update ana, add ipi7

ws2019/ana/lectures/analysis13.tex

@@ -45,7 +45,7 @@ Aus Definitionen:
     betrachten die Folge der $n$-ten Partialsumme $(s_n)_{n \in \N}$ 
     definiert durch:
     \[
-    s_n := \sum_{k=1}^{\infty} a_k
+    s_n := \sum_{k=1}^{n} a_k
     .\] Die Reihe $\sum_{k=1}^{\infty} a_k $ konvergiert (divergiert),
     wenn die Folge der Partialsummen $(s_n)_{n\in\N}$ konvergiert (divergiert).
 
@@ -65,14 +65,14 @@ Aus Definitionen:
     \sum_{k=0}^{\infty} q^{k} = 1 + q + q^2 + q^{3} + \ldots
     .\] $\sum_{k=0}^{\infty} q^{k}$ konvergiert genau
     für alle $ q \in \mathbb{C}$ mit $|q| < 1$ und
-    es gilt $\sum_{0=1}^{\infty} q^{k} = \frac{1}{1-q}$.
+    es gilt $\sum_{k=0}^{\infty} q^{k} = \frac{1}{1-q}$.
     \label{geometrischereihe}
 \end{bsp}
 
 \begin{proof}
     Folge der Partialsummen
     \[
-    s_n = \sum_{k=0}^{\infty} q^{k} = \begin{cases}
+    s_n = \sum_{k=0}^{n} q^{k} = \begin{cases}
         \frac{1 - q^{n+1}}{1 - q} \quad q \neq 1 & q \neq 1 \\
         n + 1 & q = 1
     \end{cases}

ws2019/ana/lectures/analysis14.tex

@@ -48,7 +48,7 @@
         .\] $\implies \sum_{n=1}^{\infty} (\frac{1}{2})^{n}$ konvergente
         Majorante für $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{n}{4^{n}}$.
     \item $\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{\sqrt{n} } $ ist divergent, weil
-        $\frac{1}{\sqrt{n} } \ge \frac{1}{n}$ ($\sqrt{n} \ge 1$
+        $\frac{1}{\sqrt{n} } \ge \frac{1}{n}$ ($\sqrt{n} \ge 1$)
         $\implies \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n}$ divergente
         Minorante.
 \end{enumerate}
@@ -74,9 +74,9 @@ Kostina glaubt, dass das so stimmt, aber offensichtlich ist sie sich nicht siche
         \item $\forall n \ge N_0$ gilt:
             \[
             |a_n| \le q |a_{n-1}| \le  \ldots \le q^{n-N_0} |a_{N_0}|
-            .\] $\implies \frac{|a_{N_0}}{q^{N_0}} \sum_{n=1}^{\infty} q^{n}$
+            .\] $\implies \frac{|a_{N_0}|}{q^{N_0}} \sum_{n=1}^{\infty} q^{n}$
              ist konvergente Majorante.
-         \item $|a_n| \ge  |a_{n-1}| \ge \ldots \ge |a_n| \implies
+         \item $|a_n| \ge  |a_{n-1}| \ge \ldots \ge |a_{N}| \implies
              (a_n)_{n\in\N}$ keine Nullfolge $\implies \sum_{n=1}^{\infty} a_n$
              divergiert.
     \end{enumerate}
@@ -131,7 +131,7 @@ Kostina glaubt, dass das so stimmt, aber offensichtlich ist sie sich nicht siche
     Sei $(a_n)_{n\in\N}$, $a_n \in \R_{+}$, eine reelle, positive
     monoton fallende Nullfolge. Dann gilt
     \[
-    \sum_{k=1}^{\infty} a_k \text{ konvergent } \iff \sum_{k=1}^{\infty} 2^{k} a_{2k} \text{ konvergent}
+    \sum_{k=1}^{\infty} a_k \text{ konvergent } \iff \sum_{k=1}^{\infty} 2^{k} a_{2^{k}} \text{ konvergent}
     .\] 
 \end{satz}
 

