Joey's und Felix's Lernblog

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Datenbanken

Datenbanken sind in der Informationsverarbeitung und Informationsverwaltung von größter Bedeutung. Unter einer Datenbank versteht man ein System, das zum effizienten Verwalten von großen Datenmengen dient.

Aufbau

Eine Datenbank besteht aus mehreren Einzelteilen, die hier kurz beschrieben werden:

Tabellen: Sind die größte Untereinheit von Datenbanken, in ihnen werden die Datensätze abgelegt

Datensatz: Ein Datensatz ist eine Zeile der Tabelle, in ihm sind alle Attribute einer Entität gespeichert

Entität: Ein Objekt in der Datenbank, dem Attribute zugeordnet werden, z.B. ein Auto.

Attribut: Eine Eigenschaft, die der Entität zugeordnet wird. Z.B. das Automodell, oder das Baujahr. Ein Attribut wird auch als Datenfeld bezeichnet.

Relation: Stellt die Beziehung zwischen Entitäten her. So steht z.B. die Entität Auto in beziehung mit der Entität Besitzer.

Primärschlüssel: Mit dem Primärschlüssel muss jeder Datensatz eindeutig identifizierbar sein. Er ist meist eine ID wie z.B. eine fortlaufende Nummer.

Fremdschlüssel: Bei der Verknüpfung von zwei Tabellen wird der Primärschlüssel der einen Tabelle zum Fremdschlüssel der zweiten Tabelle. Mit einem Fremschlüssel lassen sich Datensätze verknüpfen.

Entity Relationship Modell

Das Entity Relationship Modell, kurz ERM, dient dazu, die Stucktur und den Aufbau einer Datenbank abzubilden. Hierbei können komplexe Datenbankstukturen, bestehend aus Entitäten, Relationen und Attributen, mittels einfacher Grafiken anschaulich dargestellt werden:

Eine Entität ist ein Rechteck

Ein Attribut ist eine Ellipse oder ein abgerundetes Rechteck

Eine Relation ist eine Raute

Im unten zu sehenden Beispiel ist ein ER Diagramm zu sehen, welches die folgenden Zusammenhänge grafisch darstellt:

Die einzelnen Wettkämpfe sind durch Namen der Sportart, den Termin und die Sportstätte gekennzeichnet. An jedem Wettkampf nehmen mehrere Sportler teil, die durch eine Startnummer identifiziert werden und außerdem, wie jede Peron, einen Namen besitzen. Jeder Wettkampf wird von einem Schiedsrichter geleitet, dem für diese Spiele eine eindeutige Personalnummer zugeordnet wurde. Die Sportler und Schiedsrichter gehören einer Nation an, zu der der Name des Mannschaftsleiters und eine Telefonnummer abgespeichert werden soll.

Normalisierung

Die Normalisierung von Datenbanken dient zur Minimierung von Redundanz. Sie erfolgt in 3 Schritten:

Normalform: Jedes Datenfeld darf nut gleichartigen inhalt haben. Bsp.: Das Datenfeld Name wird in die Felder Vorname und Nachname aufgeteilt.

Normalform: Jeder Datensatz bildet nur einen Sachverhalt ab. Daten werden in thematische Tabellen unterteilt. Bsp.: Eine Tabelle für Kunden und eine für Aufträge.

Normalform: Transitive (indirekte) Abhängigkeiten sollen vermieden werden. Bsp.: Zu einem Namen gibt es eine PLZ und einen Ort. Damit ist der Ort transitiv vom Namen abhängig. Normalisiert gibt es zwei Tabellen: Eine beschriebt die Abhängigkeit Name-PLZ, die andere PLZ-Ort.

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Verschlüsselung

Verschlüsselung und Entschlüsselung sind essentielle Bestandteile von sicherer Kommunikation. Prinzipiell kann bei der Verschlüsselung zwischen zwei verschiedenen Arten unterschieden werden: Der symmetrischen und der asymmetrischen Verschlüsselung.

