Quelltext der Seite Datenstrukturen und Algorithmen - Grundlegende Datenstrukturen und Algorithmen kennenlernen und anwenden - M - Kompetenzraster Informatik

{{:MOOCit - Oben}}
{| align=center
{{:D-Tab}}
'''Grundlegende Datenstrukturen und Algorithmen'''
{{o}} [[Array|Arrays]]
{{o}} [[Verkettete Liste|Verkettete Listen]]
{{o}} [[Stack (Datenstruktur)|Stacks und Queues]]
{{o}} [[Binärbaum|Bäume]]
{{o}} [[Graph (Datenstruktur)|Graphen]]
{{o}} [[Suchalgorithmen|Suchalgorithmen]]
{{o}} [[Sortieralgorithmen|Sortieralgorithmen]]
{{o}} [[Graphenalgorithmen|Graphenalgorithmen]]
|}

= Einleitung =

In diesem aiMOOC beschäftigen wir uns mit den grundlegenden Datenstrukturen und Algorithmen. Datenstrukturen sind ein zentraler Bestandteil der Informatik. Sie ermöglichen es, Daten effizient zu speichern, zu organisieren und darauf zuzugreifen. Algorithmen hingegen sind Verfahren oder Vorschriften zur Lösung von Problemen oder zur Bearbeitung von Daten. Beide, Datenstrukturen und Algorithmen, bilden das Fundament für effiziente und leistungsfähige Softwareentwicklung. Dieser Kurs führt dich durch die wichtigsten Konzepte, von einfachen Strukturen wie Listen und Stacks bis hin zu komplexeren Strukturen wie Bäumen und Graphen. Außerdem lernst du grundlegende Algorithmen zur Datenmanipulation, -suche und -sortierung kennen.

{{:BRK}}
= Grundlegende Datenstrukturen =

{{:BRK}}
== Arrays ==

Arrays sind die einfachsten und am weitesten verbreiteten Datenstrukturen. Sie speichern Elemente in einer festen Reihenfolge und ermöglichen den schnellen Zugriff auf jedes Element über einen Index.

{{o}} [[Array|Vorteile von Arrays]]
{{o}} [[Array|Nachteile von Arrays]]

{{:BRK}}
== Verkettete Listen ==

Eine verkettete Liste ist eine Sammlung von Elementen, die Knoten genannt werden. Jeder Knoten enthält Daten und einen Verweis (Link) auf den nächsten Knoten in der Liste.

{{o}} [[Verkettete Liste|Einfach verkettete Listen]]
{{o}} [[Doppelt verkettete Liste|Doppelt verkettete Listen]]

{{:BRK}}
== Stacks und Queues ==

Stacks (Stapel) und Queues (Warteschlangen) sind spezialisierte Datenstrukturen, die für bestimmte Szenarien optimiert sind. Stacks folgen dem Prinzip "zuletzt rein, zuerst raus" (LIFO), während Queues dem Prinzip "erst rein, erst raus" (FIFO) folgen.

{{o}} [[Stack (Datenstruktur)|Stacks]]
{{o}} [[Queue (Datenstruktur)|Queues]]

{{:BRK}}
== Bäume ==

Bäume sind hierarchische Datenstrukturen, die Elemente in einem verzweigten System speichern. Sie bestehen aus Knoten, die durch Kanten verbunden sind.

{{o}} [[Binärbaum|Binärbäume]]
{{o}} [[Balancierte Baumstruktur|Balancierte Bäume]]

{{:BRK}}
== Graphen ==

Graphen bestehen aus einer Menge von Knoten und Kanten, die diese Knoten verbinden. Sie eignen sich hervorragend, um Beziehungen zwischen Objekten darzustellen.

{{o}} [[Graph (Datenstruktur)|Gerichtete und ungerichtete Graphen]]
{{o}} [[Graphentheorie|Anwendungen von Graphen]]

{{:BRK}}
= Grundlegende Algorithmen =

{{:BRK}}
== Suchalgorithmen ==

Suchalgorithmen ermöglichen das Auffinden von Elementen innerhalb von Datenstrukturen. Zu den bekanntesten gehören die lineare Suche und die binäre Suche.

{{o}} [[Lineare Suche|Lineare Suche]]
{{o}} [[Binäre Suche|Binäre Suche]]

{{:BRK}}
== Sortieralgorithmen ==

Sortieralgorithmen ordnen die Elemente einer Datenstruktur in einer bestimmten Reihenfolge an. Beliebte Sortieralgorithmen sind Bubble Sort, Quick Sort und Merge Sort.

{{o}} [[Bubble Sort|Bubble Sort]]
{{o}} [[Quick Sort|Quick Sort]]
{{o}} [[Merge Sort|Merge Sort]]

{{:BRK}}
== Graphenalgorithmen ==

Graphenalgorithmen dienen der Analyse von Graphen und der Lösung spezifischer Probleme wie dem Finden des kürzesten Weges zwischen zwei Knoten.

