Neuere Informatiklehrbücher

Bücher zu einzelnen Programmversionen veralten schnell. Die Informatik als Wissenschaft hingegen sollte sich mit den zeit-losen Grundlagen befassen - ihre Lehrbücher ändern sich mit den Jahren allerdings auch umfassend. Wir haben uns derer acht angeschaut und Unterschiede in Konzeption und inhaltlicher Ausrichtung festgestellt.

In den letzten Jahren publizierten renommierte Verlagshäuser eine ganze Reihe von Erstausgaben oder Neuauflagen von Informatiklehrbüchern, ein zehn Jahre altes Werk sollte man daher nur noch mit spitzen Fingern anfassen. Besonders stürmisch schreitet die Entwicklung in der praktischen und angewandten Informatik voran, während sich die theoretische Informatik langsamer entwickelt - wie bei der Mathematik ist ihr durch Sätze und deren Beweise dokumentierter Fortschritt kaum einer breiteren Öffentlichkeit zu vermitteln. In der technischen Informatik kommt es darauf an, ob ein Autor die Kenntnis der Grundstruktur eines klassischen Von-Neumann-Rechners für ausreichend hält oder etwa auch neuere Buskonzepte diskutiert.

Aus diesen vier Teilgebieten decken die Lehrwerke vor allem die praktische Informatik gut ab - nach der Lektüre kann jeder Leser wie aus der Pistole geschossen die effizienten Such- und Sortierverfahren angeben. Die anderen Gebiete sind hingegen nicht immer angemessen berücksichtigt. Es fällt zudem auf, dass der in Forschung und Lehre etablierte Bereich Künstliche Intelligenz (beziehungsweise Wissensverarbeitung) von allen Autoren (mit Ausnahme von Goos) ignoriert wird - den Praktikern wirkt er vielleicht zu abgehoben, den Theoretikern zu ‘angewandt’. Hier benötigt der interessierte Leser zusätzliche Literatur wie das Lehr- und Übungsbuch Künstliche Intelligenz von Lämmel und Cleve.

Die rezensierten Lehrwerke wenden sich an Interessenten, die tief in die Materie eintauchen möchten, etwa Studenten der Informatik oder verwandter Fächer sowie Praktiker aus dem DV-Bereich. Wer eher an der Oberfläche schnorcheln möchte, wichtige Zusammenhänge kennen lernen, aber es nicht unbedingt ganz genau wissen möchte, sollte eher zu Büchern wie Daniel Hillis’ Computerlogik oder Peter Rechenbergs Was ist Informatik? greifen.

Wer wiederum eher ein Nachschlagewerk mit knappen Erläuterungen sucht, wählt den alphabetisch geordneten Duden Informatik oder das thematisch organisierte Informatik-Handbuch aus dem Hanser-Verlag.

Leipziger Allerlei

Ein ‘Informatik-Lehrbuch für die PC-Generation’ will der Fachbuchverlag Leipzig mit der Reihe Lehr- und Übungsbuch Informatik bereitstellen. Ungewöhnlich in einem einführenden Lehrbuch wirken die dreißig Seiten des Kapitels ‘Tabellenkalkulation’, von denen immerhin zwölf der ‘Problemlösung mit den generischen Excel-Funktionen’ gewidmet sind.

Neben dem Grundlagenband erschienen Titel zur theoretischen, praktischen und technischen Informatik; ersterer enthält sogar ein größeres Kapitel zu Fuzzy-Systemen. Für eine Ausrichtung auf Fachhochschulstudenten (und damit eine relativ starke Berücksichtigung der Anwendungen) sorgen gleich drei Herausgeber und zehn Autoren vor allem aus dem Fachhochschulmilieu, was die Darstellung nicht immer homogen wirken lässt. Fehlerkorrekturen und Lösungen ausgewählter Übungsaufgaben finden sich im Web.

Dem ersten Band Grundlagen und Überblick gelingt ein guter Rundumschlag - er vermittelt die Funktionsweise eines Flachbettscanners ebenso knapp und präzise wie das Thema formale Sprachen; das Kapitel Programme ist Java-orientiert. Insgesamt kein leichter Stoff, aber sorgfältig aufbereitet und breit angelegt - das Internet kommt allerdings zu kurz. Auf einer grauen Randleiste bleibt Platz für Notizen, dort stehen aber auch die wichtigsten Begriffe aus dem Text sowie Piktogramme, die etwa Definitionen, Beispiele und URLs anzeigen.

