Informatik 09

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Basisinformationen zu Informatik 09. In der Jahrgangsstufe 9 ist der Einstieg das Arbeiten mit Funktionen und Datenflüssen (anhand von Calc/ Excel) und das zentrale Themengebiet die Objektorientierte Programmierung (OOP) mit Python und die Datenbank-Verknüpfung mit SQL.

Aufgaben in Informatik 9

Grundlagen der Informatik (Wdh)
Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Klassen- und Objektkarte, Klassendiagramm, HTML (Wdh)
HTML (Wdh) webSeite mit Wordpress (wordpress.com) o.a. editieren. NEU: CSS, js (Jquery), XML
codepen.io | CodePen online editor
LibreOffice Calc bzw. Microsoft Excel (Fkt)
Aufgaben aus dem Informatik-Buch der Reihe nach selbständig bearbeiten. Das Buch ist dafür zur Informatik-Stunde mitzubringen. Schreibe Deinen Lösungsvorschlag in Dein Heft.

Funktionale Programmierung: Lege EINE Datei an mit mehreren Blättern (tabs unten).
opt: Aufgabe Schreibtraining: Übe konzentriert, z.B. jede Unterrichtsstunde, zu Stundenbeginn ca 5 min.
Referat Informatik (Präsentation) - 5 min Vortrag mit Hefteintrag (> alle)

OOP (Objektorientierte Programmierung) mit Processing: processing.org (Vereinfachte Java-Version) bzw. openprocessing.org
Processing ist eine objektorientierte, stark typisierte Programmiersprache mit zugehöriger integrierter Entwicklungsumgebung. Die Programmiersprache ist auf die Einsatzbereiche Grafik, Simulation und Animation spezialisiert. Processing wird in einem quelloffenen Projekt entwickelt, das am Massachusetts Institute of Technology in Boston von Ben Fry (Broad Institute) und Casey Reas (UCLA Design|Media Arts) initiiert wurde. Processing hat den Charakter einer stark vereinfachten Version der Programmiersprache Java, ermöglicht Interaktionen und visuelle Elemente zu programmieren und richtet sich vorwiegend an Gestalter, Künstler und Programmieranfänger.
OOP mit Python: Online-Kurs z.B. auf cscircles.cemc.uwaterloo.ca/de
OOP mit Java: Online-Kurs z.B. auf java.mathe-pabst.de
Datenbanken/ Datenmodellierung: Lege ZWEI Datenbanken (DB) an mit den benötigten Tabellen (LibreOffice Calc, Microsoft Access) zu den Themen "Musik-DB" und "Photo/ Filmarchiv".
Digitales Audio, vgl. learningmusic.ableton.com und learningsynths.ableton.com
Bild Archiv, vgl. architonic.com, metmuseum.org, instagram.com, typicon.de
https://metmuseum.org/about-the-met/policies-and-documents/open-access
Datenmodellierung: ZWEI Datenbanken (DB) mit den benötigten Tabellen (LibreOffice Calc, Microsoft Access) zu den Themen "Musik-DB" und "Photo/ Filmarchiv" anlegen
(wenige (auch fiktive) Datensätze reichen für eine SQL-Abfrage
SQL Lite (py), LibreOffice Base, Microsoft Access (DB)

Aufgaben aus dem Informatik-Buch der Reihe nach selbständig bearbeiten. Das Buch ist dafür zur Informatik-Stunde mitzubringen. Schreibe Deinen Lösungsvorschlag in Dein Heft.
Werkzeugkasten-Kapitel im Buch. Lies sie dir selbständig durch (ab S. 142 in Informatik I, Oldenbourg-Verlag)

Digitales Audio, vgl. learningmusic.ableton.com (zur Klärung eines persönlich musikalisch favorisierten Klassendiagramms mit relevanten Attributen)
https://metmuseum.org/about-the-met/policies-and-documents/open-access (Kunstgeschichts-Bilder mit public-domain-Lizenz)

Mögliche Referate Informatik 9 (5 min Vortrag, ca. 20+ Präsentationsfolien)

wichtig ist hierbei jeweils:

Beschreibung | Definition | Beispiel | Abbildung mit Quellenangaben für Abbildungen und Text.

Jedes Bild hat eine Bildunterschrift, z.B.: Abb. 1: Bildname/Beschreibung/Beispiel Quellenangabe

Bei jedem Referat soll am Ende ein kurzer Hefteintrag (1-3 Folien zum Abschreiben, Graphik oder Abbildung zum Abzeichnen) die letzte Seite sein.

Grundlagen der Informatik | basic

Geschichte/ Meilensteine der Informatik
Klasse Objekt Attribut Methode. Punktnotation
  Klassenkarte Objektkarte Klassendiagramm | py
  Beziehungen und Kardinalitäten
Methoden | py
HTML | atom.io oder notepad++
Algorithmus/ algorithmisches Denken
Struktogramme
Baum und Graph | Hierarchische Strukturen
Binäres Zahlensystem (vgl. S. 63)
Rechnerarchitektur

Open Source
CC, Copyright und Lizenzen
KI - Künstliche Intelligenz
Big Data - Überwachung, Online-Tracking, Datenschutz
Serious Games, technologiegestütztes Lernen

