Vorberechnung

Vorberechnung, auch als Precomputation bezeichnet, ist der Prozess, Berechnungen vor dem eigentlichen Hauptprozess durchzuführen und Teilergebnisse oder Daten zu erzeugen und zu speichern. Ziel ist es, spätere Berechnungen zu beschleunigen, Reaktionszeiten zu verkürzen oder deterministische Abläufe sicherzustellen.

Anwendungsbereiche reichen von Algorithmen und Datenverarbeitung über Computergraphik bis hin zu Datenbanken und Kryptografie. Typische Beispiele sind das Anlegen von Lookup-Tabellen oder Tabellen zur Interpolation, Precomputed Radiance Transfer in der Grafik, vordefinierte Bewegungs- oder Simulationsprofile sowie materialisierte Sichten und Caching in Datenbanken. In der Kryptografie und sicherheitskritischen Protokollen kann Vorberechnung genutzt werden, um wiederkehrende Operationen schneller zu gestalten.

Methoden der Vorberechnung umfassen das Erzeugen von Tabellen, Cache-Strukturen, Tabellierung komplexer Funktionen oder das Vorhalten von Teillösungen durch Memoisierung. Es geht oft um einen Offline-Online-Trade-off: Große Vorberechnungen erfolgen im Voraus (offline) und erleichtern anschließende Online-Anfragen, wobei Speicherverbrauch und Aktualität der Daten berücksichtigt werden müssen.

Vorteile sind schnellere Laufzeiten, deterministische Antworten und geringere Rechenlast im Hauptpfad. Nachteile umfassen erhöhten Speicherbedarf, mögliche Datenalterung bzw. Notwendigkeit der Aktualisierung von Vorberechnungen sowie komplexere Wartung und Validierung der Datenstrukturen.

Verwandte Begriffe sind Preprocessing, Memoisierung und Caching. Im wirtschaftlichen Kontext kann der Begriff Vorberechnung auch als Vorkalkulation verwendet werden, unterscheidet sich aber oft vom technischen Einsatz im Informatik- bzw. mathematischen Bereich.