Ein übersichtlich strukturiertes dreispaltiges Layout findet sich auch beim Lehrbuch Grundlagen der Informatik aus der Feder des Bochumer Professors Helmut Balzert, das durchgehend zweifarbig gedruckt ist und so etwa den Code eindeutig vom beschreibenden Text trennen kann. Weil nur ein Autor verantwortlich zeichnet, gelingt die Darstellung aus einem Guss, jedoch von der thematischen Orientierung Balzerts geprägt: Hier geht es um objektorientierte Softwaretechnik, vom ersten ‘Hello World’ mit Java über Hash-Verfahren bis zu GUI-Bibliotheken. Das Buch deckt den Stoff einer zweisemestrigen Informatik-Einführung ab (zwei Stunden Vorlesung plus eine Stunde Übung) und ist sogar in 24 Lehreinheiten (gleich Vorlesungsdoppelstunden) gegliedert.

Andere Bereiche der Informatik bleiben außen vor - kein Wort etwa zu Kodierungsfragen, Buskonzepten, Datenbanken oder Grammatiken. Nachdem Balzert auf 18 Seiten kurz einige Begriffe aus Hardware und systemnaher Software erläutert, gibt er eine verständliche Einführung in Dienste und Techniken rund ums Internet, bevor er sich von Seite 73 bis zum Ende des über 900-seitigen Wälzers mit dem Programmieren befasst. Zunächst an Java ausgerichtet, liefert er am Ende noch eine 70-seitige Einführung in C++. Seine Darstellung orientiert sich an Konzepten der objektorientierten Systementwicklung; insbesondere die Beschreibungssprache UML (Unified Modeling Language) setzt er im Buch ein.

Clou des Werks sind die zwei enthaltenen CD-ROMs - Wundertüten, welche zum Learning by doing inspirieren: Aufgabenlösungen, Programmcode, Glossar, Multimedia-Präsentationen und diverse Entwicklungswerkzeuge (Java, C++, OO-Modellierung) in Demo- oder Vollversionen. Ein solcher Medienverbund hebt das Werk deutlich aus dem Feld heraus, auch wenn der Titel ‘Lehrbuch Praktische Informatik’ passender wäre. In der gleichen Reihe erschienen von Helmut Balzert das ‘Lehrbuch der Software-Technik’ (2 Bände) und von seiner Frau Heide das ‘Lehrbuch der Objektmodellierung’. Lehrende können die passenden Vortragsfolien im PowerPoint-Format für jeweils rund 300 Euro erwerben.

Graue Mäuse

In klassischer Lehrbuchaufmachung erscheinen dagegen die anderen Werke, etwa Manfred Broys Informatik - Eine grundlegende Einführung in zwei Bänden: einspaltiges Layout, keine Farben, vergleichsweise wenig Abbildungen. Die Ausrichtung geht hier eindeutig in den wissenschaftlich-universitären Bereich - keine Bilder oder Schemazeichnungen von Peripheriegeräten (nicht einmal eines Computers), und das Stichwortverzeichnis kennt weder Java noch Unix oder Windows.

Band 1 umfasst die früher getrennt erschienenen Teile ‘Problemnahe Programmierung’ und ‘Rechnerstrukturen und maschinennahe Programmierung’. Beim problemnahen Teil geht es mitnichten um Datentypen oder Dialoggestaltung, sondern beispielsweise um ‘Algorithmen als Termersetzungssysteme’ oder ‘Fixpunktdeutung rekursiver Sortendeklarationen’. Während objektorientierte Programmierung nur 14 Seiten füllt, nehmen funktionaler und prozeduraler Ansatz wesentlich mehr Raum ein. Wo es im zweiten (maschinennahen) Teil konkreter wird, handelt es sich um die exemplarische Beschreibung einer hypothetischen an die historische VAX von DEC angelehnten Rechnerarchitektur.

Durch seinen stark formalen Ansatz wirken Broys Bücher streckenweise wie Mathematiklehrwerke. Konzepte des Soft Computing, etwa Fuzzy-Systeme, kommen nicht vor. Datentypen tauchen natürlich auf, nur heißen sie hier Sorten - ein Begriff, den andere Lehrbücher überhaupt nicht kennen. Da Sorten als ‘Bezeichnungen für eine Familie von Trägermengen’ eingeführt werden, die zusammen mit einer ‘Familie von Abbildungen zwischen den Trägermengen’ das fundamentale Konzept der ‘Rechenstruktur’ konstituieren, dürften all jene, die über Basteleien oder Programmier-Spielereien zur Informatik gekommen sind, abgeschreckt werden - der Mathematikstudent freut sich dagegen über eine Darstellung, die seiner Denke entgegenkommt.

