Entwurf und Analyse von Algorithmen
Eine Einführung in die Algorithmik mit Java
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Beschreibung
Trotz aller technologischer Fortschritte der vergangenen Jahrzehnte ist es immer wieder der Einsatz effizienter Algorithmen und Datenstrukturen, der das Lösen eines auf den ersten Blick aussichtslosen Problems ermöglicht und letztlich eine wirtschaftlich rentable Implementierung erlaubt.
Eine Sammlung grundlegender Algorithmen und Datenstrukturen bildet die Sprache, in der diese Lösungen formuliert und kommuniziert werden. Eine solche wird in diesem Buch in mathematisch präziser Weise und mit lauffertigem Java-Code präsentiert.
Um diesen Baukasten effektiv einsetzen zu können, ist das Verständnis der Stärken und Schwächen seiner Komponenten unabdingbar; dieses gewinnen wir aus der mathematischen Analyse der Algorithmen und der Diskussion der erzielten Ergebnisse – ein zentraler Aspekt dieses Buches.
Doch nicht für alle Probleme gelingt eine Lösung aus bereits bekannten Bausteinen. Entwurf und Analyse von Algorithmen lässt seine Leserinnen und Leser die Entdeckung einiger der größten Errungenschaften der Algorithmik nacherleben und führt sie damit an die Lösungfindung für neue Probleme heran. Schließlich zeigt eine kurze, aber ebenso präzise Einführung in die Theorie der Komplexitätsklassen P und NP die (mutmaßlichen) Grenzen der effizienten Lösbarkeit auf.
Elementare Datenstrukturen - Das Wörterbuchproblem - Sortieren - Graph-Algorithmen - String-Algorithmen - Entwurfsmethoden für Algorithmen - Komplexitätstheorie - Entwurfsmethoden für schwere Optimierungsprobleme
Die Autoren
Prof. Dr. Markus Nebel hat den Lehrstuhl Algorithmen & Bioinformatik an der Universität Bielefeld inne. Er erforscht das Average-Case-Verhalten von Algorithmen sowie von Strukturparametern kombinatorischer Klassen, wie sie in der Molekularbiologie und Chemie auftreten. Ein weiterer Schwerpunkt seiner Arbeit ist die Entwicklung effizienter Algorithmen in der Bioinformatik sowie deren Umsetzungin Werkzeugen für Naturwissenschaftler.
Dr. Sebastian Wild ist Postdoctoral Fellow an der University of Waterloo. Er forscht dort an speichereffizienten Datenstrukturen und der Analyse von Such- und Sortieralgorithmen. Seine Dissertation zum Average-Case-Verhalten von Mehrwege-Quicksort, betreut von Prof. Dr. Markus Nebel, erhielt den GI Dissertationspreis 2016, unter anderem für die didaktische Aufbereitung der Thematik.
Effiziente Algorithmen und Datenstrukturen haben sich in den letzten Jahrzehnten selbst bei der Lösung aussichtslos erscheinender praktischer und theoretischer Probleme bewährt. Dieses Buch führt in die Algorithmik mit Java ein und präsentiert dafür eine Sammlung grundlegender Algorithmen und Datenstrukturen – mathematisch präzise und mit lauffertigem Java-Code.
Die Autoren entwickeln die Ideen iterativ, so dass Leserinnen und Lesern die einzelnen Schritte von der naiven Lösung bis zum fertigen Lehrbuchalgorithmus nachvollziehen können. Einzelne Algorithmen werden hinsichtlich ihrer Stärken und Schwächen und der erzielten Ergebnisse diskutiert. Dadurch lernen Nutzer, die im Buch vorgestellten Elemente des Baukastens effektiv einzusetzen. Zahlreiche Beispiele und Abbildungen sowie 100 vertiefenden Übungsaufgaben unterstützen sie dabei.
Nicht für alle Probleme kann eine Lösung aus bereits bekannten Bausteinen entwickelt werden. Wie lassen sich mithilfe der Algorithmik dennoch Lösungen finden? Die Autoren lassen ihre Leser die Entwicklung der Algorithmik miterleben und leiten aus den Beispielen allgemeine Entwurfsmethoden ab, so dass Studierende und andere Leser lernen, wie sich auch für neue Probleme Lösungen finden lassen. Eine kurze, präzise Einführung in die Theorie der Komplexitätsklassen P und NP zeigt darüber hinaus die Grenzen der effizienten Lösbarkeit und stellt gängige Auswege für die praktische Lösung NP-harter Probleme vor.
Neben elementaren Datenstrukturen, Entwurfsmethoden, Suchbäumen sowie Sortier-, Graph- und String-Algorithmen werden auch Themen wie Approximation, randomisierte Algorithmen oder das Lineare Programmieren kurz angerissen, um einen Ausblick darauf zu geben, was die Algorithmik darüber hinaus noch leisten kann.
Das fachlich ebenso wie didaktisch fundierte Buch erscheint in der Reihe der „Studienbücher Informatik“ und begleitet Studierende in Vorlesungen zu Datenstrukturen und Algorithmen. Es unterstützt sie außerdem bei der gezielten Prüfungsvorbereitung.
Didaktisch fundierte Einführung mit mathematisch präziser Darstellung Mit lauffähigem Java-Code, über 160 Abbildungen und mehr als 100 Übungsaufgaben Setzt auf schrittweise Entwicklung: von der naiven Lösung zum effizienten Algorithmus
Autor*in
Markus Nebel
Themen in »Entwurf und Analyse von Algorithmen«
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Stimmen zu »Entwurf und Analyse von Algorithmen«
“Das Buch liefert eine breite Fächerung an Themen, von einfachen Datentypen bis hin zur Komplexitätstheorie. Dabei liefert das Buch ausführliche und gute Erklärungen für die einzelnen Kapitel und schafft es den Leser dabei nicht zu verlieren. Dieser kann sein Wissen mit den am Ende gestellten Fragen noch einmal Überprüfen.” (Danny Pilz, Lehrstuhl für ABWL und Operations Management, Friedrich-Schiller-Universität Jena)
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