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--- curricula:oberstufe:uv_q2-i [2014/08/08 13:48] – [Zeitbedarf] Sven Biermann
+++ curricula:oberstufe:uv_q2-i [2014/09/04 07:46] (aktuell) – [Konkretisierung Q2-I] Sven Biermann
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 ====== Konkretisierung Q2-I ======
+{{indexmenu_n>31}}
 ====== Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen ======
 ===== Leitfragen =====
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 ^Unterrichtssequenzen ^zu entwickelnde Kompetenzen ^Beispiele, Medien, Materialien ^
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-**1. Information, deren Kodierung und Speicherung**
+**1. Analyse von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten**
-(a) Informatik als Wissenschaft der Verarbeitung von Informationen
+(a) Grundlegende Begriffe (Grad, Tiefe, Höhe, Blatt, Inhalt, Teilbaum, Ebene, Vollständigkeit)
-(b) Darstellung von Informationen
+(b) Aufbau und Darstellung von binären Bäumen anhand von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten
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 Die Schülerinnen und Schüler
-  * beschreiben und erläutern
+  * erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen (A),
-  * nutzen
+  * analysieren und erläutern Algorithmen und Programme (A),
+  * beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen (A),
+  * ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),
+  * ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),
+  * modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),
+  * verwenden bei der Modellierung geeigneter Problemstellungen die Möglichkeiten der Polymorphie (M),
+  * entwickeln iterative und rekursive Algorithmen unter Nutzung der Konstruktionsstrategien "Modularisierung" und "Teilen und Herrschen" (M),
+  * implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),
+  * modifizieren Algorithmen und Programme (I),
+  * nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),
+  * interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),
+  * testen Programme systematisch anhand von Beispielen (I),
+  * stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D),
+  * stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D).
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-//Beispiel//: Textcodierung
+//Beispiel//: Termbaum
-Kodierung und Dekodierung
+Der Aufbau von Termen wird mit Hilfe von binären Baumstrukturen verdeutlicht.
+oder
+//Beispiel//: Ahnenbaum
+Die binäre Baumstruktur ergibt sich daraus, dass jede Person genau einen Vater und eine Mutter hat.
+Weitere Beispiele für Anwendungskontexte für binäre Bäume:
+//Beispiel//: Suchbäume (zur sortierten Speicherung von Daten)
+Alle Inhalte, die nach einer Ordnung vor dem Inhalt im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen linkem Teilbaum, alle die nach dem Inhalt im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen rechtem Teilbaum. (Dies gilt für alle Teilbäume.)
+oder
+//Beispiel//: Entscheidungsbäume
+Um eine Entscheidung zu treffen, werden mehrere Fragen mit ja oder nein beantwortet. Die Fragen, die möglich sind, wenn die Antwort auf eine Frage mit „ja“ beantwortet wird, befinden sich im linken Teilbaum, die Fragen, die möglich sind, wenn die Antwort „nein“ lautet, stehen im rechten Teilbaum.
+oder
+//Beispiel//: Codierungsbäume für Codierungen, deren Alphabet aus genau zwei Zeichen besteht
+Morse hat Buchstaben als Folge von Punkten und Strichen codiert. Diese Codierungen können in einem Binärbaum dargestellt werden, so dass ein Übergang zum linken Teilbaum einem Punkt und ein Übergang zum rechten Teilbaum einem Strich entspricht. Wenn man im Gesamtbaum startet und durch Übergänge zu linken oder rechten Teilbäumen einen Pfad zum gewünschten Buchstaben sucht, erhält man die Morsecodierung des Buchstabens.
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-**1. Information, deren Kodierung und Speicherung**
+**2. Die Datenstruktur Binärbaum im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse BinaryTree**
-(a) Informatik als Wissenschaft der Verarbeitung von Informationen
+(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen im Anwendungskontext
-(b) Darstellung von Informationen
+(b) Modellierung eines Entwurfsdiagramms und Entwicklung eines Implementationsdiagramms
+%%(c)%% Erarbeitung der Klasse BinaryTree und beispielhafte Anwendung der Operationen
+(d) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung
+(e) Traversierung eines Binärbaums im Pre-, In- und Postorderdurchlauf
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-//Beispiel//: Textcodierung
+//Beispiel//: Informatikerbaum als binärer Baum
-Kodierung und Dekodierung
+In einem binären Baum werden die Namen und die Geburtsdaten von Informatikern lexikographisch geordnet abgespeichert. Alle Namen, die nach dieser Ordnung vor dem Namen im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen linkem Teilbaum, alle die nach dem Namen im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen rechtem Teilbaum. (Dies gilt für alle Teilbäume.)
+Folgende Funktionalitäten werden benötigt:
+  * Einfügen der Informatiker-Daten in den Baum
+  * Suchen nach einem Informatiker über den Schlüssel Name
+  * Ausgabe des kompletten Datenbestands in nach Namen sortierter Reihenfolge
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+**3. Die Datenstruktur binärer Suchbaum im Anwendungskontext unter Verwendung der Klasse BinarySearchTree**
+(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen
+(b) Modellierung eines Entwurfsdiagramms und Entwicklung eines Implementationsdiagramm,
+grafische Darstellung eines binären Suchbaums und Erarbeitung der Struktureigenschaften
+%%(c)%% Erarbeitung der Klasse BinarySearchTree und Einführung des Interface Item zur Realisierung einer geeigneten Ordnungsrelation
+(d) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung inklusive einer sortierten Ausgabe des Baums
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+//Beispiel//: Informatikerbaum als Suchbaum
+In einem binären Suchbaum werden die Namen und die Geburtsdaten von Informatikern lexikographisch geordnet abgespeichert. Alle Namen, die nach dieser Ordnung vor dem Namen im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen linkem Teilbaum, alle die nach dem Namen im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen rechtem Teilbaum. (Dies gilt für alle Teilbäume.)
+Folgende Funktionalitäten werden benötigt:
+  * Einfügen der Informatiker-Daten in den Baum
+  * Suchen nach einem Informatiker über den Schlüssel Name
+  * Ausgabe des kompletten Datenbestands in nach Namen sortierter Reihenfolge
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+**4. Übung und Vertiefungen der Verwendung von Binärbäumen oder binären Suchbäumen anhand weiterer Problemstellungen**
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+//Beispiel//: Codierungsbäume (s.o.) oder Huffman-Codierung
+oder
+//Beispiel//: Buchindex
+Es soll eine Anwendung entwickelt werden, die anhand von Stichworten und zugehörigen Seitenzahlen ein Stichwortregister erstellt.
+Da die Stichwörter bei der Analyse des Buches häufig gesucht werden müssen, werden sie in der Klasse Buchindex als Suchbaum (Objekt der Klasse BinarySearchTree) verwaltet.
+Alle Inhalte, die nach einer Ordnung vor dem Inhalt im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen linkem Teilbaum, alle die nach dem Inhalt im aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessen rechtem Teilbaum. (Dies gilt für alle Teilbäume.)
+oder
+//Beispiel//: Entscheidungsbäume (s.o.)
+oder
+//Beispiel//: Termbaum (s.o.)
+oder
+//Beispiel//: Ahnenbaum (s.o.)
+</WRAP> |