ws2019/ipi/uebungen/haseigel.cpp

@@ -0,0 +1,147 @@
+#include<stdio.h>
+
+// Ein Listenelement
+struct IntListElem {
+    IntListElem* next;  // Zeiger auf nächstes Element
+    int value;          // Daten zu diesem Element  
+} ;
+
+// Eine Liste
+struct IntList {
+    int count;          // Anzahl Elemente in der Liste
+    IntListElem* first; // Zeiger auf erstes Element der Liste
+} ;
+
+
+// Initialisiere eine Listenstruktur
+void empty_list (IntList* l)
+{
+    l->first = 0;   // 0 ist keine gueltige Adresse: Liste ist leer
+    l->count = 0;
+}
+
+// Fuege ein Element nach einem gegebenem ein
+void insert_in_list (IntList* list, IntListElem* where, IntListElem* ins)
+{
+    if (where==0) // fuege am Anfang ein
+    {
+        ins->next = list->first;
+        list->first = ins;
+        list->count = list->count + 1;
+    }
+    else         // fuege nach where ein
+    {
+        ins->next = where->next;
+        where->next = ins;
+        list->count = list->count + 1;
+    }
+}
+
+// Entferne ein Element nach einem gegebenem
+// Liefere das entfernte Element zurueck
+IntListElem* remove_from_list (IntList* list, IntListElem* where)
+{
+    IntListElem* p;  // das entfernte Element
+
+    // where==0 dann entferne erstes Element
+    if (where==0) 
+    {
+        p = list->first;
+        if (p!=0)
+        {
+            list->first = p->next;
+            list->count = list->count - 1;
+        }
+        return p;
+    }
+
+    // entferne Element nach where
+    p = where->next;
+    if (p!=0)
+    {
+        where->next = p->next;
+        list->count = list->count - 1;
+    }
+    return p;
+}
+
+// creates a cyclic list with a linear part of k elements
+// and a cyclic part of n elements
+IntList* make_cyclic_list(int k, int n) {
+    IntList* list = new IntList();
+    empty_list(list);
+
+    // create cyclic list of length n
+    if (n > 0) {
+        // create last element of list (its inserted first)
+        IntListElem* last = new IntListElem();
+        last->value = n+k;
+        // insert the (now first, but later) last element into the list
+        insert_in_list(list, 0, last);
+            // now iterate over every other number
+            for (int i = n+k-1; i > k; i--) {
+            // and create a new list element
+            IntListElem* elem = new IntListElem();
+            // with the given number
+            elem->value = i;
+            // and add it to the list in the very beginning
+            insert_in_list(list, 0, elem);
+        }
+        // make the last element reference the first one
+        last->next = list->first;
+    }
+    IntListElem* firstCyclic = list->first;
+    // add a linear part
+    for (int i = k; i > 0; i--) {
+        // create new list element
+        IntListElem* elem = new IntListElem();
+        // with given value
+        elem->value = i;
+        // and insert in the very beginning
+        insert_in_list(list, 0, elem);
+        // if it is the (first inserted, but later) last element of the linear
+        // part, make it point to the first cyclic element
+        if (i == k) {
+            elem->next = firstCyclic;
+        }
+    }
+    return list;
+}
+
+// Hase-Igel Algorithmus zum Finden eines Zyklus in einer Liste
+int hase_igel(IntList* list) {
+    // create igel, that goes on by one
+    IntListElem* igel = list->first;
+    // create hase that always skips one element
+    IntListElem* hase = list->first;
+    // count the number of steps needed
+    int n = 0;
+    // this is the first occurence of a cycle
+    int first = 0;
+    // move forward with igel and hase until we hit the end of the list
+    while (igel != 0 && hase != 0) {
+        // increment igel and hase
+        igel = igel->next;
+        hase = hase->next->next;
+        // increment the step counter
+        n++;
+        // if igel and hase point to the same element, there
+        // has to be a cycle
+        if (igel == hase) {
+            // save the first occurence
+            if (first == 0) {
+                first = n;
+            // if we find the second one, return the difference
+            } else {
+                return n - first;
+            }
+        }
+    }
+    // if there is an end, there can't be a cycle
+    return 0;
+}
+
+int main() {
+    IntList* list = make_cyclic_list(10, 0);
+    printf("Laenge des Zyklus: %d\n", hase_igel(list));
+}

