AlgorithmusTechniken

AlgorithmusTechniken bezeichnet eine Sammlung grundsätzlicher Methoden und Muster, mit denen Algorithmen entworfen, analysiert und implementiert werden, um Probleme in der Informatik effizient zu lösen. Sie helfen dabei, komplexe Aufgaben zu strukturieren, Wiederverwendbarkeit zu ermöglichen und die Leistungsfähigkeit von Verfahren durch systematische Bewertung von Zeit- und Speicherbedarf zu beurteilen.

Zu den zentralen Design-Paradigmen gehören Divide-and-Conquer, bei dem ein Problem in Teilprobleme zerlegt, diese gelöst und die Lösungen zusammengeführt werden; dynamische Programmierung, die Zwischenresultate speichert und deren Wiederverwendung ermöglicht; Greedy-Algorithmen, die lokale Optimierungen nutzen und in bestimmten Klassen globale Optimalität garantieren; sowie Backtracking und Branch-and-Bound, die Suchräume gezielt durchsuchen und durch Rücksprünge effizient reduzieren. Weiterhin spielen randomisierte und probabilistische Techniken eine Rolle, bei denen Zufall oder Wahrscheinlichkeiten verwendet werden, um Erwartungswerte zu erreichen. Heuristiken und Metaheuristiken wie A*, genetische Algorithmen oder Simulated Annealing liefern praktikable Näherungslösungen in schwierigen Problemklassen. Approximation-Algorithmen liefern deterministische, polynomielle Näherungen für NP-schwere Probleme. Online- und Streaming-Algorithmen treffen Entscheidungen unter begrenztem Vorwissen und passen sich wechselnden Gegebenheiten an.

Typische Anwendungsgebiete sind Graphalgorithmen, Sortier- und Suchverfahren, Optimierungsprobleme (Knoten- oder Pfadfindung, Ressourcenplanung) sowie Prozeduren in der Datenverarbeitung und künstlichen Intelligenz. Wichtige Aspekte der AlgorithmusTechniken sind die Worst-Case- und Average-Case-Komplexität, der Speicherbedarf und die Skalierbarkeit, die oft durch Analysemodelle beschrieben werden. Beispiele hierfür sind Divide-and-Conquer mit QuickSort, dynamische Programmierung bei dem Knapsack-Problem oder Längste Gemeinsame Teilfolge, Greedy-Verfahren wie Huffman-Codierung, sowie Dijkstra- und A*-Algorithmen im Bereich der Graphensuche.