Symmetrische Verschlüsselung

Die symmetrische Verschlüsselung ist die einfachste Form der Verschlüsselung. Bei ihr wird die Information vom Absender mit einem Schlüssel verschlüsselt und dann vom Empfänger mir dem selben Schlüssel entschlüsselt.

Ein Beispiel für symmetrische Verschlüsselung ist die Caesarverschlüsselung. Bei ihr werden die Buchstaben der Nachricht im Alphabet "verschoben". Der Faktor dieser Verschiebung ist der Schlüssel, mit der die Nachricht Ver- und Entschlüsselt wird. Allerdings kann durch simples Probieren relativ schnell herausgefunden werden, mit welchem Schlüssel die Nachricht einen Sinn ergibt.

Die symmetrische Verschlüsselung ist wesentlich unsicherer als die asymmetrische, da nur ein mehr oder weniger öffentlicher Schlüssel existiert.

Asymmetrische Verschlüsselung

Für moderne Verschlüsselung macht ausschließlich asymmetrische Verschlüsselung sinn. Bei dieser Art der Verschlüsselung werden zum ver- und entschlüsseln unterschiedliche Schlüssel verwendet. Mit einem Public Key, der öffentlch ist, werden die Informationen verschlüsselt.

Entschlüsseln lässt sich die Nachricht nur mit dem Private Key, der zusammen mit dem Public Key generiert wurde. Im gegensatz zum Public Key kennt den Private Key nur der Empfänger.

Beispiele für asymmetrische Verschlüsselung sind RSA und PGP, welche eine sichere Kommunikation über das Internet ermöglichen. Wer sicher geheime Nachrichten verschicken will, sollte ausschließlich asymmetrische Verschlüsselung nutzen.

Praktisches Beispiel

Ein Praktisches Beispiel ist eine kleine Webapp, die zur Verschlüsselung mit Hilfe des Caesarverfahren dient: http://code.demont.is/caesarcipher/

Alle genauen Schritte der Verschlüsselung, sind unter folgender Seite kommentiert: https://gist.github.com/dervondenbergen/fa439aeb4d84444d0b14

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Sortieralgorithmen in C++

Egal in welchem Bereich man mit dem Computer arbeitet, Sortieren kommt immer in irgendeiner Form vor. Bei diesem Faktum ist es kaum verwunderlich, dass das Programmieren eines Sortieralgorithmus zu den Grundvorraussetzungen beim Programmieren gehört.

Bubblesort

Der Bubblesort Algorithmus ist der Einfachste Sortieralgorithmus. Bei diesem werden immer zwei Zahlen aus der Liste verglichen und geprüft, welche der Beiden größer ist. Sollte die 1. Zahl größer als die 2. sein, so werden die beiden vertauscht. Dieser Vorgang wird bis zum Ende der Liste fortgesetzt, dann ist die größte Zahl an der richtigen Stelle. Nun wird der Gleiche Vorgang für die nun um eine Zahl kürzere Liste wieder angewandt. Dies wird so Lange fortgesetzt, bis alle Zahlen richtig einsortiert sind.

Im Pseudocode schaut der Bubblesort Algorithmus folgendermaßen aus:

Zähle von n-1 bis 1 runter und speichere den Wert in end keinTausch = true Von 0 bis end-1 zählen Wenn der Nachbar an der nächsthöheren Position kleiner ist: Tausche die beiden Zahlen und keinTausch = false Wenn keinTausch = true aufhören

Quicksort

Eine wesentlich schnellere Alternative zum Bubblesort ist der Quicksort-Algorithmus. Bei dieser Vorgehensweise wird aus der Zahlenliste zunächst ein Element (das sog. Pivotelement) ausgewählt. Um dieses Element werden nun die anderen mit Hilfe von 2 Pointern sortiert. Der 1. Pointer beginnt am Anfang der Liste und der 2. am Ende. Der 1. wird so lange nach links bewegt, bis er auf eine Zahl stößt, die Größer als das Pivotelement ist. Der 2. so lange nach links, bis er ein Element erreicht, welche kleiner als das Pivotelement ist. Ist dies der Fall so weden die beiden Elemente vertauscht und der Vorgang dann fortgesetzt. Nachdem sich 1. und 2. Pointer überkreuzt haben, wird das Pivotelement an die Position des 2. Pointers gesetzt. Es ist nun an der richtigen Stelle. Mit den beiden Teillisten wird nun gleich verfahren.