{{o}} [[Dijkstra-Algorithmus|Dijkstra-Algorithmus]]
{{o}} [[Breitensuche|Breitensuche und Tiefensuche]]

{{:BRK}}
= Interaktive Aufgaben =

{{:BRK}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{:Multiple-Choice Anfang}}

'''Was ist die Hauptfunktion eines Arrays?'''
(Speicherung von Elementen in einer festen Reihenfolge mit schnellem Zugriff über Indizes)
(!Speicherung von Elementen ohne jegliche Reihenfolge)
(!Verarbeitung von Daten in einer LIFO-Struktur)
(!Asynchrone Datenverarbeitung)

'''Welche Datenstruktur folgt dem LIFO-Prinzip?'''
(Stack)
(!Queue)
(!Array)
(!Verkettete Liste)

'''Welcher Sortieralgorithmus ist im Durchschnitt am schnellsten?'''
(Quick Sort)
(!Bubble Sort)
(!Insertion Sort)
(!Selection Sort)

'''Für welche Problemstellung wird der Dijkstra-Algorithmus verwendet?'''
(Finden des kürzesten Weges zwischen zwei Knoten in einem Graphen)
(!Sortieren von Elementen in einem Array)
(!Umkehren der Reihenfolge in einer verketteten Liste)
(!Finden des größten Elements in einem Binärbaum)

'''Was ist eine Eigenschaft eines balancierten Baumes?'''
(Bessere Leistung bei Suchvorgängen durch eine garantierte maximale Höhe)
(!Alle Knoten haben genau zwei Kinder)
(!Knoten können beliebig viele Kinder haben)
(!Keine Notwendigkeit zur Neubalancierung nach Einfüge- oder Löschoperationen)

{{:Multiple-Choice Ende}}
<br>

{{:BRK}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Array || Speicherung in fester Reihenfolge
|-
| Stack || LIFO-Prinzip
|-
| Queue || FIFO-Prinzip
|-
| Binärbaum || Hierarchische Datenstruktur
|-
| Dijkstra-Algorithmus || Kürzester Weg in einem Graphen
|}
{{:Memo Ende}}
<br>
{{:BRK}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| array || Welche Datenstruktur speichert Elemente in einer festen Reihenfolge?
|-
| stack || Welche Datenstruktur folgt dem LIFO-Prinzip?
|-
| queue || Welche Datenstruktur folgt dem FIFO-Prinzip?
|-
| graph || Was stellt Beziehungen zwischen Objekten dar?
|-
| sort || Was tun Algorithmen, um Elemente in einer bestimmten Reihenfolge anzuordnen?
|-
| search || Was tun Algorithmen, um ein spezifisches Element zu finden?
|-
| tree || Welche Struktur wird verwendet, um Elemente hierarchisch zu speichern?
|-
| quicksort || Welcher Sortieralgorithmus ist bekannt für seine Geschwindigkeit?
|}
{{:Kreuzwort Ende}}
<br>
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Grundlegende+Datenstrukturen+und+Algorithmen </iframe>
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Arrays ermöglichen den { schnellen } Zugriff auf Elemente über { Indizes }. Ein Stack folgt dem { LIFO }-Prinzip, wohingegen eine Queue dem { FIFO }-Prinzip folgt. Der { Dijkstra }-Algorithmus wird verwendet, um den kürzesten Weg in einem { Graphen } zu finden.
</quiz>
{{:BRK}}
= Offene Aufgaben =

=== Leicht ===
{{o}} [[Datenstrukturen]]: Zeichne ein Diagramm, das die Unterschiede zwischen Arrays und verketteten Listen darstellt.
{{o}} [[Algorithmen]]: Schreibe Pseudocode für die lineare Suche in einer Liste.

=== Standard ===
{{o}} [[Binärbaum]]: Implementiere einen einfachen Binärbaum in einer Programmiersprache deiner Wahl.
{{o}} [[Sortieralgorithmen]]: Vergleiche die Laufzeit von Bubble Sort und Quick Sort für eine zufällige Liste von Zahlen.

=== Schwer ===
{{o}} [[Graphen]]: Entwerfe einen Algorithmus, der prüft, ob ein Graph zusammenhängend ist.
{{o}} [[Balancierte Bäume]]: Erstelle eine Präsentation über die Bedeutung balancierter Bäume für Datenbanken.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{:BRK}}
= Lernkontrolle =

{{o}} [[Arrays]]: Erkläre, warum Arrays besonders geeignet sind, wenn häufiger Zugriff auf Elemente über Indizes erforderlich ist.
{{o}} [[Verkettete Listen]]: Diskutiere die Vor- und Nachteile verketteter Listen im Vergleich zu Arrays.
{{o}} [[Sortieralgorithmen]]: Bewerte die Eignung verschiedener Sortieralgorithmen für große Datensätze.
{{o}} [[Graphen]]: Untersuche, wie Graphenalgorithmen in sozialen Netzwerken verwendet werden können.
{{o}} [[Bäume]]: Analysiere, wie die Struktur von Bäumen die Datenorganisation und -abfrage beeinflusst.

<br>
<br>
= OERs zum Thema =
<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datenstruktur </iframe>
<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Algorithmus </iframe>
<br>
= Links =

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{{:D-Tab}}
'''Grundlegende Datenstrukturen und Algorithmen'''
{{o}} [[Array|Arrays]]
{{o}} [[Verkettete Liste|Verkettete Listen]]
{{o}} [[Stack (Datenstruktur)|Stacks und Queues]]
{{o}} [[Binärbaum|Bäume]]
{{o}} [[Graph (Datenstruktur)|Graphen]]
{{o}} [[Suchalgorithmen|Suchalgorithmen]]
{{o}} [[Sortieralgorithmen|Sortieralgorithmen]]
{{o}} [[Graphenalgorithmen|Graphenalgorithmen]]
|}

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[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]] [[Kategorie:Informatik]]