In diesem Buch lernen Sie die Grundzüge und Vorteile des Computational Thinking kennen, also des analytischen, von Algorithmen geprägten Denkens. Die Autoren behandeln dabei unterhaltsam und anwendungsbezogen die Grundelemente dieser Denkweise - darunter Denken in Algorithmen, Zerlegung, Abstraktion und Mustererkennung. Diese Prinzipien werden anschaulich an Hand von Zaubertricks, Spielen und Rätseln, aber auch an echten, anspruchsvollen Problemen erklärt. Sie erkunden dabei auch die Verbindungen zwischen Computational Thinking und wissenschaftlichem, aber auch kreativem Denken - und wie daraus Innovationen entstehen können.

Computational Thinking hat die Art und Weise, wie wir alle leben, arbeiten und spielen, verändert. Es hat Auswirkungen darauf, wie Wissenschaft betrieben wird, Kriege gewonnen, ganz neue Industrien geschaffen und Leben gerettet werden. Es ist das Herzstück der Programmierung und ein leistungsfähiger Ansatz zur Problemlösung, mit oder ohne Computer. In einigen Ländern werden bereits Kindern in der Grundschule diese Fertigkeiten beigebracht.

Ob Sie also einfach wissen wollen, um was es beim Computational Thinking geht oder ob Sie neue Möglichkeiten finden wollen, auch im Alltag effektiver zu werden, ob Sie (Informatik-)Lehrer oder Schüler sind oder einfach Spaß an Spielen und Rätseln haben - in diesem Buch finden Sie die nötigen Grundlagen.

Paul Curzon ist Informatikprofessor an der Queen Mary University in London. Seine Forschungen beschäftigen sich mit der Informatikausbildung, mit Mensch-Maschine-Kommunikation und formalen Methoden. Er erhielt neben mehreren Preisen für gute Lehre 2010 die National Teaching Fellowship der Higher Education Academy und wurde 2007 von der EPSRC als nicht-professioneller Informatikautor ausgezeichnet. Er war an der Gründung von Teaching London Computing beteiligt und leitet Weiterbildungsmaßnahmen für Lehrer. Seine ersten Programmierkenntnisse bracht er sich an einem Strand in Südfrankreich bei.

Auch Peter McOwan ist Informatikprofessor an der Queen Mary University in London. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Computervision, Künstliche Intelligenz und Robotik. Er erhielt 2008 die National Teaching Fellowship der Higher Education Academy und 2011 die IET-Mountbatten-Medaille für seine Bemühungen, die Informatik für verschiedenen Zielgruppen aufzubereiten. Peter ist außerdem Amateurzauberer und interessiert sich für Science-Fiction.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Geleitwort	5
Vorwort	7
Danksagung	9
Inhaltsverzeichnis	11
Über die Autoren	13
1 Die Zukunft des Denkens	14
Was wollen Sie tun?	14
Kompetenzen für das 21. Jahrhundert	16
Algorithmisches Denken	17
Verändern Sie die Welt!	18
Wissenschaftliches Denken	19
Computational Thinking	19
2 Sprechen aus der Taucherglocke	20
Locked-in-Syndrom	20
Einfach wie das Abc	21
Baubys Methode	22
Prüfen der Details	23
Optimierungen vornehmen	24
Ist ein Muster erkennbar?	24
Wie häufig sind die Buchstaben?	26
Wie schnell ist die Methode?	27
Mit 20 Fragen zur Antwort	29
Wie gut ist die Methode?	30
Ein neuer Algorithmus	32
Codes für Buchstaben	34
Die Wahl der besten Lösung	36
Am Anfang steht das Denken in Algorithmen	37
Menschen verstehen ist das Wichtigste	38
Eine gute Lösung für Bauby	39
3 Magie und Algorithmen	40