Funktionale Programmierung | py

Funktionen
Vordefinierte Funktionen (vgl. S. 39)
Logische Funktionen UND, ODER, NICHT - AND, OR, NOT
Logische Funktionen/ Logikgatter - NAND, NOR, XOR, XNOR
Datenflussdiagramm
  Bedingte Funktion: WENN-Funktion
while-Schleife
if-/else - Bedingte Anweisung
  Zusammenfassen von Funktionen
  Verknüpfung von Tabellen
  Verzweigung im Datenfluss
Geschichte der Tabellenkalkulation (vgl. S. 62)
Tabellenkalkulation - Buchhaltung
Diagramme aus Tabellendaten
  Kapital-Berechnung (Kredit-Aufnahme, Geld-Anlegen, Zinsberechnung mit Zinstagen - Beginn- u. Ende Datum; Kostenkalkulationen)
  Zusammengesetzte Daten (z.B. Brüche)
  Verkaufspreis mit Mengenrabatt
  Verkaufspreis mit Skonto
  Kostenvoranschlag (Rechnung) mit Tabellenkalkulation
  Adress-Listen mit Tabellen
  Diagramme in Tabellenkalkulation: Entwicklung der Weltbevölkerung (vgl. S. 61)
  Kopieren - relative und absolute Adressen
  Links - lokal und online z.B. in Tabellen

Informatik und python

  if/else - Bedingung
  while - Schleife
  Objekte | py
  Klassen | py z.B. Liste (unsortiert, sortiert), Liste einfach verkettet, Schlange, Stapel, Baum, Graph (ungewichtet, gewichtet)
  Klassenkarten | py
  Objektkarten | py
  Klassendiagramm
  Objektdiagramm
  Zustandsdiagramm
  Variablen | py
  Methoden | py
  Anweisungen | py
  Strings (Zeichenketten) | py
  Vererbung | py
Verzweigung/ Rekursion
  Bsp. Koch'sche Schneeflocke
  Bsp. Sierpinski-Dreieck
  Bsp. Fibonacci-Funktion
  Lastenheft/ Pflichtenheft in der Informatik
Agile Softwareentwicklung (vs Wasserfall-Modell)
  Objektorientierte Programmierung - Diff. python, Java
  Biometrische Daten als Schlüssel
Künstliche Intelligenz (Artificial Intelligence AI)
Intuitive Bedienbarkeit/ User-Dialog/ GUI - Graphische Oberfläche und optisches Design
Eclipse-Programmierumgebung
Android-Programmierung
python-Turtle-Programmierung

_________________(eigener Themenvorschlag)

Datenbanken | py

  DB statt Fkt - warum?
  Datentypen | py
  Relationales Datenbanksystem
  SQL-Abfragen
Datenbankschema
Datenpflege und Änderungsanomalien (UPDATE, INSERT, DELETE)
Datensicherheit und Datenschutz
Klassendiagramm und Kardinalitäten
  n:m - Beziehung
  Das kartesische Produkt
  Aggregat-Funktionen von SQL (COUNT, AVG, MAX, MIN, SUM vgl. S. 103)
  Schlüssel, Fremdschlüssel und referentielle Integrität
  Datenpflege (Ändern, Einfügen, Löschen von Datensätzen | UPDATE, INSERT, DELETE)
  Datenkonsistenz
  Datensicherheit und Datenschutz
  Datenbankschema
  Datenbank-Design
Prüfziffer am Bsp. der ISBN-Nummer

Wdh EOS:

EOS2 | Bsp. Funktionen zeichnen: Sinuskurve

Bsp. in EOS2: Sinuskurve vgl. lathanda.de Beispiel "Funktionen zeichnen"

x:Real
t:Turtle
t.linienstärkeSetzen(1)
t.stiftAuf()
x = -100
t.setzeTurtleXY(x,10*f(x/10))
t.stiftAb()
wiederhole 200 mal
    x = x + 1
    t.setzeTurtleXY(x,10*f(x/10))
*wiederhole
anweisung f(x:Real):Real
    ergebnis = 5*sin(50*x)

*anweisung

Informatik 09

Grundwissen Informatik 06: Klasse, Objekt, Attribut, Methode

Objekte und Klassen

Objekt

Man kann die analoge und auch digitale Welt in Objekten verschiedener Art beschreiben. In Vektorgrafiken finden sich Linien, Kreise, Rechtecke oder Textblöcke; in (reinen) Rastergrafiken dagegen nur Objekte der Art Bildpunkt. Jedes Objekt benötigt zur eindeutigen Identifizierung einen innerhalb des jeweiligen Dokumentes eindeutigen Bezeichner, z.B. kreis1, rechteck7 oder linie13.

Attribut

Die Eigenschaften der Objekte werden durch die Werte ihrer Attribute beschrieben. Bsp. (in Punktschreibweise):

Objektname.Attributname=Wert

kreis1.füllfarbe=rot #rot ist der Attributwert
Klasse:KREIS

Für eine Attributwert-Zuweisung schreiben wir allgemein:
Objektname.Attributname=Wert

Klasse

Je nach Art der Attribute teilt man Objekte in Klassen ein. Objekte der gleichen Klasse haben dieselben Attribute und Methoden. Eine Klasse stellt einen Konstruktionsplan für bestimmte Objekte dar, der mit all seinen Informationen auch ohne diese Objekte existiert.

Objekt:KLASSE

Methode

Objekte können auf Befehl bestimmte Operationen (Methoden) ausführen. Diese Operationen werden durch den Aufruf einer Methode ausgelöst. Bsp.:

Objektname.Methodenname(Wert)

buchstabe1.horizontalSpiegeln()
buchstabe5.horizontalVerschieben(2cm) #2cm ist der Methodenwert
Klasse: BUCHSTABE

Für einen Methodenaufruf schreiben wir allgemein:

Objektname.Methodenname(Wert)

Parameter

Bei vielen Methoden muss man durch ein oder mehrere Argumente (Parameter) festlegen, mit welchen Eingaben sie ausgeführt werden sollen, z.B. um welche Strecke ein Objekt verschoben werden soll. Die Parameter werden in einer festgelegten Reihenfolge in Klammern notiert. Bsp.:
buchstabe1.verschieben(2cm, -3cm)

Variable

Klassenkarte, Klassendiagramm

Objektkarte > Zustände

Algorithmus

Forderungen an einen Algorithmus:

Eindeutigkeit: ein Algorithmus darf keine widersprüchliche Beschreibung haben. Diese muss eindeutig sein.