ws2019/ipi/uebungen/ipi7.tex

@@ -5,7 +5,7 @@
 
 \begin{document}
 
-\begin{aufgabe}
+\begin{aufgabe} LIFO vs. FIFO
     \begin{enumerate}
         \item Kunden in einer Bäckerei
 
@@ -18,6 +18,9 @@
             FIFO: Die ältesten Lebensmittel müssen als erstes verbraucht werden.
         \item Autos auf einer Autofähre
 
+            Def. (Autofähre). Eine Fähre mit einer Auffahrt und einer Ausfahrt, jedes Auto
+            befährt die Fähre nur vorwärts.
+
             FIFO: Das erste Auto steht ganz vorne auf der Fähre und verlässt diese als erstes
             auf der anderen Seite.
         \item Druckanträge auf einen Drucker
@@ -34,6 +37,33 @@
 \end{aufgabe}
 
 \begin{aufgabe}
+    Hase und Igel
+    \begin{enumerate}[a)]
+        \item Wenn kein Zyklus vorliegt, wird einer \textit{Hase} zuerst auf Null zeigen.
+            Falls der Zeiger des \textit{Hasen} aber den \textit{Igel} überrundet, muss ein
+            Zyklus vorliegen, Das wird dann erkannt, wenn \textit{Hase} und \textit{Igel} zum
+            gleichen Zeitpunkt auf das selbe Element zeigen. Der Abstand von \textit{Hase} zu
+            \textit{Igel} wird dabei immer kleiner, sodass dies in endlicher Zeit erreicht wird.
+
+            Die Länge des Zyklus wird erkannt durch die Differenz der Schrittzahlen, des ersten
+            Aufeinandertreffens und dem zweiten.
+        \item siehe \textit{haseigel.cpp}
+    \end{enumerate}
+\end{aufgabe}
+
+\begin{aufgabe}
+    Warteschlangen
+    \begin{enumerate}[a)]
+        \item siehe \textit{queue\_einfach.cpp}
+        \item siehe \textit{queue.cpp}
+        \item Die Version der einfach verketteten Liste braucht ca. 2550 mal so lang, wie die zweite. Dies liegt
+            an der Komplexität O(n) des Hinzufügens eines Elements für
+            eine einfach verkettete Liste, da hier durch die ganze Liste iteriert werden muss, um das letzte
+            Element zu finden. Bei einer doppelt verketteten Liste liegt eine Komplexität
+            von O(1) vor, da hier direkt auf das letzte Element zugegriffen werden kann.
+            Das Entfernen am Listenanfang ist immer eine O(1) Operation, weil hier direkt in beiden
+            Fällen der Pointer auf das erste Element verwendet werden kann.
+    \end{enumerate}
     
