Algorithmen in Java - Das Buch zum Programmieren trainieren. 32 Klassiker der Informatik, von Rucksackproblem bis Neuronale Netze

Programmieren will trainiert werden, und Algorithmen gehören zum Rüstzeug hinzu. Schlagen Sie zwei Fliegen mit einer Klappe und verbessern Sie Ihre Java-Skills anhand klassischer Algorithmen von der Suche im Binärbaum über k-Means bis zum Rucksackproblem. Dieses Buch ist Grundausbildung und Fundgrube für Coding Workouts zugleich. Profitieren Sie von der Lehr- und Praxiserfahrung des Autors: David Kopec hat solche Klassiker für Sie herausgesucht, die wichtige Lösungsstrategien zeigen und einen Trainigseffekt in der Programmierung versprechen. Ideal für alle, die ihre ersten Schritte mit Java hinter sich haben und jetzt voll durchstarten wollen!

Aus dem Inhalt:

• Zum Einstieg: einfache Verschlüsselung, Fibonacci-Folge, Türme von Hanoi


• Suchalgorithmen: DNS-Suche, Labyrinthe u.v.m.


• Bedingungserfüllung: Wortsuchrätsel, Acht-Damen-Problem u.v.m.


• Grafen und kürzeste Wege


• k-Means-Clustering


• Einfache neuronale Netze


• Minimax: Tic-tac.toe, Vier gewinnt

  Vorwort ... 13




  Einleitung ... 15




  1.  Kleine Aufgaben ... 23



       1.1 ... Die Fibonacci-Folge ... 23


       1.2 ... Triviale Komprimierung ... 31


       1.3 ... Unknackbare Verschlüsselung ... 36


       1.4 ... Pi berechnen ... 40


       1.5 ... Die Türme von Hanoi ... 42


       1.6 ... Anwendungen im Alltag ... 46


       1.7 ... Übungsaufgaben ... 47





  2.  Suchaufgaben ... 49



       2.1 ... DNA-Suche ... 49


       2.2 ... Labyrinthe lösen ... 59


       2.3 ... Missionare und Kannibalen ... 82


       2.4 ... Anwendungen im Alltag ... 89


       2.5 ... Übungsaufgaben ... 89





  3.  Bedingungserfüllungsprobleme ... 91



       3.1 ... Ein Framework für Bedingungserfüllungsprobleme schreiben ... 92


       3.2 ... Die Landkarte Australiens einfärben ... 98


       3.3 ... Das Acht-Damen-Problem ... 101


       3.4 ... Wortsuche ... 104


       3.5 ... SEND+MORE=MONEY ... 112


       3.6 ... Leiterplatten-Layout ... 115


       3.7 ... Bedingungserfüllungsproblem im Alltag ... 115


       3.8 ... Übungsaufgaben ... 116





  4.  Graphenprobleme ... 117



       4.1 ... Eine Landkarte als Graph ... 117


       4.2 ... Ein Framework für Graphen schreiben ... 120


       4.3 ... Den kürzesten Pfad finden ... 128


       4.4 ... Die Kosten für den Aufbau des Netzwerks minimieren ... 131


       4.5 ... Den kürzesten Pfad in einem gewichteten Graphen finden ... 143


       4.6 ... Graphenprobleme im Alltag ... 150


       4.7 ... Übungsaufgaben ... 151





  5.  Genetische Algorithmen ... 153



       5.1 ... Biologischer Hintergrund ... 153


       5.2 ... Ein generischer genetischer Algorithmus ... 155


       5.3 ... Ein naiver Test ... 164


       5.4 ... Wiedersehen mit SEND+MORE=MONEY ... 167


       5.5 ... Listenkomprimierung optimieren ... 172


       5.6 ... Kritik an genetischen Algorithmen ... 176


       5.7 ... Genetische Algorithmen im Alltag ... 178


       5.8 ... Übungsaufgaben ... 179





  6.  k-Means-Clustering ... 181



       6.1 ... Vorbereitungen ... 182


       6.2 ... Der k-Means-Clustering-Algorithmus ... 185


       6.3 ... Gouverneure nach Alter und Längengrad clustern ... 193


       6.4 ... Michael-Jackson-Alben nach Länge clustern ... 199


       6.5 ... k-Means-Clustering-Probleme und -Erweiterungen ... 201


       6.6 ... k-Means-Clustering im Alltag ... 202


       6.7 ... Übungsaufgaben ... 203





  7.  Einfache neuronale Netzwerke ... 205



       7.1 ... Biologische Grundlagen? ... 206


       7.2 ... Künstliche neuronale Netzwerke ... 207


       7.3 ... Vorbereitungen ... 215


       7.4 ... Das Netzwerk aufbauen ... 218


       7.5 ... Klassifikationsprobleme ... 227


       7.6 ... Neuronale Netzwerke beschleunigen ... 238


       7.7 ... Probleme und Erweiterungen neuronaler Netzwerke ... 239


       7.8 ... Neuronale Netzwerke im Alltag ... 241


       7.9 ... Übungsaufgaben ... 242





  8.  Adversarial Search ... 243



       8.1 ... Grundkomponenten von Brettspielen ... 243


       8.2 ... Tic Tac Toe ... 245


       8.3 ... Vier gewinnt ... 260


       8.4 ... Minimax-Verbesserungen über die Alpha-Beta-Suche hinaus ... 272


       8.5 ... Adversarial Search im Alltag ... 273


       8.6 ... Übungsaufgaben ... 274





  9.  Weitere Aufgaben ... 277



       9.1 ... Das Rucksackproblem ... 277


       9.2 ... Das Problem des Handlungsreisenden ... 284


       9.3 ... Merkhilfen für Telefonnummern ... 292


       9.4 ... Anwendungen im Alltag ... 296


       9.5 ... Übungsaufgaben ... 297





  Anhang ... 299



       A ... Interview mit Brian Goetz 301 ... 299


       B ... Glossar 317 ... 299


       C ... Weiterführende Ressourcen 323 ... 299





  Index ... 327