Ausführbarkeit: jeder Einzelschritt muss ausführbar sein.

Finitheit (= Endlichkeit): die Beschreibung des Algorithmus muss endlich sein.

Terminierung: nach endlich vielen Schritten muss der Algorithmus enden und ein Ergebnis liefern.

Determiniertheit: der Algorithmus muss bei gleichen Voraussetzungen stets das gleiche Ergebnis liefern.

Determinismus: zu jedem Zeitpunkt der Ausführung besteht höchstens eine Möglichkeit der Fortsetzung. Der Folgeschritt ist also eindeutig bestimmt.

Modellierung in der Informatik

reales System: Systemanalyse. abgrenzen, abstrahieren, idealisieren, zusammenfassen
mentales Modell: Modellbildung
reales Modell: Normierte Darstellung, Programm

> neue Erkenntnisse (über das reale System)

Modellbilden bedeutet:
- einen Ausschnitt aus dem realen System wählen und alle Einflüsse von außen weglassen,
- nur die wichtigen Dinge in diesem Ausschnitt betrachten.
- diese wichtigen Dinge so einfach wie möglich und so umfassend wie nötig wiedergeben,
- das Modell mit einer normierten Darstellungsform beschreiben.

Textverarbeitung (II)

Serienbriefe (u. a. Seriendruckfelder, Bedingungen, Datenquellen, Hauptdokument)
Privatbrief (u. a. Aufbau, Vorlagenerstellung, Privatanschriftfeld)
Geschäftsbriefe (u. a. Aufbau, Vorlagenerstellung, Anschriftfeld, Briefschluss)
Unterscheidung zwischen Privat- und Geschäftsbrief
Autotexte, Textbausteine
(Online-)Formulare
Bewerbungsunterlagen (u. a. Online-Bewerbung)
Layout anspruchsvoller Dokumente (u. a. Absatz-, Zeichen-, Seitenformatierungen, Tabellen, Verknüpfungen, Formatvorlagen, Inhaltsverzeichnis)
Objekte der Textverarbeitung, z. B. Textfelder, Tabulatoren, Spalten, Umbrüche
Funktionen eines Textverarbeitungsprogramms, z. B. Nummerierung, Aufzählung, Feldfunktionen wie Datum und Seitenzahl
Automatisches Inhaltsverzeichnis und Fußnoten

(Fkt) Funktionale Modellierung | Literatur-Recherche

Praxis-Projekt Literatur-Recherche | Inhalt: individuell

Autor-Nachname, Vorname, Buchtitel, Jahr, Verlag, Inhalt-Überblick, Notizen, Anmerkung
bzw.
Heft-Name, Jahr, Heft-Nr., Inhalt-Überblick, Notizen, Anmerkung

Funktionale Modellierung | Funktionen als Prozessbeschreibungen

grundlegende Funktionsweise eines Tabellenkalkulationsprogramms
Modelle zur Analyse und Lösung von Aufgaben, z. B. Struktogramm, Datenflussdiagramm, Aktivitätsdiagramm
Datentypen, z.B. Text, Zahl, Datum
Formeln und ihre Bestandteile
relative und absolute Zelladressierung
einfache Funktionen und ihr Aufbau, z. B. zur Berechnung von Minimum, Maximum, Summe, Mittelwert
verschiedene Diagrammtypen, z. B. Kreis-, Säulen-, Liniendiagramm
Modelle (z. B. Struktogramm, Datenflussdiagramm, Aktivitätsdiagramm) zur Analyse und Lösung von Aufgabenstellungen mit diversen Funktionen
zweiseitige Auswahlstruktur
Sortierfunktion
erweiterte Formatierungsmöglichkeiten: bedingte Formatierung, benutzerdefinierte Zahlenformate
Verknüpfung von Zellinhalten über mehrere Tabellenblätter
mehrstufige und mehrseitige Auswahlstrukturen
Wahrheitswert, logische Funktionen und ihre Verknüpfungen
Gültigkeitsprüfung für Eingabewerte (Validierung)
Filterung von Daten
Schutz von Zellen und Tabellenblättern
weitere Funktionen, z. B. aus den Bereichen Mathematik, Statistik, Finanzen, Datum und Uhrzeit

Viele Prozesse in Arbeitswelt und Technik lassen sich wegen ihrer Komplexität nur dadurch überschauen, dass man sie in Teilprozesse gliedert. In einem geeigneten Diagramm stellt man diese Teilprozesse dar und beschreibt den Materialfluss zwischen ihnen.

In der Informatik werden Daten verarbeitet. Ein Datum (Datenelement) umfasst dabei sowohl die Darstellungsform als auch die zugehörige Bedeutung.

Eine Funktion beschreibt einen klar umrissenen Vorgang (Prozess) innerhalb eines größeren Zusammenhangs. Sie ermittelt aus Eingabewerten nach einer festgelegten und eindeutigen Zuordnungsvorschrift einen Ausgabewert.
Jede Funktion hat einen Bezeichner und eine Zuordnungsvorschrift. Die Platzhalter für die nötigen Eingabewerte werden mit eindeutigen Bezeichnern festgelegt und heißen Eingangsparameter.
Schreibweise:

Funktionsname(Eingangsparameter1; Eingangsparameter2; Eingangsparameter3; ...)

Beim Aufruf der Funktion werden die Eingangsparameter entsprechend ihrer Reihenfolge durch aktuelle Eingabewerte ersetzt. Mit diesen Werten wird der Ausgabewert bestimmt.

