Informatik (eBook)

Eine praktische Einführung mit Bash und Python

Tobias Häberlein (Autor)

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2017 | 2. Auflage
242 Seiten
De Gruyter Oldenbourg (Verlag)
978-3-11-049687-1 (ISBN)

Infos

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.

Inhalt

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

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 21.11.2017
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik ► Theorie / Studium
• ISBN-10: 3-11-049687-9 / 3110496879
• ISBN-13: 978-3-11-049687-1 / 9783110496871