Im Pseudocode sieht der Quicksort folgendermaßen aus:

Pivotelement auswählen Solange 1. Pointer <= 2. Pointer Solange der Wert <= Pivotelement ist: 1. Pointer um 1 weiter im Index Solange der Wert > Pivotelement: 2. Pointer um 1 kleiner im Index Elemente an den jeweiligen Indexpositionen austauschen. Pivotelement an die Stelle von 2. Pointer setzen.

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Das “Stickgame” ist ein mathematisches Spiel, bei dem es darum geht, von einer Menge von Stöcken, abwechselnd welche wegzunehmen. Die Anfangsanzahl wird dabei zufällig definiert und der Spieler darf nur eine Anzahl von Stöcken wegnehmen, aus der man eine Quadratwurzel ziehen kann. Der Spieler der den letzten Stock wegnimmt hat verloren.

Dieses Spielprinzip haben wir mit Hilfe von C++ umgesetzt. Hierbei haben wir unter anderem auch darauf geachtet, dass eine Fehlermeldung kommt, wenn der Spieler z.B. einen Buchstaben statt einer Zahl eingibt.

Unseren Code zum Stickgame kannst du unter hier finden.

Das Video zeigt, wie das Spiel ausschaut, wenn man es im Terminal ausführt.

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Verwendung von Open Data in einer App

Open Data ist die Bezeichnung für frei verfügbare, öffentliche Daten. Wir haben solche Daten benützt, um eine App zu entwickeln, mit der die Navigation im öffentlichen Verkehr noch einfacher wird. 

Die Stadt Wien stellt auf der Seite open.wien.at viele öffentliche Daten zur Verfügung. Aus diesem Datenkatalog haben wir die Daten der Wiener Linien ausgesucht. Auf Basis dieser Echtzeitdaten ist die Idee für unsere App entstanden: Wartezeiten sollen mit unserer App sofort bei der Ankunft an der Station per Push-Mitteilung an den User übermittelt werden. Der Vorteil gegenüber vergleichbaren Applikationen ist, dass unser Programm komplett selbstständig die Wege des Benutzers erkennt. So können nicht nur Wartezeiten automatisch gesendet werden, sondern bei einer Verkehrsbehinderung sogar eine Alternativroute berechnet werden.

Alle hierzu benötigten Daten werden als Open Data von der Stadt Wien zur Verfügung gestellt. Unsere App könnte diesen Datenkatalog sogar nich bereichern, indem anonymisierte Standortdaten der User an die Wiener Linien gesendet werden. Diese Echtzeitdaten könnten dabei helfen die Verkehrsströme besser zu kontrollieren, und so für ein angenehmeres Fahrerlebnis sorgen. 

Hier noch zwei Bilder, die Zeigen wie die App aussehen könnte:

Eine Push-Mitteilung:

Die Routenplanung in der App:

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c++

c++ Programme kann man nicht so einfach wie Android Apps mit dem Appinventor erstellen. Für c++ braucht man mehrere Teile.

Über

Wenn man c++ Code zu einem funktionstüchtigen Programm machen will, braucht man einen Editor, zum Beispiel Notepad++ , einen Compiler und einen Linker.

Der Editor ist wie jedermann weiß dazu da, um den Code zu bearbeiten. Ein Compiler macht dem Computer unseren c++ Code verständlich. Der Linker ist deswegen da, weil wir ohne ihm nicht den Code auch als Programm ausführen können. Meistens sind Compiler und Linker in einem, wie bei dem GNU compiler. Diesen verwende ich auch, da er auf Mac OS X schon vorinstaliert ist.

Programieren

In diesem Blog Post wird ein kleines Hello World Programm erklärt. Am besten speichern wir es als hello.cpp ab (.cpp ist das Dateiformat für c++ Programme).