Der Traum vom australischen Magier	40
Ein verzwickter Algorithmus	42
Zaubertricks erfinden	43
Teilen Sie es auf!	44
Funktioniert der Trick immer?	46
Lochkarten	49
Die Magie, Dinge wiederzufinden	49
Verbindungen aufbauen	50
Binäre Lochkarten	52
Wie funktioniert das also?	54
Erfinden neuer Kunststücke (Fortsetzung)	57
Aus Alt mach Neu	57
Neue Zaubertricks durch Informatik	58
Anmerkung eines Magiers	60
Von Zaubertricks zu Programmen und zurück	60
4 Rätsel, Logik und Muster	61
Rätselarten	61
Logikrätsel	61
Wabenrätsel	62
Lösung eines Wabenrätsels	63
Regeln herleiten	66
Regelentwicklung durch Mustererkennung	66
Die Regel vom einzelnen Sechseck	67
Die Regel von zwei Sechsecken	68
Die Eckenregel	69
Regeln niederschreiben	71
Weitere Rätsel	73
Noch ein einfaches Rätsel	73
Ein komplizierteres Rätsel	73
Logisches Denken und Kompetenz	74
Lösungen der beiden Rätsel	76
5 Rätselhafte Rundreisen	77
Zwei Denkaufgaben	77
Der „Weg des Springers“	77
Das Stadtführerrätsel	79
Vereinfachen und Unwichtiges ignorieren	81
Eine Lösung für vieles	82
Zurück zum Anfang	82
Entwurf eines Graphen	83
In die Tiefe gehen	83
Fein säuberlich	84
Gleiches Problem, gleiche Lösung	85
Von einer Lösung zu anderen	85
Eine Karte für beide Probleme	87
Die Brücken von Königsberg	87
Rundgang durch die Stadt der Brücken	87
Logisch denken	88
Reisen und Packen	90
Echte Touren	90
Packen für den Urlaub	90
Zurück auf die Straße	91
Das Gute, das Schlechte und das Hässliche	91
6 Roboterbau für Anfänger	93
Roboter mit eigener Historie	93
Der schlechte Ruf der Roboter	93
Was assoziieren Sie mit „Roboter“?	94
Protagonisten mysteriöser Erzählungen	94
Der Bau von Robotergehirnen	96
Aufbau in Schichten	96
Natürliche Selektion	97
Ein Verhalten erlernen	99
Bauen Sie Ihren eigenen Chatbot!	99
Meister der Konversation	99
Bin ich ein Mensch?	100
Nachbildung eines Chats	101
Wie entscheidet sich ein Chatbot?	101
Vorsicht Bots?	104
Besitzt ein Chatbot Verständnis?	105
Das „Chinesische Zimmer“	105
Im Zimmer der Klingonen	106
Eine überraschende Wendung	107
7 Wir bauen ein Gehirn	108
Wie baut man ein lernfähiges Gehirn?	108
Künstliche Intelligenz lernt Kartenspielen	108
Ruhig mal negativ sein	114
Was macht ein intelligentes Spiel aus?	115
Ein wenig boolesche Logik	116
Neuronales „Halli Galli“	118
„Halli Galli“ – nicht so leicht, wie es aussieht	118
Können wir es nachbauen?	120
Phänomenales Bewusstsein … und eine Tasse blauen Kaffee, bitte!	122
8 Betrügen mit Bots	125
Ein Wahrsage-Gehirn	125
Maschine mit Geheimnissen	125
Dem Mutigen gehört die Welt	126
Die Sitzung endet … zweimal	127
Die Betrugsmasche	127
Was lockt Sie in die Falle?	129
Wir bauen Schritt für Schritt	130
Ethik und Weltherrschaft	130
Der richtige und der falsche Weg für KI	130
Werden Roboter die Welt beherrschen?	131
Suche nach einem nachvollziehbaren Motiv	132
Wenn sich die Gelegenheit bietet	132
Weltherrschafts-Bingo	133
Kill Bill?	134
9 Gitter, Grafik und Spiele	136
Gitter und Spiele als Bilder	136
Spiele als High-Tech-Kunstindustrie	136
Aus Pixel entstehen Bilder	137
Das „Spiel des Lebens“	140
Spielen auf dem Gitter	140
Spielen Sie selbst das Leben!	141
Eine Menagerie des Lebens	143
Entwicklung neuer Welten	144
Was Menschen spielen	146
Lust auf ein Spiel mit Wörtern?	146
Klüger als Menschen?	147
Raffinierter spielen	150
