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E-Book

Informatik

Eine praktische Einführung mit Bash und Python

AutorTobias Häberlein
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2017
ReiheDe Gruyter Studium 
Seitenanzahl242 Seiten
ISBN9783110496871
FSK5
Altersgruppe13 – 
FormatPDF/ePUB
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis29,95 EUR
Die praktische Informatik lebt vom Ausprobieren verschiedener Lösungswege, dem Experimentieren mit Programmkonstrukten und Algorithmen, und allgemein vom 'Selbermachen'. Darauf baut das didaktische Konzept des Buchs auf: Anhand einer Vielzahl an Aufgaben kann der Student die präsentierten Konzepte selbst erfahren, mit Ihnen arbeiten und so die eigentlichen Probleme der Informatik wirklich verstehen.

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Inhaltsverzeichnis
Vorwort????????????????????????????5
Inhalt??????????????????????????11
1 Was ist Informatik?????????????????????????????????????????????????????????15
2 Unix/Linux und Shell-Programmierung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22
2.1 Grundlegendes????????????????????????????????????????????????22
2.1.1 Wozu dient ein Betriebssystem???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22
2.1.2 Unix vs. Linux??????????????????????????????????????????????????????24
2.1.3 Der Aufbau von Linux??????????????????????????????????????????????????????????????????24
2.1.4 Die Shell????????????????????????????????????????????25
2.1.5 Multitasking??????????????????????????????????????????????????26
2.1.6 Das Dateisystem von Unix??????????????????????????????????????????????????????????????????????????27
2.2 Erste wichtige Kommandos??????????????????????????????????????????????????????????????????????28
2.2.1 Aufbau von Shell-Kommandos??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29
2.2.2 Befehle für Verzeichnisse????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30
2.2.3 Befehle für Dateien????????????????????????????????????????????????????????????????31
2.2.4 Befehle für die Benutzerverwaltung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33
2.2.5 Befehle des Prozesssystems??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34
2.2.6 Sonstige Befehle??????????????????????????????????????????????????????????35
2.3 Textdateien erstellen und editieren mit vi??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36
2.4 Features der Shell??????????????????????????????????????????????????????????38
2.4.1 Eingabe????????????????????????????????????????38
2.4.2 Wildcards????????????????????????????????????????????39
2.4.3 Umleitungen und Pipes????????????????????????????????????????????????????????????????????40
2.4.4 Shellvariablen??????????????????????????????????????????????????????43
2.4.5 Ausblendung von Sonderbedeutungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45
2.4.6 Verknüpfungen von Kommandos????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????46
2.5 Weitere Kommandos????????????????????????????????????????????????????????48
2.5.1 Das find-Kommando????????????????????????????????????????????????????????????48
2.5.2 Das grep-Kommando????????????????????????????????????????????????????????????50
2.5.3 Der cut-Befehl??????????????????????????????????????????????????????53
2.5.4 Das sort-Kommando????????????????????????????????????????????????????????????54
2.5.5 Die head- und tail-Kommandos??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????55
2.6 Shell-Programmierung??????????????????????????????????????????????????????????????55
2.6.1 Dateneingabe??????????????????????????????????????????????????56
2.6.2 Kommandozeilenparameter????????????????????????????????????????????????????????????????????????57
2.6.3 Bedingungen testen??????????????????????????????????????????????????????????????58
2.6.4 Programmschleifen????????????????????????????????????????????????????????????61
3 Python-Programmierung????????????????????????????????????????????????????????????65
3.1 Arbeiten mit Python????????????????????????????????????????????????????????????66
3.1.1 Python 3 vs. Python 2????????????????????????????????????????????????????????????????????66
3.1.2 Installation??????????????????????????????????????????????????67
3.1.3 Ein erstes Python-Programm??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????67
3.1.4 Die Python-Shell??????????????????????????????????????????????????????????68
3.1.5 Python Notebooks??????????????????????????????????????????????????????????68
3.2 Einfache Datentypen????????????????????????????????????????????????????????????70
3.2.1 Zahlen??????????????????????????????????????70
3.2.2 Boolesche Werte????????????????????????????????????????????????????????70
3.2.3 Strings????????????????????????????????????????71
3.2.4 Variablen????????????????????????????????????????????71