Dieser Code gibt auf zwei Zeilen getrennt Hello und dann World aus.

#include <iostream>

Mit #include wird die “iostream” Bibliothek in unser Programm geladen. Diese wird benötigt, um eine visuelle Ausgabe zu haben und um Tastaturanschläge o.Ä. zu erkennen.

using namespace std;

Diese Zeile sagt dem Code welcher Teil des Programms er ist, eigentlich nur nützlich bei größeren Programmen.

int main () {

Bei dieser Funktion beginnt das eigentliche Programm.

cout << "Hello World!";

cout ist kurz für console out, was so viel bedeutet wie Textausgabe. Jede Zeile muss mit einem Semikolon enden, da sonst Fehler beim kompilieren entstehen.

cout << endl;

endl steht für end line, neue Zeile. Dadurch wir der Text beim nächsten cout in der nächsten Zeile ausgegeben.

cin.get();

cin ist das Gegenstück zu cout. Bei cin wir auf eine Tastatureingabe gewartet, bevor das Programm weitermacht. Obwohl wir keinen Textinput haben wollen brauchen wir diese Zeile. Ohne ihr würde sich die Console sofort schließen, so wartet sie noch den Tastendruck ab.

return 0;

Diese vorletzte Zeile wird deswegen benötigt, da unsere main() Funktion vom Typ ein Integer, eine Zahl, ist. Wenn 0 als Schlussantwort kommt, wurde das Programm problemlos ausgeführt.

}

Der Schluss unserer Funktion und unseres Programmes hat diese Klammer. Jede Funktion beginnt mit { und endet mit }.

Programm erstellen

Um den Code zu einem Programm zu machen führen wir diese Zeile in unserer Console (Terminal, cmd) aus:

g++ hello.cpp -o hello

Damit wird das “hello” Programm erstellt. Um es nun ausführen zu können schreibt man einfach in der Console ./hello oder man öffnet es wie jedes andere Programm.

Das Resultat unseres Programms sollte jetzt so ausschauen:

Wenn du keine Lust hast, den Code Zeile für Zeile abzutippen, kannst du hier sowohl diesen als auch das kompilierte Programm herunterladen.

Code: hello.cpp

Programm: hello

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Appinventor

In den letzten vier Stunden haben wir mit dem Android App Inventor gearbeitet. Aufgabe war es ein Singleplayer-Pong zu erstellen, welches auf auf einem Android Telefon spielbar ist.

In den ersten zwei Sunden hat jeder an einer eigenen Version gearbeitet. Das vorläufige Ziel war es, einen sich bewegenden Ball mit einem Schläger wegzuschießen. Der Ball prallt an den Seitenkanten des Telefons ab, und fliegt in eine andere Richtung.

Man will schließlich die App testen, deswegen kann man sich die apk-Datei, das Fromat in welchem Android Apps abgespeichert werden, einfach am Handy installieren. Es wird im App Inventor ein QR-Code angezeigt, der zur App zeigt.

In den letzten beiden Stunden haben wir uns in Gruppen zusammengetan. Unsere Gruppe bestand aus Joey, Felix, Max und einem anderen Felix. Wir sollten ein oder mehr Extra-Features einbauen. Wir haben uns für einen Punktezähler entschieden.

Neben einem Punktezähler haben wir auch eine Anzeige für die Geschwindigkeit. Diese ist nämlich nicht konstant, sondern erhöht sich nach jeweis 8 Punken um 2. Dadurch wird das Spiel immer schwieriger und spannender :D

Es gibt unendlich viele möglichkeiten, wie man die App verbessern kann, aber wir haben es bei den beiden Zählern belassen. Wenn du selber weitere features hinzufügen willst, kannst du dir die Projektdatei herunterladen, und im Appinventor selbst bearbeiten.

Du magst nichts ändern sondern nur spielen, die apk-Datei ist auch zum Download verfügbar.