Logische Funktionen UND, ODER, NICHT

Mit Wahrheitswerten kann man logisch rechnen.
Melde Dich, WENN du die Antwort weißt ODER eine Frage hast.
Melde Dich, WENN jemand eine Frage gestellt hat UND du die Antwort kennst.
Frag nach, WENN du etwas NICHT verstanden hast.

Präs2 | Tabellenkalkulationssystem. Die Klasse ZELLE. Datentypen
Präs3 | Zusammenfassen von Funktionen. Treppenvolumen berechnen.
Präs4 | Verzweigung im Datenfluss. Malerkosten berechnen.
Präs5 | Vordefinierte Funktionen. ANZAHL. SUMME. MITTELWERT.
Präs6 | Zusammengesetzte Daten. Bruchaddition.
Präs7 | Bedingte Funktionen. Mengenrabattsatz.

Datenflussdiagramm
Zur Berechnung komplexer Zusammenhänge lassen sich Funktionen kombinieren. Dabei wird der Ausgabewert einer Funktion zum Eingabewert einer anderen Funktion. In der grafischen Darstellung entsteht ein Datenflussdiagramm.
Elemente eines Datenflussdiagramms sind:

Funktionen, die Daten verarbeiten (Rechtecke, abgerundet)
Verbindungspfeile (zeigen von Datenflüssen). Bei vielen Tabellenkalkulationsprogrammen kann man sich die Datenflusspfiele aufgrund der Zuordnungsvorschriften nachträglich automatisch eintragen lassen.
Eingabewerte (Quellen)
Ausgabewert (Senke)

Bei der funktionalen Modellierung werden komplexe Prozesse in einzelne Teilprozesse zerlegt und der Datenfluss zwischen den Prozessen analysiert. Das Datenflussidagramm ist eine grafische Darstellungsform für ein funktionales Modell.
Das funktionale Modellieren besteht in erster Linie aus den Schritten:

Identifizieren der Eingabewerte und des Ausgabewertes des Gesamtprozesses
Bestimmen der Teilprozesse und Datenflüsse
Erstellen des Datenflussdiagramms
Beschreiben der Teilprozesse durch Zuordnungsvorschriften.

Hinweis: Beim Erstellen eines Datenflussdiagramms betrachtet man jeden Teilprozess im ersten Moment als sogenannte "Blackbox". Das heißt, man weiß zwar, was der Teilprozess machen soll, aber noch nicht, wie dies im Detail durchzuführen ist. Erst im letzten Schritt beschäftigt man sich bei der funktionalen Modellierung mit dem "wie", also dem Entwickeln einer geeigneten und detaillierten Zuordnungsvorschrift.

Tabellenkalkulationssysteme

Die Dokumente einer Tabellenkalkulation enthalten Rechenblätter. Ein Rechenblatt enthält Objekte der Klassen ZELLE, ZEILE und SPALTE.
Der Datentyp einer Zelle legt fest, welche Werte das Attribut Zellwert annehmen kann und welche Operationen (Rechenverfahren) auf diesen Werten möglich sind. Wichtige Datentypen in Tabellenkalkulationsprogrammen sind (Komma-)Zahl, Text, Zeitangabe, Wahrheitswert.
Der Wert des Attributes Zellwert einer Zelle kann eine vom Benutzer eingegebene Konstante oder das Ergebnis der Ausführung einer Zuordnungsvorschrift sein. Diese Zuordnungsvorschrift wird im Attribut Formel abgelegt, sie beginnnt mit einem "="-Zeichen und kann als formale Parameter die Adressen anderer Zellen enthalten.

Datentypen

Eine Folge von Ziffern kann manchmal auch ein Text sein. Je nach festgelegtem Datentyp wird die Zeichenfolge "123" als die Zahl einhundertdreiundzwanzig oder als der Text eins-zwei-drei behandelt.
Auch die Zeitangaben werden intern als Zahl gespeichert, damit sie für Berechnungen verwendet werden können. Wahrheitswerte (logische Werte, boolsche Werte) werden ebenfalls intern als Zahlen dargestellt.

Datentypen (in python)

für ganze Zahlen: int (integer) und long
für Gleitkommazahlen: float (Kommazahl) und double
für komplexe Zahlen: complex
für boolsche Werte: bool (Wahrheitswert true/false)
einzelnes Zeichen: char (character)
Wort, Zeichenkette: string

Primitive Datentypen - Übersicht

Python, Java

Typname	Beschreibung	Länge in Byte
boolean	Boole'scher Wert (wahr oder falsch, 1 Bit)	1
char	einzelnes Zeichen (16 Bit)	2
byte	ganze Zahl (8 Bit)	1
short	ganze Zahl (16 Bit)	2
int	ganze Zahl (32 Bit)	4
long	ganze Zahl (64 Bit)	8
float	Fließkommazahl (32 Bit)	4
double	Fließkommazahl (64 Bit)	8

Referenztypen (Objekttypen)

Python, Java
Zu den Referenztypen gehören Objekte, Strings und Arrays.

Typname	Beschreibung	Bsp
String	Zeichenkette (Text)	"Hallo!"
Array (z.B. int[])	Feld (hier ganzzahlig)	{1, 2, 3, 4, 5}

Stings und Arrays sind streng genommen auch Objekte, können aber (in Java) ohne Aufruf des new-Operators erzeugt werden.