3.2.5 Operatoren??????????????????????????????????????????????72
3.3 Grundlegende Konzepte????????????????????????????????????????????????????????????????74
3.3.1 Einrücktiefe??????????????????????????????????????????????????74
3.3.2 Kontrollfluss????????????????????????????????????????????????????75
3.3.3 Schleifenabbruch??????????????????????????????????????????????????????????79
3.3.4 Anweisungen vs. Ausdrücke????????????????????????????????????????????????????????????????????????????79
3.3.5 Funktionen??????????????????????????????????????????????81
3.4 Zusammengesetzte Datentypen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????84
3.4.1 Listen und Sequenzen??????????????????????????????????????????????????????????????????84
3.4.2 Allgemeine Sequenzoperationen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????86
3.4.3 Wichtige Operationen auf Listen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????88
3.4.4 Referenzen??????????????????????????????????????????????90
3.4.5 Tupel????????????????????????????????????91
3.4.6 Dictionaries??????????????????????????????????????????????????91
3.4.7 Strings (Fortsetzung)????????????????????????????????????????????????????????????????????94
3.5 Funktionale Programmierung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????97
3.5.1 Listenkomprehensionen????????????????????????????????????????????????????????????????????98
3.5.2 Die map-Funktion??????????????????????????????????????????????????????????103
3.5.3 Die filter-Funktion????????????????????????????????????????????????????????????????105
3.5.4 Die reduce-Funktion????????????????????????????????????????????????????????????????107
3.6 Dateien und Verzeichnisse????????????????????????????????????????????????????????????????????????110
3.6.1 Datei-Objekte????????????????????????????????????????????????????111
3.6.2 Dateimanipulation mit Listenkomprehensionen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????114
3.6.3 Verzeichnisse????????????????????????????????????????????????????117
3.7 Objektorientierte Programmierung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????119
3.7.1 Definition und Verwendung einer Klasse??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????120
4 Programmierung mit regulären Ausdrücken????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????125
4.1 Verwendung Regulärer Ausdrücke in Python??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????125
4.1.1 Das Kommando re.findall????????????????????????????????????????????????????????????????????????126
4.1.2 Das Kommando re.sub????????????????????????????????????????????????????????????????127
4.1.3 Das Kommando re.search??????????????????????????????????????????????????????????????????????130
4.2 Komponenten Regulärer Ausdrücke????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????131
4.2.1 Einfache Konstrukte????????????????????????????????????????????????????????????????132
4.2.2 Rückwärtsreferenzen (Backreferences)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????138
4.2.3 Greedy vs. Non-Greedy????????????????????????????????????????????????????????????????????140
4.2.4 Lookahead????????????????????????????????????????????141
4.3 Reguläre Ausdrücke vs. Suchausdrücke mit Listenkomprehensionen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????144
5 Datenbanken und Datenbankprogrammierung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????149
5.1 Wozu Datenbanken?????????????????????????????????????????????????????????149
5.1.1 Daten-Persistenz??????????????????????????????????????????????????????????149
5.1.2 Dateisystem als Datenspeicher????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????149
5.1.3 Anforderungen an Persistenzmechanismen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????150
5.2 Datenbankmanagementsysteme (DBMS)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????151
5.2.1 Transaktionskonzept????????????????????????????????????????????????????????????????151
5.2.2 Funktionsweise eines DBMS????????????????????????????????????????????????????????????????????????????152
5.2.3 Einsatz von DBMS??????????????????????????????????????????????????????????153
5.3 Relationale DBMS??????????????????????????????????????????????????????153
5.3.1 Tabellen, Schemata, Zeilen, Spalten????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153
5.3.2 Erstellen einer Tabelle in MySQL mit Python????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154
5.4 SQL-Abfragen??????????????????????????????????????????????158
5.4.1 Relationenalgebra????????????????????????????????????????????????????????????158
5.4.2 Das SELECT-Kommando????????????????????????????????????????????????????????????????159
5.4.3 Zählen und Statistiken??????????????????????????????????????????????????????????????????????162