Lade alles als Zip-Datei herunter: pong.zip

Nur Apk: pong.apk

Nur Projektdatei: pong.aia

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Zusage - Absage

Als Abschlussprojekt für das 1. Semester hatten wir die Aufgabe, eine loginbasierte Website zu erstellen, bei der man mitteilen kann, ob man zum nächsten Treffen erscheint oder nicht.

Die Anfänge

Begonnen haben wir damit, dass wir einen Entwurf gezeichnet haben um diesen dann umzusetzen.

Datenbank für Login

Der nächste Schritte bestand darin, mit Hilfe von phpMyAdmin die notwendige Datenbank zur Verwaltung der User zu erstellen. In weiterer Folge haben wir die Formulare zum Login und die Registrierung entwickelt. Die Daten aus den Formularen werden dann mit der Datenbank abgeglichen. Bei Übereinstimmung wird die Session gestartet.

Bist du nächstes Mal da?

Da der User jetzt eingeloggt ist, kann er sich nun entscheiden ob er zum nächsten Treffen erscheint oder nicht. Dazu wird er nach dem Login automatisch auf die Hauptseite weitergeleitet. Wie auf dem Bild zu sehen ist, kann der User durch einen Klick auswählen ob er Teilnimmt oder nicht. Außerdem sieht er auch wer sonst noch kommt oder nicht.

Wenn man es sich später noch anders überlegt oder doch keine Zeit hat, kann man seine Auswahl noch ändern.

Probier es selbst aus

Wenn du magst, kannst du unsere Web-Applikation selbst ausprobieren - du musst dann aber auch zum Treffen kommen :)

Wenn du ein echter Nerd bist kannst du dir den Code unter https://github.com/joeyundfelix/zusabs anschauen und auch selbst herumhacken.

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Alle bisher erstellten PHP Beispiele und welche, die noch entstehen werden, sind hier auffindbar. Tobt euch aus.

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Heute haben wir uns mit dem Java-Hamster-Modell beschäftigt und einige einfache Programmabläufe erstellt. Du kannst Java-Hamster selbst unter dem obrigen Link ausprobieren.

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PHP: If-Abfragen und Schleifen

Diese Stunde haben wir uns mit Schleifen und If-dingstas in PHP beschäftigt. Die Aufgaben waren es eine beliebige If-Abfrage zu erstellen, die Zahlen von 1 bis 10 auszugeben, eine Tabelle mit den Zahlen von 1 bis 100 auszugeben und aus dieser Tabelle dann noch eine aufsteigende und eine absteigende Pyramide gemacht. Unser Code sieht dabei folgendermaßen aus: If-Abfrage  Zahlen 1 - 10  Zahlen 1 - 100   Zahlen 1 - 100 als Pyramiden  

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PHP: Variablen, Tauschen

In der letzten Stunde haben wir uns zum ersten mal mit PHP beschäftigt. Das Erste was wir gelernt haben sind Variablen. Variablen können eine Funktion, Text, Nummer oder Ähnliches sein. In PHP werden Variablen mit einem `$` deklarieren, z.B. `$variable = "Wunderbare Variable"`. Ein Programm, welches wir schreiben sollte, dient dem Tauschen von zwei Variablen. Damit ist gemeint, dass der Wert von Variable 1 zum Wert von Variable 2 wird und andersrum. An einem Beispiel mit Äpfeln und Bananen als Werte der Variablen, haben wir dieses Programm Geschrieben. Humorvoll wie wir sind, haben wir Äpfel mit dem Wort Apfels vertauscht. Das hat auch den Grund, dass Umlaute zu Problemen führen können. 

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Zugriff auf das WLAN auf bestimmte Geräte beschränken

Es gibt immer wieder Situationen, in denen es sinnvoll ist, den Zugriff auf ein WLAN Netzwerk auf bestimmte Computer einzuschränken. Ein gutes Beispiel dafür wäre ein Schulnetzwerk.

Ich werde hier kurz erklären, wie ein solcher Filter funktioniert und wie es relativ leicht möglich ist, ihn zu umgehen.

Wie funktioniert so ein Filter?