Band 2 umfasst die Bereiche ‘Systemnahe Programmierung’ (insbesondere von verteilten Systemen) und theoretische Informatik. Während die zweite Auflage des (vergleichsweise zeitlos konzipierten) Grundwerks nun schon vier Jahre alt ist, erschien das begleitende Buch Übungen zur Einführung in die Informatik gerade erst zum zweiten Mal. Es ist mit Aufgaben und Lösungen zu den beiden Broy-Bänden voll gepackt; eine begleitende CD-ROM enthält Übersetzer für die verwendeten Sprachen sowie eine Reihe von Musterlösungen und ‘Programmrahmen’, die der Lernende mit seiner Lösung ausfüllen kann.

Eher noch mathematischer geht es in vier Bänden bei Gerhard Goos’ Vorlesungen über Informatik zu. Die aus Einführungsvorlesungen an der Uni Karlsruhe entstandene Reihe basiert auf der funktionalen Sprache Gofer. Den Hauptzweck einer solchen Fundierung sieht Goos darin, ‘sich klar zu machen, dass ein ausführbares Programm und eine Aufgabenspezifikation oftmals ein und dasselbe ist’.

Der erste Band Grundlagen und funktionales Programmieren kommt nach wenigen Seiten Diskussion von Grundbegriffen gleich zu formalen Basics - Chomsky-Grammatiken, Quasiordnungen, Halbverbände und Term-Algebren heißen etwa die Themen, welche in Mathematikbuch-typischer Formalsprache behandelt werden. Die weiteren Bereiche des nur sparsam mit Abbildungen ausgestatteten Bandes: Logik, funktionales Programmieren, Datentypen und Algorithmenkonstruktion - nach den vierhundert Seiten hat der Leser jedoch noch keinen Schimmer davon, dass es auch einen objektorientierten Ansatz gibt.

Während beim oben vorgestellten ‘Lehr- und Übungsbuch Informatik’ der erste Band schon einen Abriss des gesamten inhaltlichen Spektrums bietet, verteilt Goos die Themen exklusiv auf seine vier Bände. Der zweite trägt den Titel Objektorientiertes Programmieren und Algorithmen, behandelt auch prozedurales Programmieren und setzt dabei die vom Autor entwickelte Sprache Sather ein - ab und zu gibt es wenigstens Verweise auf Java oder C.

Während die beiden ersten Bände schon in dritter Auflage erschienen, sind der dritte (zur theoretischen Informatik) und vierte (Paralleles Rechnen und nicht-analytische Lösungsverfahren) nicht über die erste hinausgekommen, obwohl gerade der letzte Band sich dadurch auszeichnet, dass er neuere Themen des Soft Computing wie neuronale Netze, unscharfes Schließen und evolutionäre Algorithmen behandelt. Insgesamt bilden die vier Goos-Bände ein umfassendes Lehrwerk für Hardcore-Studenten ohne Motivationsprobleme. Nebenfach- oder Bindestrich-Informatiker sollten sich jedoch lieber ein weniger formales Buch suchen, das nebenbei eine gängige Programmiersprache vermittelt.

Das findet sich beispielsweise auch im Springer-Verlag, der schon die Lehrbücher von Broy und Goos herausbringt, und heißt Einführung in die Informatik - Objektorientiert mit Java. Das im Jahre 2000 erschienene Werk konzentriert sich ähnlich wie das Balzert-Lehrbuch auf die Softwaretechnik; lediglich die letzten 43 Seiten behandeln logische und mathematische Grundlagen. Das Erlernen von Java gehört ausdrücklich zu den Lehrzielen des Buches, das seinen Ursprung in Lehrveranstaltungen an der Uni Tübingen hat. Auch der Einsatz der Modellierungssprache UML unterstreicht den Praxisbezug des Werks.

Die Autoren Küchlin und Weber haben aber kein Java-Handbuch geschrieben, sie erläutern zunächst sprachunabhängig auf 50 Seiten Datenstrukturen und vorwiegend objektorientierte algorithmische Konzepte. Nach 170 Seiten Java geht es dann im dritten Teil Algorithmen und weiter führende Datenstrukturen wieder um allgemeinere Themen wie Such- und Sortierverfahren. Aufgaben finden sich jeweils am Kapitelende, Lösungen jedoch nirgendwo. Insgesamt also eine geschickt konzipierte, moderne Einführung, welche sich allerdings weitgehend auf den Bereich der praktischen Informatik beschränkt.

Damit hat es sich noch nicht ausgespringert: Aus der Wiener Dependance des Verlags kommt mit Informatik - Grundlagen ein Buch, das nun gerade in die Aspekte des Fachs einführen will, die nicht die eigentliche Programmierung betreffen. Das gerade in der vierten (überarbeiteten) Auflage erschienene schmale Buch behandelt Themen wie Informations- und Kodierungstheorie, Zahlendarstellungen, Numerik, Schaltalgebra, Fuzzy-Logik und Quantencomputer. Multimediale Umsetzungen einiger Themen finden sich nur im Web (www.auto.tuwien.ac.at/informatik).