Exkurs: Python als Taschenrechner

Für numerische Datentypen sind folgende arithmetische Operatoren definiert:

Addition: x+y
Subtraktion: x-y
Multiplikation: x*y
Division: x/y
Rest beim ganzzahligen Teilen: x%y
Ganzzahliger Anteil der Integer Division: x//y
Potenzieren: x**y
Negatives Vorzeichen: -x

In Python gibt es keine Operatoren für das Inkrementieren (x++) und Dekrementieren (x--). Es sind jedoch sogenannte erweiterte Zuweisungen der Form x+=y als kürzere Form für x=x+y möglich.

hdm-stuttgart.de/~maucher/Python/html/Datentypen.html

Zusammenfassen von Funktionen

Mehrere Funktionen in einem Datenflussdiagramm kann man zu einer Funktion zusammenfassen und diese mit Eingangsparameter (ggf. mehreren) und einem Ausgang versehen.

Die Termschreibweise ist eine mathematische Darstellungsform eines funktionalen Modells. Bei dieser Schreibweise werden die einzelnen Funktionen entsprechend des Datenflusses zu einem Term zusammengesetzt.

Verzweigung im Datenfluss

Mit dem Verteiler-Symbol wird ein Datenfluss im Datenflussdiagramm verzweigt, wobei in beiden Zweigen dieselben Daten fließen. In der Termnotation erfolgt diese Verzweigung durch Mehrfachverwendung desselben Parameterbezeichners.

Vordefinierte Funktionen

Tabellenkalkulationsprogramme stellen vordefinierte Funktionen bereit. Einige vordefinierte Funktionen haben eine beliebige Anzahl Eingangsparameter. In diesem Fall können Zellenbereiche angeben werden.
Vordefinierte Funktionen gibt es in allen möglichen Programmen jeweils unterschiedliche.

Vordefinierte Funktionen_1.JPG

Vordefinierte Funktionen_2.JPG

Zusammengesetzte Daten

Datentypen, die aus zwei oder mehr Bestandteilen zusammengesetzt sind, bezeichnet man als Verbund. Im Datenflussdiagramm gibt es Symbole zum Aufspalten und Zusammenfassen von Verbunden.

vgl. Datentypen (Buch S. 75)

Bedingte Funktionen

Die WENN-Funktion hat drei Eingangsparameter: einen Wahrheitswert und zwei alternative Werte für die Ausgabe. Je nachdem, ob der Wahrheitswert WAHR oder FALSCH ist, nimmt der Ausgabewert den Wert der ersten oder der zweiten Alternative an. Schreibweise:

WENN(Wahrheitswert; AlternativeBeiWahr; AlternativeBeiFalsch)

Eine Funktion mit beliebigen Eingangsparametern, die als Ausgabewert einen Wahrheitswert liefert, bezeichnet man als Aussagefunktion. Eine Funktion mit Eingangsparametern vom Typ Wahrheitswert, die als ausgabewert einen Wahrheitswert liefert, bezeichnet man als logische Funktion. Beispiele sind UND, ODER und NICHT.

Notationen

Infixnotation: a*b+c

Präfixnotation: +*abc oder plus(mal(a;b);c)

Postfixnotation: ab*c+

Zahlendarstellung - Dezimal- und Dualsystem

Zahlen werden im Computer intern im Zweiersystem (auch Dualsystem oder Binärsystem genannt) dargestellt. Die Stufenzahlen sind also nicht 1; 10; 100; 1000; 10000 ..., sondern 1; 2; 4; 8; 16; 32; 64 ...
Das setzt sich bei den Nachkommastellen fort: Statt 1/10; 1/100; 1/1000; 1/10000 ... lauten die Stellenwerte 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32; 1/64 usw.

Ein Rechenblatt besteht aus Zellen, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Eine Aufteilung dieser Art wird auch als zweidimensionale Matrix bezeichnet. Die Zeilen werden mit Zahlen benannt und die Spalten mit Buchstaben. Die Position einer Zelle wird mit der Kombination aus zugehörigem Spaltenbuchstaben und Zeilennummer bestimmt. Die Anzahl an Zeilen und Spalten ist in der Regel begrenzt.

Mittelwert

Man berechnet den Mittelwert wie folgt: Summe der betrachteten Zahlen geteilt durch ihre Anzahl.
Das Arithmetische Mittel, auch arithmetischer Mittelwert genannt (umgangssprachlich auch als Durchschnitt bezeichnet) ist ein Begriff in der Statistik. Es ist ein Lageparameter.

Mengenrabattsatz

Bruchaddition

Selbsttest s Funktionale Programmierung Fkt final

mit Tabellenblättern/Arbeitsblättern arbeiten und diese in unterschiedlichen Dateiformaten abspeichern können,
integrierte Funktionen wie die Hilfe verwenden können, um die Produktivität zu steigern,
Daten in Tabellen eingeben können und gute Praxis beim Erstellen von Listen beachten,
Daten auswählen, sortieren, kopieren, verschieben und löschen können,
Zeilen und Spalten in einem Tabellenblatt/Arbeitsblatt bearbeiten können.
Arbeitsblätter/Tabellenblätter kopieren, verschieben, löschen und passend umbenennen können,
logische und mathematische Formeln unter Verwendung der Standardfunktionen der Tabellenkalkulation erstellen,
gute Praxis beim Erstellen von Formeln beachten und Fehlerwerte kennen und interpretieren können,
Zahlen und Text in einem Arbeitsblatt/Tabellenblatt formatieren können,
Diagramme auswählen, erstellen und formatieren können, um Information verständlich darzustellen,
Seiteneigenschaften eines Arbeitsblattes/Tabellenblattes anpassen und die Rechtschreibung überprüfen können, bevor das Tabellenblatt gedruckt wird.

