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# Algorithmen

## Einführung

*(Um Programmcode-Listings zu schreiben, siehe bitte* [*diese Hilfeseite*](/latex/de/formatierung/11-code-listing.md) *stattdessen.)*

Um Algorithmen oder Pseudocode in LaTeX zu setzen, können Sie eine der folgenden Optionen verwenden:

* Wählen Sie EINE der (`algpseudocode` ODER `algcompatible` ODER `algorithmic`) Pakete zum Setzen der Algorithmus-Teile und das `algorithm` Paket für die Beschriftung des Algorithmus.
* Die `algorithm2e` Pakets erkunden.

**Beachten Sie, dass Sie nur eine der oben genannten Paketgruppen wählen und nur die vom gewählten Paket bereitgestellten Befehle und die Syntax verwenden sollten.** Diese Pakete können nicht gleichzeitig geladen werden; andernfalls erhalten Sie viele Fehler.

## Die Pakete algpseudocode und algorithm

Die `algpseudocode` Paket bietet eine `algorithmic` Umgebung und einige nützliche Befehle. Sie können [ein vollständiges Beispiel auf Overleaf öffnen](https://www.overleaf.com/project/new/template/20763?id=71202437\&templateName=algpseudocode+%2B+algorithm+example\&latexEngine=pdflatex\&texImage=texlive-full%3A2020.1\&mainFile=) , und wir gehen in diesem Abschnitt auf einige Details ein.

Hier ist unser erster Algorithmus, der Umgebungen und Befehle aus dem `algpseudocode` Paket:

```latex
\documentclass{article}
\usepackage{algpseudocode}
\begin{document}
\begin{algorithmic}
\State $i \gets 10$
\If{$i\geq 5$}
    \State $i \gets i-1$
\Else
    \If{$i\leq 3$}
        \State $i \gets i+2$
    \EndIf
\EndIf
\end{algorithmic}

\end{document}
```

[Öffnen Sie dieses kurze algpseudocode-Beispiel in Overleaf](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=algpseudocode+short+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Balgpseudocode%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cbegin%7Balgorithmic%7D%0A%5CState+%24i+%5Cgets+10%24%0A%5CIf%7B%24i%5Cgeq+5%24%7D+%0A++++%5CState+%24i+%5Cgets+i-1%24%0A%5CElse%0A++++%5CIf%7B%24i%5Cleq+3%24%7D%0A++++++++%5CState+%24i+%5Cgets+i%2B2%24%0A++++%5CEndIf%0A%5CEndIf+%0A%5Cend%7Balgorithmic%7D%0A%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

Hier ist die Ausgabe:

![Algpseudocode-0.png](/files/0f3a34c7b9fc30a86b47657c73dea1c7409853ff)

*Sie sollten die `algorithm2e`, `algcompatible`, `algorithmic` Pakete nicht laden, wenn Sie bereits `algpseudocode`.*

Beachten Sie, dass die von `algpseudocode` bereitgestellten Befehlsnamen typischerweise in Titelschreibweise stehen, z. B. `\State`, `\While`, `\EndWhile`.

Wenn Sie dem Algorithmus Zeilennummern hinzufügen möchten, können Sie die erste Zeilennummer zur `algorithmic` Umgebung wie folgt hinzufügen: `\begin{algorithmic}[1]` und erhalten Sie diese Ausgabe:

![Algpseudocode-00.png](/files/9c2df8915bacb85f54e4d770b74c53c81e5a594c)

Das obige Algorithmusbeispiel hat weder eine Beschriftung noch eine Nummer. Wenn Sie einen beschrifteten Algorithmus benötigen, müssen Sie auch das `algorithm` Paket laden und

```latex
\begin{algorithm}
\caption{...}
...
\end{algorithm}
```

um Ihre `algorithmic` Umgebung herum. Sie können `\label{...}` nach dem `\caption{...}`, sodass die Algorithmusnummer mit `\ref{...}`.

```latex
\documentclass{article}
\usepackage{algorithm}
\usepackage{algpseudocode}
\begin{document}
\begin{algorithm}
\caption{An algorithm with caption}\label{alg:cap}
\begin{algorithmic}
\Require $n \geq 0$
\Ensure $y = x^n$
\State $y \gets 1$
\State $X \gets x$
\State $N \gets n$
\While{$N \neq 0$}
\If{$N$ is even}
    \State $X \gets X \times X$
    \State $N \gets \frac{N}{2}$  \Comment{This is a comment}
\ElsIf{$N$ is odd}
    \State $y \gets y \times X$
    \State $N \gets N - 1$
\EndIf
\EndWhile
\end{algorithmic}
\end{algorithm}

\end{document}
```