Wie man „Spit-Not-So“ gewinnt	151
Betrachtungsweisen	152
Spiele, überall Spiele	153
10 Wie man den Wald und die Bäume sieht	154
Die Magie des Gedankenlesens	154
Muster sieht man überall	154
Magische Übereinstimmung und zauberhafte Codes	156
Lesen Sie selbst Gedanken!	156
Eine schiefgelaufene Mustererkennung geradebiegen	158
Primzahlenmagie	160
Primzahlenmuster als Bravourstück mathematischer Magie	160
Verzauberte Muster – alles ganz zufällig?	161
Primfaktoren	162
Mathematik hilft bei der Mustersuche	162
Muster durch die Nase: ein anrüchiger Kartentrick	163
Der geheime, gar nicht anrüchige Algorithmus	164
Computervision – die Welt wirklich sehen	164
Computer, die Kanten sehen	164
Was steckt in einem Bildmuster?	167
Die Dinge ändern sich	169
Mit Mustererkennung Krankheiten und Verbrechen vorhersagen	171
11 Medizinische Märchen durchleuchtet	172
Lebendig in Scheiben schneiden	172
Kriegsschiffe, Beatles und Körperteile	172
Sie und Ihr Röntgenschatten	173
Digitale Schatten	173
Spielen wir „Schiffe versenken“	174
Spiele mit Papier und Bleistift	174
Miniatur-„Schiffe versenken“	175
Ich sehe keine Schiffe …	176
Anleitung zum automatischen Aufspüren von Schiffen	176
Zurück zu den Röntgenstrahlen	178
Ein Röntgenstrahl markiert den Punkt	178
Das CT der Beatles	179
Magnete und Modelle	180
Eine Scheibe Magnetismus	181
Bewegungen beobachten	181
Weitere Messungen	182
Heiß und glücklich	182
Die Höhle in Ihrem Kopf	182
Tief einatmen!	183
Technologie erfordert Teamwork	183
12 Computer gegen Gehirn	185
Denken wie ein Computer?	185
Menschen als Computer	185
Computational Thinking im Alltag	186
Computational Thinking der Computer	187
Verwirrende Planungen	187
Maschinen, die Fehler machen	188
Hilfsbereite Maschinen	189
Das Spiel mit den Widersprüchen: Der unmögliche Raubüberfall	191
Die Spur verlieren	191
Der unmögliche Trick der Räuber	191
Was passiert hinter den Kulissen?	192
Verbergung des Raub-Algorithmus und der Zustandsraum	193
Die magische Vergangenheit inspiriert Ihre magische Zukunft	194
Die Welt der Illusionen	195
Erfüllen unsere Sinne die Erwartungen?	195
Die Sinnestäuschung von Süße	195
Temperatur-Sinnestäuschung	196
Tast-Sinnestäuschung	197
Größe-Gewicht-Sinnestäuschung	197
Jetzt sehen Sie es!	198
Ein mathematisches Modell des Verstandes	199
Das Gesetz von Weber	199
Ein gewichtiges psychophysikalisches Experiment	199
Drücken wir es mathematisch aus	200
Ich sage voraus, dass …	200
Eine nützliche Universalregel	201
Mit Biologie zu einer besseren Technologie	201
Das voreingenommene Gehirn	203
Der Nummer-37-Trick eines Straßenzauberers	203
Psychologie, Voreingenommenheit und Kognitionsforschung	204
Voreingenommenheit steckt überall	204
Unvollkommene Computer	206
Was sich reimt, ist gut …	207
13 Was also ist Computational Thinking?	208
Sammelbegriff verschiedener Techniken	208
Algorithmisches Denken	209
Computermodellierung	210
Wissenschaftliches Denken	211
Heuristik	211
Logisches Denken	212
Mustererkennung	212
Darstellung	213
Abstraktion	214
Verallgemeinerung	215
Zerlegung	217
Menschen verstehen	218
Evaluation	219
Kreativität	222
Zusammenfassung	223
14 Weiterführende Literatur	225
Wenn es um Informatik geht …	225
Wenn es um Mathematik geht …	226
Wenn es um Magie geht …	228
Wenn es um etwas anderes geht …	228
Auf der Grundlage von …	229
Sachverzeichnis	230