SQL Lernen | Literatur in Englisch | w3schools.com

sql_w3schools.com.JPG
w3schools.com/sql/trysql.asp?filename=trysql_select_where | SQL try it
und
w3schools.com/sql | SQL tutorial
w3schools.com/sql/sql_ref_keywords.asp | SQL keywords Reference

(DB) Datenbanken/ Datenmodellierung

Schlüssel: Primärschlüssel, Fremdschlüssel, künstlicher Schlüssel

Buch Inf 9. Merkekästchen S. 71, 79, 88, 92. Werkzeugkasten "Microsoft Access". S. 154/155 8.1 + 8.3 notieren

Tabellen anlegen > DB

Thema: Erstellung eigener Datenbanken auf Grundlage entwickelter Klassendiagramme und beispielhafter Datensätze.

  DB Einkauf
  DB Bibliothek
  DB Musik
  DB Sportverein
  DB Photo/ Filmarchiv

Die Tabellen anlegen und schrittweise erweitern, ergänzen, optimieren.

Aufgaben:
a) Erstellung eines Klassendiagramms mit den jeweiligen Attributen und den Beziehungen zwischen den Klassen zu einem der vorgeschlagenen Anwendungsfälle.
b) Entwickle danach zu ALLEN folgenden Themen Klassendiagramme (auf Papier, ins Heft).
c) Lege ZWEI Datenbanken an mit den benötigten Tabellen (in Microsoft Access) zu den Themen "Musik" und "Photo/ Filmarchiv".
d) Erstellung der jeweiligen Tabellen in der Datenbank, Realisierung der Beziehungen. Dabei ist zu prüfen, ob referentielle Integrität gegeben ist.
Es müssen genügend viele Daten in die Tabelle eingegeben werden, um brauchbare Ergebnistabellen bei Abfragen zu erhalten.
e) Überlegung, welche Benutzergruppen welche Rechte auf der Datenbank haben sollten.
f) Erstellung von Abfragen mit SQL für eine Auswahl realitätsbezogener Fragestellungen an die Datenbank.

Speichern großer Datenmengen in Datenbanken

Für die Verwaltung großer Mengen strukturierter Daten gibt es spezielle Werkzeuge, die Datenbankverwaltungssysteme (Datenbanksysteme).
Diese bieten Möglichkeiten, die Struktur der Daten auf eine Datenbank zu übertragen, die Daten in dieser Datenbank zu speichern und zu pflegen und die gespeicherten Daten vielfältig abzufragen und auszuwerten.

Objektorientiertes Datenmodell

Zur Analyse der benötigten Datenstruktur bewährt sich die objektorientierte Sichtweise. Das Erstellen des objektorientierten Datenmodells (Objektmodell) besteht in erster Linie aus den folgenden Schritten:
Welche Objekte sind für die Aufgabenstellung wichtig?
Zu welchen Klassen gehören diese Objekte?
Welche aufgabenbezogenen Attribute haben diese Klassen?
Welche Beziehungen bestehen zwischen den Klassen?
Die Struktur der Daten lässt sich im Klassendiagramm übersichtlich darstellen.
Im Pflichtenheft werden neben der Datenstruktur die Nutzungsmöglichkeiten der geplanten Datenbank festgehalten.

Relationales Datenbanksystem

In relationalen Datenbanken werden die Daten in Form von Tabellen abgelegt. Das objektorientierte Datenmodell kann auf ein relationales Datenbankschema umgesetzt werden. Dabei werden den Klassen Tabellen zugeordnet, den Objekten Tabellenzeilen. Die Tabellenspalten entsprechen den Attributen der Klassen. In den Feldern eines Datensatzes (Tabellenzeile) stehen die Attributwerte eines Objekts. Der Wert NULL bedeutet "kein Wert eingegeben".
Ein Schlüssel ist eine Spalte (eine Gruppe von Spalten), deren Wert jeweils einen Datensatz in der Tabelle eindeutig bestimmt (identifiziert). Muss eine neue Spalte zur eindeutigen Identifikation der Datensätze eingeführt werden, nennt man sie künstlichen Schlüssel.

Datenbankabfragen

SQL

Einfache Beziehungen zwischen Klassen

Das Resultat einer SQL-Abfrage ist eine Ergebnistabelle, die durch Selektion und Projektion festgelegt wird.
Zur Formulierung der Abfrage wird die Sprache SQL verwendet. Dort hat eine Abfrage den Aufbau:
SELECT <Spaltenliste> FROM <Tabellenliste> WHERE <Bedingung>
Eine Sortierung des Ergebnisses einer SQL-Abfrage wird durch den Zusatz ORDER BY festgelegt, die Sortierung ist normalerweise aufsteigend. Bei jeder Sortierspalte kann durch den Zusatz DESC eine absteigende Sortierung erreicht werden.

Abfragen über mehrere Tabellen

Im Klassendiagramm werden Beziehungen beschrieben.
Neben einem beschreibenden Kurztext der Beziehung wird ihre Kardinalität angegeben.
Im relationalen Datenbankschema:
Bei einer 1:n-Beziehung bekommen die Datensätze auf der "n"-Seite eine zusätzliche Spalte (Fremdschlüssel), in dieser wird der Schlüssel des Datensatzes der "1"-Seite gespeichert, mit dem sie in Beziehung stehen.

Anfragen an mehrere Tabellen: kartesisches Produkt

Mehr Beziehungen zwischen Klassen

Eine Beziehungstabelle muss für jede n:m-Beziehung erfasst werden und nimmt die Schlüssel der zueinander in Beziehung stehenden Datensätze als Fremdschlüssel auf. Der Schlüssel für diese Tabelle ist das Paar der beiden Fremdschlüssel.
Abfragen bei n:m-Beziehungen müssen drei Tabellen verknüpfen!