 \end{aufgabe}
 

ws2019/ipi/uebungen/queue.cpp

@@ -0,0 +1,84 @@
+#include<stdio.h>
+#include<cstdlib>
+
+// Ein Queue Element
+struct QueueElem {
+    QueueElem* next;  // Zeiger auf nächstes Element
+    QueueElem* previous;  // Zeiger auf vorheriges Element
+    int value;          // Daten zu diesem Element  
+} ;
+
+// Eine Queue
+struct Queue {
+    int count;          // Anzahl Elemente in der queuee
+    QueueElem* first; // Zeiger auf erstes Element der queue
+    QueueElem* last;  // Zeiger auf letztes Element der queue
+} ;
+
+
+// Initialisiere eine queue
+void empty_queue (Queue* l)
+{
+    l->first = 0;   // 0 ist keine gueltige Adresse: queue ist leer
+    l->last = 0;
+    l->count = 0;
+}
+
+// Fuege neues Element am Ende der Schlange ein
+void add_to_queue(Queue* queue, QueueElem* elem)
+{
+    if (queue->last == 0) {
+        queue->first = elem;
+        queue->last = elem;
+    } else {
+        queue->last->next = elem;
+        elem->next = 0;
+        elem->previous = queue->last;
+        queue->last = elem;
+    }
+    queue->count = queue->count + 1;
+}
+
+// Remove last Element from queue and return it
+QueueElem* remove_from_queue (Queue* queue)
+{
+    if (queue->first == 0) {
+        return 0; // return null if queue is empty
+    }
+    QueueElem* p;
+    p = queue->first;
+    queue->first = p->next;
+    queue->count = queue->count -1;
+    return p;
+}
+
+// print a queue
+void print_queue(Queue* queue) {
+    // index pointer
+    QueueElem* current = queue->first;
+    printf("Queue: ");
+    // print every element until the last
+    while (current != 0) {
+        printf("%d ", current->value);
+        current = current->next;
+    }
+    printf("\n");
+}
+
+int main() {
+    // create a queue
+    Queue* queue = new Queue();
+    empty_queue(queue);
+    // and some elements
+    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
+        QueueElem* elem = new QueueElem();
+        elem -> value = rand();
+        add_to_queue(queue, elem);
+    }
+    // and remove them again
+    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
+        remove_from_queue(queue);
+    }
+    // check if queue is empty
+    print_queue(queue);
+}

ws2019/ipi/uebungen/queue_einfach.cpp

@@ -0,0 +1,83 @@
+#include<stdio.h>
+#include<cstdlib>
+
+// Ein Schlangenelement
+struct QueueElem {
+    QueueElem* next;  // Zeiger auf nächstes Element
+    int value;          // Daten zu diesem Element  
+} ;
+
+// Eine Schlange
+struct Queue {
+    int count;          // Anzahl Elemente in der Liste
+    QueueElem* first; // Zeiger auf erstes Element der Liste
+} ;
+
+// Initialisiere eine Schlange
+void empty_queue (Queue* l)
+{
+    l->first = 0;   // 0 ist keine gueltige Adresse: Liste ist leer
+    l->count = 0;
+}
+
+// Fuege ein Element ans Ende der Schlange an
+void add_to_queue (Queue* queue, QueueElem* elem)
+{
+    // Laufpointer
+    QueueElem* current = queue->first;
+    if (queue->first == 0) { // if queue is empty, put the new element as the first one
+        queue->first = elem;
+        return;
+    }
+    // find last element of list
+    while (current->next != 0) {
+        current = current->next;
+    }
+    current->next = elem; // set new element as the follower of the old last one
+    queue->count = queue->count + 1; // increment queue size
+}
+
+// Entferne das erste Element der Schlange
+QueueElem* remove_from_queue(Queue* queue)
+{
+    QueueElem* p;  // das entfernte Element
+    if (queue->first == 0) { // check if list is empty
+        return p;  // then just return null pointer
+    } else {
+        p = queue->first; // return the first element of the queue
+        queue->first = p->next; // set the second to be the new first
+        queue->count = queue->count-1; // decrement queue size
+        return p; // return the removed element
+    }
+}
+
+// print a queue
+void print_queue(Queue* queue) {
+    // index pointer
+    QueueElem* current = queue->first;
+    printf("Queue: ");
+    // print every element until the last
+    while (current != 0) {
+        printf("%d ", current->value);
+        current = current->next;
+    }
+    printf("\n");
+}
+
+int main() {
+    // create a queue
+    Queue* queue = new Queue();
+    empty_queue(queue);
+    // and some elements
+    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
+        QueueElem* elem = new QueueElem();
+        elem -> value = rand();
+        add_to_queue(queue, elem);
+    }
+    // and remove them again
+    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
+        remove_from_queue(queue);
+    }
+    // check if queue is empty
+    print_queue(queue);
+}