Fundamentale Ideen der Informatik

Programmiersprachen

Fundamental Ideas of Computer Science

Programming Languages

• Programmierung ist das Formulieren von Anweisungen für einen Computer
• Eine Programmiersprache ist eine formale Sprache zur Kommunikation mit dem Computer
• Heute gibt es über 700 Programmiersprachen
• Bekannte Beispiele:
  • Python, Java, C++, JavaScript
  • Scratch (visuell, für Einsteiger)
  • SQL (für Datenbanken)

Quelle: bobblume.de

• Programming means formulating instructions for a computer
• A programming language is a formal language for communicating with the computer
• Today there are over 700 programming languages
• Well-known examples:
  • Python, Java, C++, JavaScript
  • Scratch (visual, for beginners)
  • SQL (for databases)

Source: bobblume.de

• Python — Einstieg, Datenanalyse, KI
• Java — große Softwaresysteme, Android-Apps
• C — Betriebssysteme, Mikrocontroller
• C++ — Spiele, Echtzeitsysteme
• JavaScript — Webseiten und Web-Apps
• Scratch — Lernen, Schulen, kreative Projekte

Einsatz: Software, Webseiten, Apps, Spiele, Robotik, Daten & KI

Quelle: yuhiro.de

• Python — entry-level, data analysis, AI
• Java — large software systems, Android apps
• C — operating systems, microcontrollers
• C++ — games, real-time systems
• JavaScript — websites and web apps
• Scratch — learning, schools, creative projects

Used for: software, websites, apps, games, robotics, data & AI

Source: yuhiro.de

HTML ist eine Auszeichnungssprache — sie strukturiert Inhalte (Überschriften, Absätze, Bilder, Links), aber steuert kein Verhalten.

Warum keine Programmiersprache?

• ❌ Keine Bedingungen (if / else)
• ❌ Keine Schleifen (for, while)
• ❌ Keine Variablen
• ❌ Keine Logik oder Entscheidungen

HTML = HyperText Markup Language

Quelle: redbubble.net

HTML is a markup language — it structures content (headings, paragraphs, images, links) but controls no behavior.

Why not a programming language?

• ❌ No conditions (if / else)
• ❌ No loops (for, while)
• ❌ No variables
• ❌ No logic or decisions

HTML = HyperText Markup Language

Source: redbubble.net

Prinzip: Der Programmierer gibt explizit vor, wie das Programm arbeiten soll — Schritt für Schritt

• Klarer Ablauf: Sequenz, Schleife, Verzweigung
• Untervarianten: Prozedural (C), Objektorientiert (Java, Python)

Scratch-Beispiel: Figur bewegt sich — „Wiederhole 10-mal: Bewege 10 Schritte“

summe = 0
for i in range(1, 11):
    summe = summe + i
print(summe)  # 55

Imperativ: Schritt für Schritt addieren

Principle: The programmer explicitly specifies how the program should work — step by step

• Clear flow: sequence, loop, branch
• Subtypes: Procedural (C), Object-oriented (Java, Python)

Scratch example: Character moves — “Repeat 10 times: move 10 steps”

total = 0
for i in range(1, 11):
    total = total + i
print(total)  # 55

Imperative: adding step by step

Prinzip: Der Programmierer beschreibt, was erreicht werden soll — nicht wie

• Kein explizites Steuern der Schrittfolge
• Untervarianten: Funktional (Haskell), Logikbasiert (Prolog), Datenbankabfragen (SQL)

Scratch-Beispiel: Zufällige Muster — Funktion generiert Linien ohne explizite Steuerung

# Funktional (Python)
summe = sum(range(1, 11))
print(summe)  # 55

-- Deklarativ (SQL)
SELECT SUM(wert)
FROM zahlen
WHERE wert <= 10;

Deklarativ: Was — nicht wie

Principle: The programmer describes what should be achieved — not how

• No explicit control of step sequences
• Subtypes: Functional (Haskell), Logic-based (Prolog), Database queries (SQL)

Scratch example: Random patterns — function generates lines without explicit control

# Functional (Python)
total = sum(range(1, 11))
print(total)  # 55

-- Declarative (SQL)
SELECT SUM(value)
FROM numbers
WHERE value <= 10;

Declarative: what — not how

Sequenzierung — Zeile für Zeile von oben nach unten

print("Guten Morgen")
print("Zeit fürs Frühstück")
print("Auf zur Arbeit!")

Schleife — wiederholt Anweisungen

for i in range(1, 6):
    print(i)

Bedingung — Entscheidungen treffen

zahl = 10
if zahl > 0:
    print("Die Zahl ist positiv.")

Sequencing — line by line, top to bottom

print("Good morning")
print("Time for breakfast")
print("Off to work!")

Loop — repeats instructions

for i in range(1, 6):
    print(i)

Condition — making decisions

number = 10
if number > 0:
    print("The number is positive.")

Funktion — wiederverwendbarer Codeblock

def addiere(a, b):
    return a + b

ergebnis = addiere(3, 4)
print(f"Ergebnis: {ergebnis}")

Variable — speichert Werte

name = "Alice"
print(f"Hallo, {name}!")

Eine Variable ist ein benannter Speicher für einen Wert, den das Programm später nutzt oder ändert.

Function — reusable block of code

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 4)
print(f"Result: {result}")

Variable — stores values

name = "Alice"
print(f"Hello, {name}!")

A variable is a named container for a value the program uses or changes later.

class Hund:
    def __init__(self, name, alter):
        self.name = name      # Attribut
        self.alter = alter    # Attribut

    def bellen(self):
        print(f"{self.name} sagt: Wuff!")

hund1 = Hund("Jimmy", 3)
print(hund1.name)
hund1.bellen()

Eine Klasse ist ein Bauplan, ein Objekt ein konkretes Ding daraus.

• Klasse Hund — Bauplan für alle Hunde
• Attribute — Eigenschaften (name, alter)
• Konstruktor __init__ — beim Erstellen aufgerufen
• self — verweist auf das Objekt selbst
• Methode bellen() — was ein Hund tun kann
• Objekt hund1 — ein konkreter Hund: Jimmy

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name      # attribute
        self.age = age        # attribute

    def bark(self):
        print(f"{self.name} says: Woof!")

dog1 = Dog("Jimmy", 3)
print(dog1.name)
dog1.bark()

A class is a blueprint, an object a concrete thing made from it.

• Class Dog — blueprint for all dogs
• Attributes — properties (name, age)
• Constructor __init__ — called on creation
• self — refers to the object itself
• Method bark() — what a dog can do
• Object dog1 — a concrete dog: Jimmy

• Anforderungsanalyse — Was soll das Programm können?
• Entwurf — Wie wird es strukturiert? (Diagramme, Modelle)
• Implementierung — Schreiben des Quellcodes
• Test — Prüfung auf Korrektheit & Anforderungen
• Betrieb & Wartung — Fehlerbehebung & Weiterentwicklung

Quelle: bildungsbibel.de

• Requirements analysis — What should the program do?
• Design — How is it structured? (diagrams, models)
• Implementation — Writing the source code
• Testing — Checking correctness & requirements
• Operation & maintenance — Bug fixes & further development

Source: bildungsbibel.de