SQL-Abfragen - GROUP BY, ORDER BY

Aggregatfunktionen COUNT, AVG, SUM, MAX oder MIN
... AS <Name> | Namen für die Spalten der Ergebnistabelle
GROUP BY | Gruppieren der Ergebnisse einer Abfrage nach bestimmten Spalten, insbesondere für die Anwendung der Aggregatfunktionen. Bedingungen an diese Gruppen werden mit HAVING festgelegt.

Die erweiterte Abfrageanweisung lautet:
  SELECT <Spaltenliste>
  FROM <Tabellenliste>
  WHERE <Bedingung>
  GROUP BY <Spalte>
  HAVING <Bedingung>
  ORDER BY <Spaltenliste>

Ergebnisse von Unterabfragen können im WHERE-Teil für Bedingungen verwendet werden.
Ergebnisse von Abfragen können als Mengen interpretiert werden; der "Enthalten"-Operator wird als IN geschrieben.

Datenbanken - komplett und gut entworfen (Qualitätsbetrachtung)

Betrachtung exemplarischer Datenbanken
  DB Einkauf
  DB Bibliothek
  DB Musik
  DB Sportverein
  DB Photo/ Filmarchiv

Verändern von Datensätzen | INSERT, UPDATE, DELETE

Datenpflege
SQL-Anweisungen INSERT, UPDATE und DELETE (Einfügen, Ändern und Löschen von Datensätzen)

Datenkonsistenz

Referenzielle Integrität: für jeden Fremdschlüsselwert existiert auch ein Datensatz mit diesem Schlüsselwert. > Angabe von Fremdschlüsselbedingungen können dies sicherstellen.
Fremdschlüssel löschen oder ändern:
- Beim Versuch, einen referenzierten Schlüssel zu löschen, kann das Datenbanksystem die Löschung verbieten, den referenzierenden Datensatz ebenfalls löschen oder den referenzierenden Fremdschlüssel auf den Wert NULL setzen.
- Beim Ändern eines referenzierten Schlüssels kann das Datenbanksystem die Änderung verbieten oder alle Referenzen mit ändern.

Datensicherheit und Datenschutz

Datenschutz

Datensicherheit

Normalformen

1. Normalform: Eine Tabelle enthält ausschließlich atomare (einelementige) Feldwerte.
Definition: Ein Attribut Y ist von einem Attribut X abhängig, wenn der Wert von X den Wert von Y festlegt.

2. Normalform: Zusätzlich zur 1. Normalform muss gelten:
Jedes Nicht-Schlüsselattribut muss vom gesamten Schlüssel abhängen.
Anmerkung: Besteht der Schlüssel nur aus einer Spalte, ist die Tabelle immer in der zweiten Normalform.

3. Normalform: Zusätzlich zur 2. Normalform muss gelten:
Attribute sind nur vom Schlüssel, nicht voneinander abhängig.

Anwendungsbeispiele DB - Analyse

Analyse konkreter Datenbanken.

Quelle u.a: vgl. Brichzin, u.a. (Hg), "Informatik I. Funktionale Modellierung. Datenmodellierung", Oldenburg-Verlag

Selbsttest s Multimedia

Anmerkung: Die Programme GIMP, Inkscape, Blender, Audacity, 'Video-Pad Basis', 'Vectorian Giotto' oder 'Libre Office Impress' sind als Freeware oder OpenSource frei erhältlich.

Computergrafik

Grundlegende theoretische Kenntnisse zum Thema Computergrafik
Eigene Gestaltung in Variationen mit GIMP
Pixelbilder erzeugen, bearbeiten, speichern und exportieren
Eigene Gestaltung in Variationen mit Inkscape
Vektorgrafiken erzeugen, bearbeiten, speichern und exportieren

Computeranimation

Grundlegende theoretische Kenntnisse zum Thema Computeranimation
Bilder für Animationen planen und erstellen
Bildanimation mit dem Programm GIMP
Schlüsselbildanimation mit Blender (3D) (oder mit Vectorian Giotto)
Dateiformate (Gif-Animation vs. Filmdateien)

Audio und Video

Grundlegende theoretische Kenntnisse zum Thema Audio und Video
Umgang mit einem Audiobearbeitungsprogramm: Audacity
Aufnehmen, Bearbeiten, Exportieren
Speichern und exportieren (Dateiformate)
Umgang mit einem Videobearbeitungsprogramm: VideoPad-Basis
Medien importieren, Clips schneiden, Titel einblenden
Filter
Speichern und exportieren (Dateiformate)

Multimedia

Grundlegende theoretische Kenntnisse zum Thema Multimedia
Erweiterter Umgang mit einem Präsentationswerkzeug (z. B. PowerPoint, Impress)
Multimediainhalte in eine Präsentation integrieren
Ein Multimediaprodukt speichern, exportieren und versenden

Scratch | scratch.mit.edu (Wdh)

Programmieren mit Puzzle-Bausteinen

scratch.mit.edu > Entwickeln

de.scratch-wiki.info/wiki/Einsteiger-Tutorials

OOP Objektorientierte Programmierung mit Python/ Java in Informatik 9

Java/ Processing | OOP (Objektorientierte Programmierung) mit Java/ Processing: processing.org (Vereinfachte Java-Version), openprocessing.org
Processing ist eine objektorientierte, stark typisierte Programmiersprache mit zugehöriger integrierter Entwicklungsumgebung. Die Programmiersprache ist auf die Einsatzbereiche Grafik, Simulation und Animation spezialisiert. Processing wird in einem quelloffenen Projekt entwickelt, das am Massachusetts Institute of Technology in Boston von Ben Fry (Broad Institute) und Casey Reas (UCLA Design|Media Arts) initiiert wurde. Processing hat den Charakter einer stark vereinfachten Version der Programmiersprache Java, ermöglicht Interaktionen und visuelle Elemente zu programmieren und richtet sich vorwiegend an Gestalter, Künstler und Programmieranfänger.