[Öffnen Sie dieses kurze Algorithmus+algpseudocode-Beispiel in Overleaf](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=Captioned+algorithm%2Balgpseudocode+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Balgorithm%7D%0A%5Cusepackage%7Balgpseudocode%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cbegin%7Balgorithm%7D%0A%5Ccaption%7BAn+algorithm+with+caption%7D%5Clabel%7Balg%3Acap%7D%0A%5Cbegin%7Balgorithmic%7D%0A%5CRequire+%24n+%5Cgeq+0%24%0A%5CEnsure+%24y+%3D+x%5En%24%0A%5CState+%24y+%5Cgets+1%24%0A%5CState+%24X+%5Cgets+x%24%0A%5CState+%24N+%5Cgets+n%24%0A%5CWhile%7B%24N+%5Cneq+0%24%7D%0A%5CIf%7B%24N%24+is+even%7D%0A++++%5CState+%24X+%5Cgets+X+%5Ctimes+X%24%0A++++%5CState+%24N+%5Cgets+%5Cfrac%7BN%7D%7B2%7D%24++%5CComment%7BThis+is+a+comment%7D%0A%5CElsIf%7B%24N%24+is+odd%7D%0A++++%5CState+%24y+%5Cgets+y+%5Ctimes+X%24%0A++++%5CState+%24N+%5Cgets+N+-+1%24%0A%5CEndIf%0A%5CEndWhile%0A%5Cend%7Balgorithmic%7D%0A%5Cend%7Balgorithm%7D%0A%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

![Algpseudocode-1.png](/files/418346ea46690af9a9c547e253b418bfe169bb13)

Die `algorithm` Umgebung ist eine [float](/latex/de/abbildungen-und-tabellen/02-positioning-images-and-tables.md) wie `table` und `figure`, sodass Sie Platzierungsmodifikatoren für Gleitobjekte hinzufügen können `[hbt!]` nach `\begin{algorithm}` falls erforderlich. Das bedeutet auch, dass eine lange `algorithmic` Umgebung für sich allein seitenübergreifend umbrochen werden kann, eine `algorithm` Umgebung jedoch nicht.

Die `algorithm` Paket bietet außerdem eine `\listofalgorithms` Befehl, der funktioniert wie `\listoffigures`, aber für beschriftete Algorithmen, wie hier.

![Algpseudocode-2.png](/files/80aae936be576153dab069e12b7ef4d84523aa29)

[Öffnen Sie ein vollständiges Beispiel auf Overleaf](https://www.overleaf.com/project/new/template/20763?id=71202437\&templateName=algpseudocode+%2B+algorithm+example\&latexEngine=pdflatex\&texImage=texlive-full%3A2020.1\&mainFile=)

## Die Pakete algcompatible/algorithmic und algorithm

Die `algorithmic` Paket verwendet eine ähnliche Syntax wie `algpseudocode`; **aber** seine Befehlsnamen sind in Großbuchstaben, z. B. `\STATE`, `\WHILE`, `\ENDWHILE`.

Andererseits `algcompatible` werden Befehlsnamen in Großbuchstaben und in Titelschreibweise erkennen, sodass `\STATE`, `\WHILE`, `\ENDWHILE`, `\State`, `\While`, `\EndWhile` alle erkannt werden. Abgesehen von den Befehlsnamen `algcompatible` und `algorithmic` verwenden die Befehle dieselbe Argumentsyntax wie `algpseudocode`.

```latex
\documentclass{article}
\usepackage{algcompatible}
% ODER \usepackage{algorithmic}
\begin{document}
\begin{algorithmic}
\STATE $i\gets 10$
\IF {$i\geq 5$}
  \STATE $i\gets i-1$
\ELSE
  \IF {$i\leq 3$}
    \STATE $i\gets i+2$
  \ENDIF
\ENDIF
\end{algorithmic}

\end{document}
```