Trotz der theorielastigen Themen bemühte sich das Autorentrio zum einen um eine Reduzierung formaler Schreibweisen zu Gunsten von flüssig lesbaren, vollständigen Sätzen - keineswegs eine Selbstverständlichkeit in diesem Bereich. Zum anderen beschreiben sie auch Anwendungen der Konzepte, etwa wenn sie schildern, wie Bilder fürs JPEG-Format komprimiert werden oder wie die Algorithmen bei der PGP-Verschlüsselung arbeiten.

Übungsaufgaben enthält dieser Band nicht; die passenden stecken im eigenen Buch Informatik - Aufgaben und Lösungen. Allerdings wurden die Übungen zur dritten Auflage des Grundwerks konzipiert und enthalten immer noch die in der vierten Auflage weggefallenen Bereiche Hardware und Betriebssysteme, die immerhin etwa die Hälfte des Umfangs ausmachen. Zudem fehlen die im Grundwerk neu hinzugekommenen Teile Numerik und Quantencomputer - eine Neuauflage tut Not.

Das gesamte Spektrum der Informatik hat Hartmut Ernst mit seinem dickleibigen Band Grundlagen und Konzepte der Informatik im Blick. Der Rosenheimer FH-Professor demonstriert nicht zuletzt durch sein 45-seitiges, eng bedrucktes Stichwortverzeichnis, dass er um Breite bemüht ist. Hardware selbst ist zwar nicht sein Thema, aber hardwarenahe Grundlagen liefert er, etwa zu Mikroprozessorarchitektur, Maschinensprache und Netztechnik. Auch die theoretische Informatik kommt mit Kapiteln wie Automatentheorie, Turing-Maschinen, formale Sprachen, Berechenbarkeit und Komplexität angemessen zum Zuge.

Erst nach knapp 250 Seiten Grundlagen sieht der Leser (im Kapitel über C) die ersten Zeilen in einer höheren Programmiersprache. Objektorientierung lernt er nur im 16-seitigen Abschnitt über C++ kennen. Wie angeklatscht wirken zudem nach 717 Seiten die beiden letzten Kapitel übers Internet beziehungsweise Java. Insgesamt bemüht sich Ernst um eine gut strukturierte, lesbare Darstellung ohne viel Formalismus, verzichtet aber auf Übungsaufgaben.

Das Skriptum Informatik - eine konventionelle Einführung muss man nicht gedruckt kaufen, sondern kann es mittlerweile für ganze 50 Cent im Web lesen (www.everlage.de). Der Verkauf des mittlerweile in der fünften Auflage erschienenen Werkes hat nach Angaben der Autoren unter dieser Aktion nicht gelitten.

Das Attribut ‘konventionell’ im Titel bezieht sich darauf, dass dem Buch die klassische prozedurale Programmiersprache Modula-2 zu Grunde liegt, die als Pascal-Nachfolger in den achtziger Jahren besonders bei Didaktikern beliebt wurde, aber nie nennenswerten kommerziellen Erfolg hatte.

Nach einem vierzigseitigen Schnellkurs zu theoretischer Informatik und Rechnerarchitektur führen die Autoren exemplarisch in Modula-2 ein, berücksichtigen besonders Abstraktionskonzepte wie Modularisierung, Datenkapselung und abstrakte Datentypen. Es schließen sich allgemeinere Kapitel zu Verifikation und Programmierparadigmen an, welche objektorientierte Entwicklung auf sieben Seiten als ein Paradigma unter vielen abfeiern - in dieser Hinsicht könnte man das ‘konventionell’ im Titel als ‘veraltet’ interpretieren (zumal auch das Stichwortverzeichnis weder Java noch Internet kennt). Schließlich führt der Teil ‘Datenstrukturen und Algorithmen’ in bewährter Weise in Bäume und effiziente Suchverfahren ein, wobei Codebeispiele in Modula-2 angegeben sind. Übungsaufgaben fehlen in dem sparsam bebilderten Werk; sie finden sich in einem eigenen Band Aufgaben zum Skriptum Informatik.

Fazit

Wer besonders an Softwaretechnik interessiert ist, findet mit der Einführung in die Informatik und dem Lehrbuch Grundlagen der Informatik moderne Lehrwerke der praktischen Informatik, wobei sich der hohe Preis des letzteren durch die interessanten Softwarebeigaben rechtfertigt. Die mehrbändigen Werke wenden sich besonders an Informatikstudenten, wobei das Lehr- und Übungsbuch Informatik die breiteste Zielgruppe hat und auch für Leser aus anderen Disziplinen taugt. (fm)

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