Algorithmus
Das steckt dahinter
Im Glossar hast du schon gesehen, dass ein Algorithmus aus einzelnen, klaren Schritten besteht.
Jetzt schauen wir genauer hin.
Fast alles, was auf einem Smartphone, Tablet oder in einem Game passiert, folgt solchen Abläufen.
Ein Algorithmus beschreibt also nicht einfach nur was passieren soll, sondern auch wie und in welcher Reihenfolge.
Das ist wichtig, weil ein Computer nicht raten kann, was du gemeint hast. Er braucht klare Anweisungen.
Stell dir das so vor …
Du spielst ein Jump-and-Run.
Du tippst auf den Sprung-Button.
Im Hintergrund könnte ungefähr Folgendes passieren:
- Das Spiel erkennt deinen Tastendruck.
- Es prüft, ob deine Figur gerade auf dem Boden steht.
- Wenn ja, wird der Sprung gestartet.
- Die Figur bewegt sich nach oben.
- Die Schwerkraft zieht sie wieder nach unten.
- Die Figur landet wieder auf dem Boden.
Für dich passiert das in einem Augenblick.
Das Spiel arbeitet dabei aber eine festgelegte Abfolge von Schritten ab.
Genau das ist die Idee hinter einem Algorithmus.
Wie funktioniert es?
Viele Algorithmen lassen sich mit dem EVA-Prinzip erklären.
- E = Eingabe
- V = Verarbeitung
- A = Ausgabe
Beispiel aus einem Handyspiel:
Eingabe
Du tippst auf den Bildschirm.
Verarbeitung
Das Spiel prüft:
- Wo hast du getippt?
- Welche Aktion gehört dazu?
- Darf diese Aktion gerade ausgeführt werden?
Ausgabe
Auf dem Bildschirm passiert etwas:
- die Figur springt,
- ein Menü öffnet sich,
- ein Gegenstand wird benutzt,
- oder ein Angriff wird ausgeführt.
EVA-Prinzip – Mehr zum EVA-Prinzip erfährst du in einem eigenen Artikel.
Ein Beispiel
Stell dir vor, ein Gegner in einem Spiel soll entscheiden, was er tut.
Ein sehr einfacher Algorithmus könnte so aussehen:
- Prüfe, ob ein Spieler in der Nähe ist.
- Wenn kein Spieler da ist, patrouilliere weiter.
- Wenn ein Spieler erkannt wurde, prüfe, ob er in Angriffsreichweite ist.
- Ist er noch zu weit entfernt, bewege dich auf ihn zu.
- Ist er nah genug, greife an.
Das sieht als Ablauf ungefähr so aus:
Warum ist das wichtig?
Ohne Algorithmen könnten Programme und Spiele nicht zuverlässig funktionieren.
Sie helfen dabei:
- Aufgaben in einzelne Schritte zu zerlegen,
- Entscheidungen zu treffen,
- Daten zu verarbeiten,
- Abläufe zu steuern,
- Fehler leichter zu finden.
Auch Apps verwenden ständig Algorithmen.
Zum Beispiel: Was passiert, wenn du eine App öffnest?
Ein Algorithmus ist eine eindeutige Abfolge von Schritten zur Lösung einer Aufgabe oder eines Problems.
Ein Algorithmus ist noch kein fertiges Computerprogramm.
Derselbe Algorithmus kann in verschiedenen Programmiersprachen umgesetzt werden.
Beispiele aus der echten Welt
In Games
Algorithmen entscheiden zum Beispiel:
- wie Gegner reagieren,
- wie Figuren ihren Weg finden,
- wie Schaden berechnet wird,
- wann eine Quest abgeschlossen ist,
- welche Gegenstände gefunden werden.
Auf dem Smartphone
Algorithmen stecken unter anderem in:
- Apps,
- Kamera-Funktionen,
- Gesichtserkennung,
- Sprachassistenten,
- Suchfunktionen.
Bei YouTube, TikTok oder ähnlichen Plattformen
Algorithmen helfen dabei zu entscheiden, welche Inhalte dir als Nächstes vorgeschlagen werden.
Dabei können zum Beispiel Informationen berücksichtigt werden wie:
- welche Videos du ansiehst,
- wie lange du sie ansiehst,
- was du likest,
- was du überspringst.
Etwas genauer betrachtet
Ein sinnvoll beschriebener Algorithmus besitzt bestimmte Eigenschaften.
Eindeutigkeit
Jeder Schritt muss klar beschrieben sein.
Es darf nicht unklar sein, was als Nächstes passieren soll.
Ausführbarkeit
Jeder einzelne Schritt muss tatsächlich ausführbar sein.
Ein Computer kann mit einer ungenauen Anweisung wie der folgenden nichts anfangen:
„Mach das irgendwie besser.“
Endlichkeit
Ein Algorithmus muss aus einer endlichen Anzahl von Anweisungen bestehen.
Terminierung
Der Ablauf muss irgendwann zu einem Ende kommen oder ein Ergebnis liefern.
Determiniertheit
Bei gleichen Voraussetzungen soll der Algorithmus dasselbe Ergebnis liefern.
Determinismus
Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist eindeutig festgelegt, welcher Schritt als Nächstes folgt.
Für den Einstieg reicht es völlig, sich zunächst zu merken:
Ein Algorithmus muss klar, ausführbar und nachvollziehbar sein.
Typische Fehler oder Missverständnisse
„Ein Algorithmus ist ein Programm.“
Nicht ganz.
Der Algorithmus beschreibt den Lösungsweg.
Das Programm ist die konkrete Umsetzung dieses Lösungswegs in einer Programmiersprache.
„Algorithmen gibt es nur bei Computern.“
Nein.
Auch viele Abläufe im Alltag funktionieren algorithmisch.
Zum Beispiel:
- ein Bauplan,
- eine Bastelanleitung,
- ein Spielregel-Ablauf,
- eine Schritt-für-Schritt-Anweisung.
Algorithmen gab es schon lange vor Computern.
Menschen haben bereits vor Jahrhunderten genaue Verfahren entwickelt, um Aufgaben und Berechnungen Schritt für Schritt zu lösen.
Probier es selbst
Überlege dir einen einfachen Algorithmus für eine Spielfigur.
Die Figur soll:
- eine Schatztruhe sehen,
- zu ihr laufen,
- prüfen, ob sie verschlossen ist,
- sie öffnen, wenn sie einen Schlüssel hat.
Versuche daraus eine klare Schrittfolge zu machen.
Überlege zuerst selbst, bevor du die Lösung öffnest. Es kann auch andere richtige Lösungswege geben.
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Verwandte Begriffe
Grundlagen
- EVA-Prinzip
- Programm
- Programmiersprache
- Eingabe
- Verarbeitung
- Ausgabe
Programmsteuerung
- Bedingung
- Schleife
- Pseudocode
- Ablaufdiagramm
Eigenschaften von Algorithmen
- Eindeutigkeit
- Ausführbarkeit
- Endlichkeit
- Terminierung
- Determiniertheit
- Determinismus
Wenn du noch tiefer einsteigen möchtest
- EVA-Prinzip
- Bedingungen
- Schleifen
- Pseudocode
- Programmablaufplan