5.4.4 Joins: Verknüpfung von Tabellen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????163
5.5 Entwurf relationaler DBMS????????????????????????????????????????????????????????????????????????164
5.5.1 Entity-Relationship-Diagramme????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164
5.5.2 Umsetzung in ein relationales Modell??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167
5.5.3 Normalisierung??????????????????????????????????????????????????????169
5.6 Nicht-Relationale DBMS??????????????????????????????????????????????????????????????????172
5.6.1 CouchDB: Datenverfügbarkeit vs. Datenkonsistenz????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????172
5.6.2 Funktionsprinzipien????????????????????????????????????????????????????????????????173
5.6.3 JSON??????????????????????????????????176
5.6.4 Erzeugen einer CouchDB-Datenbank mit Python????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????177
5.6.5 Benutzerdefinierte Views mit MapReduce??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????179
6 Internet und Internetprogrammierung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????184
6.1 Einführung in die Funktionsweise des Internet????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????184
6.1.1 Geschichtliches????????????????????????????????????????????????????????184
6.1.2 Netzwerk-Protokolle????????????????????????????????????????????????????????????????185
6.1.3 Das TCP/IP-Referenzmodell????????????????????????????????????????????????????????????????????????????185
6.1.4 Internetworking????????????????????????????????????????????????????????187
6.1.5 Sockets????????????????????????????????????????188
6.1.6 Host, Server, Client??????????????????????????????????????????????????????????????????189
6.2 Socketprogrammierung??????????????????????????????????????????????????????????????190
6.3 Dateitransfer mit FTP????????????????????????????????????????????????????????????????193
6.4 HTML und Datentransfer von URLs????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????195
6.4.1 HTML??????????????????????????????????195
6.4.2 Datentransfer von URLs??????????????????????????????????????????????????????????????????????196
6.5 Dynamische Web-Seiten????????????????????????????????????????????????????????????????198
6.5.1 htmlgen: Generierung von HTML-Code??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????198
6.5.2 Ein einfacher Web-Server??????????????????????????????????????????????????????????????????????????200
6.5.3 Ein erstes CGI-Skript????????????????????????????????????????????????????????????????????201
6.5.4 Komplexere CGI-Skripte??????????????????????????????????????????????????????????????????????202
7 Nebenläufige und Parallele Programmierung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
7.1 Grundlegendes????????????????????????????????????????????????205
7.1.1 Prozesse, Tasks und Threads????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
7.1.2 Nebenläufigkeit vs. Parallelität??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????206
7.1.3 Multithreading, Time-Sharing und Threadzustände????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????207
7.1.4 Programmierung mit Threads vs. Multi-Core-Programmierung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????208
7.2 Parallele Rechnerarchitekturen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????208
7.2.1 NOWs??????????????????????????????????209
7.2.2 SMPs und Mehrkern-Prozessoren????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????209
7.2.3 GPUs??????????????????????????????????210
7.2.4 Hardware-seitiges Multithreading??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
7.3 Techniken Paralleler Programmierung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
7.3.1 Locks????????????????????????????????????212
7.3.2 Message-Passing????????????????????????????????????????????????????????213
7.3.3 Bulk Synchronous Parallel Model (BSP)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????213
7.4 Multithread-Programmierung in Python??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214
7.4.1 Das threading-Modul????????????????????????????????????????????????????????????????215
7.4.2 Verwendung von Locks??????????????????????????????????????????????????????????????????216
7.4.3 Das queue-Modul????????????????????????????????????????????????????????219
7.5 Multicore-Programmierung in Python??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????222
7.5.1 Das multiprocessing-Modul????????????????????????????????????????????????????????????????????????????222
7.5.2 Das mpi4py-Modul??????????????????????????????????????????????????????????225
Literatur????????????????????????????????233
Stichwortverzeichnis??????????????????????????????????????????????????????234

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