[Öffnen Sie dieses kurze algcompatible-Beispiel in Overleaf](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=algcompatible\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Balgcompatible%7D%0A%25+OR+%5Cusepackage%7Balgorithmic%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cbegin%7Balgorithmic%7D%0A%5CSTATE+%24i%5Cgets+10%24%0A%5CIF+%7B%24i%5Cgeq+5%24%7D+%0A++%5CSTATE+%24i%5Cgets+i-1%24%0A%5CELSE%0A++%5CIF+%7B%24i%5Cleq+3%24%7D%0A++++%5CSTATE+%24i%5Cgets+i%2B2%24%0A++%5CENDIF%0A%5CENDIF+%0A%5Cend%7Balgorithmic%7D%0A%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

Einige ältere Vorlagen oder Dokumentklassen haben möglicherweise `algorithmic`, daher müssen Sie die bereitgestellte Syntax und die Befehlsnamen befolgen. *Sie sollten die `algorithm2e`, `algpseudocode` Pakete, wenn das `algorithmic` oder `algcompatible` Paket bereits geladen ist.*

Die `algorithm` Paket kann mit `algorithmic`/`algcompatible` verwendet werden, um den Algorithmen nummerierte Beschriftungen hinzuzufügen.

[Öffnen Sie ein vollständiges Beispiel auf Overleaf](https://www.overleaf.com/project/new/template/20768?id=71235978\&templateName=algpseudocode+%2B+algorithm+example\&latexEngine=pdflatex\&texImage=texlive-full%3A2020.1\&mainFile=)

## Das Paket algorithm2e

Die `algorithm2e` Paket hat eine ganz andere Syntaxstruktur als die `algpseudocode`, `algcompatible` und `algorithmic` Pakete, daher müssen Sie sorgfältig darauf achten, welches Paket Sie verwenden möchten oder welches Paket Ihre Vorlage geladen hat.

Die `algorithm2e` Paket bietet eine `algorithm` Umgebung verwenden müssen:

```latex
\documentclass{article}
\usepackage{algorithm2e}
\begin{document}
\begin{algorithm}
$i\gets 10$\;
\eIf{$i\geq 5$}
{
    $i\gets i-1$\;
}{
    \If{$i\leq 3$}
    {
        $i\gets i+2$\;
    }
}
\end{algorithm}

\end{document}
```

[Öffnen Sie dieses kurze algorithm2e-Beispiel in Overleaf](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=algorithm2e+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Balgorithm2e%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%5Cbegin%7Balgorithm%7D%0A%24i%5Cgets+10%24%5C%3B%0A%5CeIf%7B%24i%5Cgeq+5%24%7D%0A%7B%0A++++%24i%5Cgets+i-1%24%5C%3B%0A%7D%7B%0A++++%5CIf%7B%24i%5Cleq+3%24%7D%0A++++%7B%0A++++++++%24i%5Cgets+i%2B2%24%5C%3B%0A++++%7D%0A%7D%0A%5Cend%7Balgorithm%7D%0A%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

![Algorithm2e-0.png](/files/34e6c266c47dc5d071d469287278d85ae2bb4fd1)

Jede Zeile in Ihrem Quellcode *muss* muss mit `\;` enden, andernfalls wird Ihr Algorithmus in der Ausgabe in derselben Textzeile fortgesetzt. Nur Zeilen mit einem Makro, das einen Block einleitet, sollten nicht mit `\;`.