processing.org | OOP (Objektorientierte Programmierung) mit Java/ Processing. Vereinfachte Java-Version
processing.org/examples | Beispiele
hello.processing.org/editor | Tutorial

py.processing.org/reference | Python/ Processing
Python | OOP
vgl. cscircles.cemc.uwaterloo.ca
cscircles.cemc.uwaterloo.ca > cheatsheet.pdf

OOP Java/ Processing | openprocessing

processing.org | OOP (Objektorientierte Programmierung) mit Java/ Processing. Vereinfachte Java-Version
processing.org/examples | Beispiele

openprocessing.org
openprocessing.org/browse/#

Python auch im Jahr 2020 im tiobe-index weiterhin aufsteigend

Python als Programmiersprache und Gewinner des Jahres 2018 ist weiterhin in der Relevanz der Programmiersprache aufsteigend.
vgl. tiobe.com/tiobe-index

OOP Python

OOP Referate (Python | Java) (Lit. z.B. python4kids.net > Wie ein Informatiker denken lernen)

Kap02 Variablen, Ausdrücke und Anweisungen
Kap03 Funktionen
Kap04 Verzweigung und Rekursion
Kap05 Funktionen mit Wert
Kap06 Iteration
Kap07 Strings
Kap08 Listen
Kap09 Tupel
Kap10 Datentyp Dictionary
Kap11 Dateien und Ausnahmen
Kap12 Klassen und Objekte
Kap13 Klassen und Funktionen
Kap14 Klassen und Methoden
Kap15 Mengen von Objekten
Kap16 Vererbung
Kap17 Verkettete Listen
Kap18 Stacks
Kap19 Queues
Kap20 Bäume

py | Literatur zu Python und Games (englisch)

Teil 1
inventwithpython.com/invent4thed

Teil 2
inventwithpython.com/pygame

OOP Programmierprojekt mit objektorientierter Programmierung z.B. turtle Grafik (Python)
#Codierung aufschlussreich kommentieren.
#Eigene Projektdokumentation erstellen
Alternativ: 5-Seiten-Artikel schreiben. Programmier- bzw. Rechercheprojekt
Ihr könnte einen Artikel, d.h. gut recherchierten Aufsatz schreiben, der etwas umfangreicher ist als ein Referat und das in der Erstellungsphase im Kurs wie in einem Kolloquium vorgestellt wird - von Internet-Kunst, webDesign, Anwendung von QR-codes, pygame py-Bibliotheken, jupyter-notebooks for python oder dergleichen -
einfach ein informatisches Spezialthema eures Interesses. Seitenumfang: ca. 5 Seiten Text (ohne Abb. oder Programm-Code).
Die Vorstellung im Kurs/ in der Klasse kann sein:
- Vorstellung der Kurz-Gliederungspunkte mit einem Beispiel-Thema
- Vorstellung einer Argumentation oder eines Kernaspekts
- Vorstellung einer geschriebenen Textpassage
- Vorstellung von Code-Beispielen

Wir wiederholen Grundlagen aus der Informatik der Vorjahre und programmieren mit objektorientierter Programmiersprache (Python | Java), OOP.
Konkret fangen wir mit kleineren Übungen an, z.B. mit dem Blocksystem von Scratch (http://scratch.mit.edu) und der graphischen Python turtle Programmierung.
Danach gehts systematisch in Programmierkenntnisse von Python und später auch Java - wir behandeln hier die Unterschiede von Python und Java.
Jeder hat als Aufgabe, ein größeres oder mehrere kleinere Informatik-Projekte mit Python oder Java umzusetzen.

python turtle Grafik

Mit der python IDLE grafische Objekte zeichnen
vgl. Skript Kurzbefehle

pyturtle Kurzbefehle1.PNG
pyturtle Kurzbefehle2.PNG
pyturtle Kurzbefehle3.PNG

Python-Referat I | mit py computer science circles (Uni Waterloo)

Es gibt hier 18 gut verständliche Kapitel zur Objektorientierten Programmierung mit Python anhand von Programmier-Beispielen.

Referat eines der Kapitel:
Vortrag auf deutsch mit Verwendung cscircles.cemc.uwaterloo.ca/de
Präsentation in englisch cscircles.cemc.uwaterloo.ca
Übungen mit Codierung direkt ausführen und kommentieren.

Nachschlage-Werk: Pythonbuch (auf deutsch)

pythonbuch.com

IDE Wing

Zum Editieren von Python, statt der python-IDLE:
wingware.com/downloads/wing

Überblicks-Python-Referate II (in Teamarbeit zu zweit)

Recherche z.B. in Online-Quellen, Lit:
Python für kids: http://python4kids.net/how2think/index.html

Ref Themen_python4kids.net.PNG

Python Lernen | Literatur in Englisch | w3schools.com

python_w3schools.com.JPG
w3schools.com/python | py
und
w3schools.com/python/python_examples.asp | py examples
w3schools.com/python/exercise.asp | py exercise
w3schools.com/quiztest/quiztest.asp?qtest=PYTHON | py Quiz
w3schools.com/python/showpython.asp?filename=demo_default | py run example

Python-Projekt, eigenes (kleines) | Memory/ Puzzle-App

vgl.
pythonprogramming.altervista.org/memory-game-with-python-in-no-time/
oder
inventwithpython.com/pygame/chapter3.html

Mögliche weitere Python-Referate (5 min Vortrag)

wichtig ist hierbei jeweils: Beschreibung | Definition | Beispiel | Abbildung

Bei jedem Referat soll am Ende ein kurzer Hefteintrag (Textpassagen zum Abschreiben bzw./und Graphik oder Abbildung zum Abzeichnen) die letzte Seite sein.