetzungen für Algorithmus:
  • Existieren einer sortierten/ unsortierten Datenarray
  • Existieren eines Suchschlüssels (Key)
• Algorithmus:
  • Auswahl des mittleren Elements (Mitte)
  • Vergleich mit Suchschlüssel (Schlüssel)
  • Wenn kleiner/größer als Suchschlüssel: Fortsetzung beim linken/ rechten Teilhaufen

Question 16

Definition: Interation

Answer 16

• Programm arbeitet iterativ, wenn Folge von Anweisungen, die zur Lösung des Problems führen, schrittweise in Schleife abgearbeitet werden
• Beispiele: Lösungen, die sich in Form von for-Schleifen formulieren lassen

Question 17

Definition: Rekursion

Answer 17

• aus Mathematik; bedeutet: Selbstbezug
• Lösen von Problemstellungen durch Selbstaufruf rekursiver Prozeduren
• Programmcode meist kürzer als bei iterativen Lösungen
• Methode = rekursiv, wenn sie sich selbst aufruft
  • Bsp.: Fakultätsfunktion n! = 1 * 2 * 3 … (n-1)*n
  • 5! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 = 120

Question 18

Definition: FIBONACCI-Folge

Answer 18

• aus Legende der Abschätzung der Vermehrung von Kaninchen
• Reihung von Zahlen, die die Entwicklung der Population wiedergibt
• Algorithmus: nächste Zahl der Folge erhält man aus Summe der beiden vorangehenden Zahlen

Question 19

Objektorientierte Programmierung: Klassen

Answer 19

• legt die Eigenschaften und Verhaltensweisen für bestimmte Objekte fest
• allgemeine Beschreibung für bestimmte Objekte
• Klasse = Bauplan
• Bereitstellung mehrerer Datentypen (im Unterschied zur bislang verwendeten Datenstruktur Array)

Question 20

Objektorientierte Programmierung: Objekt

Answer 20

• konkrete Mitglieder (Realisierungen) einer Klasse - häufig auch Begriff „Instanz“ verwendet
• Aufbau
  • Eigenschaften: beschreiben Objekt, legen Zustand des Objekts fest
  • Methoden: aktive Vorgänge, die auf Objekt angewendet werden können und die Zustände des Objekts verändern können
• Objekt = konkrete Instanz

Question 21

Objektorientierte Programmierung: Konstruktoren

Answer 21

• jede Klasse = mindestens eine Methode, mit der Objekte (Instanzen) der Klasse erzeuget werden können
• Standard-Konstruktor = Methode, die aus dem Namen der Klasse und dem leeren Klammerpaar () besteht, z.B. public class DukeBike () {…}
• Anlegen („Konstruieren“) des Objekts gleich mit Werten
• tragen Namen der Klasse als Bezeichner
• keinen Rückgabewert
• Deklaration eines Konstruktors darf kein Datentyp sein
• Konstruktoren müssen public sein, wenn aus beliebig anderen Klassen Instanzen mit Hilfe des Konstruktors erzeugt werden müssen
• Aufruf von Konstruktoren mit Schlüsselwort „new“
• Klassen können mehrere Konstruktoren haben, die sich in Liste der Parameter unterscheiden