Grundlagen: Algorithmen, Programme & Programmiersprachen

Was ist ein Algorithmus?

Ein Algorithmus ist eine endliche und geordnete Abfolge von eindeutigen Anweisungen, die ein bestimmtes Problem löst.

Merkmale von Algorithmen

• Endlichkeit: Jeder Algorithmus muss nach einer endlichen Anzahl von Schritten enden.
• Definiertheit: Jeder Schritt muss eindeutig und präzise definiert sein.
• Ausführbarkeit: Jeder Schritt muss in einer endlichen Zeit ausführbar sein.
• Eingabe: Es muss eine definierte Menge an Eingabedaten geben.
• Ausgabe: Es muss eine definierte Menge an Ausgabedaten (Ergebnissen) erzeugt werden.

Was ist Programmierung?

Programmierung ist der Prozess, bei dem der Quellcode eines Computerprogramms in einer Programmiersprache geschrieben, verfeinert und getestet wird. Computerprogramme sind die Elemente, aus denen Software besteht. Sie enthalten eine Reihe von Anweisungen, die die Hardware eines Computers anweisen, eine bestimmte Aufgabe auszuführen.

Programmiersprachen

Eine Programmiersprache ist ein Satz von Symbolen sowie syntaktischen und semantischen Regeln, die die Struktur und die Bedeutung ihrer Elemente und Ausdrücke definieren. Sie wird verwendet, um das physische und logische Verhalten einer Maschine zu steuern.

Reservierte Wörter

Ein reserviertes Wort (oder Schlüsselwort) ist in einer Programmiersprache ein Wort, das eine besondere grammatikalische Bedeutung hat und nicht als Bezeichner (z. B. für Variablennamen) verwendet werden kann.

Das Konzept eines Programms

Ein Programm verwendet eine Reihe von Anweisungen (Algorithmen), um Eingabedaten (Input) in verständliche Ergebnisse (Output) umzuwandeln. In der Praxis haben Daten oft komplexe Strukturen.

Dies führt zu der grundlegenden Formel der Softwareentwicklung:

Algorithmen + Datenstrukturen = Programme

Unterschied zwischen Algorithmus und Programm

Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein Programm die konkrete Implementierung eines Algorithmus in einer bestimmten Programmiersprache ist. Der Algorithmus ist die abstrakte, geordnete Folge von Anweisungen zur Lösung eines Problems, während das Programm der ausführbare Code ist.

Elemente eines Programms

Die einzelnen Befehle eines Programms werden Anweisungen oder Statements genannt. Sie bestehen aus Konstanten, Variablen, Operatoren und Ausdrücken.

Arten von Anweisungen

• Ein-/Ausgabeanweisungen: Regeln die Kommunikation zwischen Peripheriegeräten und dem Hauptspeicher.
• Zuweisungen: Weisen Variablen Werte zu.
• Kontrollstrukturen: Steuern den Ablauf eines Programms.
• Deklarationen: Reservieren Speicherbereiche für Variablen, um Daten aufzunehmen.
• Prozeduren/Funktionen: Fassen eine Reihe von Anweisungen zu einer benannten Einheit zusammen.

Typen von Kontrollstrukturen

• Sequenz: Zwei oder mehr Anweisungen werden nacheinander ausgeführt.
• Selektion (Alternative): Abhängig von einer Bedingung wird die eine oder andere Anweisung ausgeführt (z. B. if-else).
• Iteration (Schleife/Zyklus): Eine oder mehrere Anweisungen werden wiederholt, solange eine Bedingung erfüllt ist. Schleifen können ineinander verschachtelt, aber nicht überlappend sein.

Module

Merkmale eines Moduls

• Es besteht aus einer oder mehreren Anweisungen, die logisch zusammengehören.
• Es besitzt einen Namen, über den es von verschiedenen Stellen eines Programms aufgerufen werden kann.
• Ein Modul kann ein ganzes Programm, eine Funktion oder eine Subroutine sein.

Zähler und Akkumulatoren

Ein Zähler ist eine Variable, die zählt, wie oft ein bestimmtes Ereignis eintritt (z. B. ein Schleifendurchlauf). Oft wird der Wert dabei um 1 erhöht (inkrementiert).

Ein Akkumulator ist eine Variable, die dazu dient, Werte aufzusummieren.