Beim Verwenden von `algorithm2e` können Sie `\caption{...}\ref{...}` direkt in dieser `algorithm` Umgebung verwenden, ohne weitere Pakete laden zu müssen. Wenn Sie jedoch Kommentare in Ihrem Algorithmus hinzufügen möchten, müssen Sie zunächst den zu verwendenden Befehlsnamen deklarieren:

```latex
%% Dies deklariert einen Befehl \Comment
%% Das Argument wird von /* ... */ umgeben
\SetKwComment{Comment}{/* }{ */}

\begin{algorithm}
\caption{An algorithm with caption}\label{alg:two}
\KwData{$n \geq 0$}
\KwResult{$y = x^n$}
$y \gets 1$\;
$X \gets x$\;
$N \gets n$\;
\While{$N \neq 0$}{
  \eIf{$N$ is even}{
    $X \gets X \times X$\;
    $N \gets \frac{N}{2}$ \Comment*[r]{This is a comment}
  }{\If{$N$ is odd}{
      $y \gets y \times X$\;
      $N \gets N - 1$\;
    }
  }
}
\end{algorithm}
```

[Öffnen Sie dieses beschriftete algorithm2e-Beispiel in Overleaf](https://www.overleaf.com/docs?engine=\&snip_name=Captioned+algorithm2e+example\&snip=%5Cdocumentclass%7Barticle%7D%0A%5Cusepackage%7Balgorithm2e%7D%0A%5Cbegin%7Bdocument%7D%0A%25%25+This+declares+a+command+%5CComment%0A%25%25+The+argument+will+be+surrounded+by+%2F%2A+...+%2A%2F%0A%5CSetKwComment%7BComment%7D%7B%2F%2A+%7D%7B+%2A%2F%7D%0A%0A%5Cbegin%7Balgorithm%7D%0A%5Ccaption%7BAn+algorithm+with+caption%7D%5Clabel%7Balg%3Atwo%7D%0A%5CKwData%7B%24n+%5Cgeq+0%24%7D%0A%5CKwResult%7B%24y+%3D+x%5En%24%7D%0A%24y+%5Cgets+1%24%5C%3B%0A%24X+%5Cgets+x%24%5C%3B%0A%24N+%5Cgets+n%24%5C%3B%0A%5CWhile%7B%24N+%5Cneq+0%24%7D%7B%0A++%5CeIf%7B%24N%24+is+even%7D%7B%0A++++%24X+%5Cgets+X+%5Ctimes+X%24%5C%3B%0A++++%24N+%5Cgets+%5Cfrac%7BN%7D%7B2%7D%24+%5CComment%2A%5Br%5D%7BThis+is+a+comment%7D%0A++%7D%7B%5CIf%7B%24N%24+is+odd%7D%7B%0A++++++%24y+%5Cgets+y+%5Ctimes+X%24%5C%3B%0A++++++%24N+%5Cgets+N+-+1%24%5C%3B%0A++++%7D%0A++%7D%0A%7D%0A%5Cend%7Balgorithm%7D%0A%0A%5Cend%7Bdocument%7D)

![Algorithm2e-1.png](/files/a3a92b5ea8e001951101603f399db246acbd28de)

Standardmäßig wird der `plain` Algorithmus-Stil verwendet. Wenn Sie jedoch Linien um den Algorithmus und die Beschriftung bevorzugen, können Sie die `ruled` Paketoption beim Laden von `algorithm2e`, oder schreiben Sie `\RestyleAlgo{ruled}` in Ihr Dokument. Ihre beschrifteten Algorithmen werden dann so gesetzt:

![Algorithm2e-11.png](/files/e2b2ed16fc6e51a3c7663fe2fb3377e1d22e852e)

Die `algorithm2e` Paket bietet viele Anpassungsoptionen. Wenn Sie zum Beispiel die vertikalen Linien entfernen möchten, die die while—end while-, if—end if-Blöcke kennzeichnen, können Sie die `noline` Paketoption beim Laden von `algorithm2e`, oder schreiben Sie `\SetNoline`. Ein `\listofalgorithms` Befehl ist auch in `algorithm2e`.

[Öffnen Sie ein vollständiges Beispiel auf Overleaf](https://www.overleaf.com/project/new/template/20787?id=71277562\&templateName=algpseudocode+%2B+algorithm+example\&latexEngine=pdflatex\&texImage=texlive-full%3A2020.1\&mainFile=)

## Weiterführende Literatur

* [`algpseudocode` Paketdokumentation](https://texdoc.org/pkg/algorithmicx) (siehe Abschnitt 3.1)
* [`algorithmic` und `algorith` Paketdokumentation](https://texdoc.org/pkg/algorithms)
* [`algorithm2e` Paketdokumentation](https://texdoc.org/pkg/algorithm2e)


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