Um zu bestimmen, welcher Computer sich mit dem Netzwerk verbinden darf und welcher nicht, wird die MAC-Adresse benutzt. Diese, auch Hardwareadresse oder Physikalische Adresse genannte Hexadezimalzahl, ist der unveränderbare “Name” des Computers im Netzwerk. Diese wird dann im Router auf eine sog. White List gesetzt. Jeder Computer dessen MAC-Adresse sich auf dieser Liste befindet, kann sich dann mit dem WLAN verbinden.

Wie lässt sich ein MAC-Adressen-Filter umgehen?

Auch wenn die MAC-Adresse in der Netzwerkkarte unveränderbar ist, gibt es einen Weg sie zu spoofen. Da das Betriebssystem die Hardwareadresse mit einer Software ausliest und erst dann versendet, kann sie hier noch verändert werden.

Um sich nun mit dem eigenen Laptop in das gesicherte WLAN zu verbinden, muss man nur noch eine der erlaubten MAC-Adressen bekommen und diese dann für den eigenen Computer verwenden. Wenn man Zugriff zu einem im Netzwerk eingebundenen Computer besitz, kann die MAC-Adresse unter Windows mit dem Kommandozeilenbefehl ipconfig ausgelesen werden.

Am eigenen Computer, in unserem Fall ein Mac, kann die MAC-Adresse dann mit dem Befehl sudo ifconfig en0 ether xx:xx:xx:xx:xx:xx geändert werden. xx:xx:xx:xx:xx:xx ist dabei durch die ausgelesene MAC-Adresse zu ersetzen.

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Kommunikation

Die Kommunikation ist im Alltag von großer Bedeutung. Bei uns Menschen ist ein Weg der Kommunikation die Sprache. Die Personen, die sich unterhalten wollen, müssen aber die gleiche Sprache sprechen, um zu reden.

Das Gleiche ist auch bei den Computern. Diese kommunizieren miteinander oder zu Servern via Protokollen. Bei Mails ist zum Beispiel ein Protokoll SMTP, welches zum Versenden von Daten da ist.

Codes wie die Morsezeichen sind auch ein Art Protokoll. Es ist auch nicht schwer sich eigene Protokolle / Codes auszudenken.

Ein einfaches Beispiel: Klopfen Mit der Faust klopfen gilt für 1. Mit der flachen Hand klopfen gilt für 5. Um nun eine Nachricht zu versenden muss man einfach die Ziffer durch addieren entsprechend für einen Buchstaben klopfen (1=A, 2=B, usw.) Um zum Beispiel 12 (L) zu versenden, klopft man 2×5 + 2×1. Vor einem nächsten Buchstaben macht man eine 5 Sekunden Pause.

So heißt diese Reihenfolge ↓ hallo.

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Mail Server

Einen eigenen Mail Server zum laufen zu bringen, ist keine einfache Sache. Wenn man sich damit herumspielen will, kann man auf Windows das Programm Hamster benutzen. Damit Hamster auch funktioniert, muss zwischen den Computern ein Netzwerk existieren. Um Emails austauschen zu können dürfen die Computer nicht am Internet angeschlossen sein.

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OSI Schichtmodell

Das OSI/ISO Schichtmodell besteht aus verschiedenen Schichten, wie der Name schon sagt. Es ist nirgendwo implementiert, sondern nur ein Modell.

Die Ebenen/Schichten sind:

Physikalische

Sicherung

Vermittlung

Transport

Kommunikation

Darstellung

Anwendung

Die Physikalische Schicht beinhaltet die Hardware (Kabel, uä) mit der die Bits übertragen werden. Die Sicherungsschicht ist wichtig für die Bedeutung der Bits.

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Wie finde ich meine IP Adresse heraus?

Um deine IP Adresse herauszufinden kannst du in der Kommandozeile in Windows den Befehl ipconfig eingeben.

Als Ergebnis sollte dann ein ähnliches Bild wie unten zu sehen sein. Deine IP-Adresse findest du unter dem Punkt "IPv4-Adresse". In Meinem Fall lautet sie: 192.168.2.204