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Numerisches Programmieren - Summer 12

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Term
Summer 12
Lecturer
Univ.-Prof. Dr. Thomas Huckle
Time and Place
Vorlesung: Fr, 12:00 - 13:30 Uhr, MI HS 2 - Die erste Vorlesung findet am 20.04.2012 statt.
Übungen: siehe unter Übungstermine
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor) (Modul IN0019)
Tutorials
Dipl.-Inf. Christoph Riesinger, Dipl.-Math. Alexander Breuer, Dipl.-Inf. Dipl.-Math. Jürgen Bräckle, Dr.-Ing. Markus Kowarschik
Exam
Raum 101 (Interims Hörsaal 1), Boltzmannstr. 5, Mo, 23.07.2012, 11:30 - 13:30 Uhr (Details siehe unter Klausur!)
Semesterwochenstunden / ECTS Credits
5 SWS (2V + 3Ü) / 6 Credits
TUMonline
Vorlesung Numerisches Programmieren
Tutorübung Numerisches Programmieren



Willkommen zur Veranstaltung Numerisches Programmieren im Sommersemester 2012!

Die Vorlesung Numerisches Programmieren ist eine Pflichtveranstaltung im Bachelor Informatik, bestehend aus einer zweistnüdigen Vorlesung mit Klausur und einem dreistündigen Übungsteil. Dementsprechend richtet sie sich primär an Studierende der Informatik (Bachelor) im 4./5. Semester. Vorausgesetzt werden fundierte Kenntnisse aus den Vorlesungen Lineare Algebra für Informatiker und Analysis für Informatiker sowie der Programmiersprache Java. Alle weiteren Informationen zu Vorlesung, Übungsbetrieb, Programmieraufgaben und Klausur finden Sie unten.

Contents

Aktuelles

11.07.2012 Die Klausuransicht findet am 20. August 2012 zwischen 12.00 und 13.00 Uhr im Seminarraum MI 02.09.023 statt.
01.05.2012 Aufgrund der ungewohnt hohen Anzahl von Anmeldungen für das Tutorium, bieten wir nun eine vierte Tutorgruppe an. Sie findet freitags von 14:00 - 16:00 Uhr im Raum MI 01.07.023 statt.
20.04.2012 Die Tutorien finden immer freitags vor bzw. nach der Vorlesung statt. Der erste Tutoriumstermin ist am 04.05.2012.
14.03.2012 Die Vorlesung findet jeweils freitags von 12:00 Uhr bis 13:30 Uhr im HS 2 statt. Der erste Vorlesungstermin ist der 20.04.2012.


Vorlesung

Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung Datum Thema
1 20.04.2012 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 27.04.2012 Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3 04.05.2012 Lineare Gleichungssysteme
4 11.05.2012 Lineare Gleichungssysteme
5 18.05.2012 Interpolation und Quadratur
6 25.05.2012 Interpolation und Quadratur
7 01.06.2012 Interpolation und Quadratur, Fourier-Transformation
8 08.06.2012 Fourier-Transformation
9 15.06.2012 Fourier-Transformation, Iterationsverfahren
10 22.06.2012 Iterationsverfahren (Newton-Verfahren)
11 29.06.2012 Iterationsverfahren (Löser für Lineare Gleichungssysteme), Iterationsverfahren (Eigenwerte)
12 06.07.2012 Gewöhnliche Differentialgleichungen
13 13.07.2012 Gewöhnliche Differentialgleichungen
14 20.07.2012 Klausurvorbereitung

Folien von Prof. Huckle aus dem SS 2011

Vorlesung Datum Thema
1 06.05.2011 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 13.05.2011 Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3 20.05.2011 Lineare Gleichungssysteme
4 27.05.2011 Lineare Gleichungssysteme
5 03.06.2011 Lineare Gleichungssysteme, Interpolation und Quadratur
6 10.06.2011 Interpolation und Quadratur
7 17.06.2011 Interpolation und Quadratur
8 24.06.2011 Fourier-Transformation
9 01.07.2011 Fourier-Transformation
10 08.07.2011 Iterationsverfahren
11 15.07.2011 Iterationsverfahren
12/13 22./29.07.2011 Numerische Behandlung von ODEs


Vorlesungsaufzeichnungen

Die Vorlesungen im WS 2009/10 und WS 2010/11 von Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz wurden aufgezeichnet und stehen auf der TTT-Homepage zum Download bereit.

Hinweis: Aufgrund eines Problems, ist der Ton bei den Aufzeichnungen aus dem WS 2010/11 recht abgehackt, was es an vielen Stellen sehr schwer macht, ihm zu folgen. Deshalb wird empfohlen, auf die Aufzeichnungen aus dem WS 2009/10 zurück zu greifen.

Literatur

Zur Vertiefung der Inhalte, als Lernvorlage und Nachschlagewerk empfiehlt sich insbesondere das Buch von Prof. Huckle Numerische Methoden für Informatiker. Einen kleinen Ausschnitt aus der Vielzahl an Veröffentlichungen zu den Themen der Vorlesung stellt die folgende Literaturliste dar.

  • Dahmen, Reusken: Numerik für Ingenieure und Naturwissenschaftler, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 2. Auflage 2008
  • Huckle, Schneider: Numerische Methoden - Eine Einführung für Informatiker, Naturwissenschaftler, Ingenieure und Mathematiker, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 2. Auflage 2006
  • Späth: Numerik - eine Einführung für Mathematiker und Informatiker, Vieweg, Braunschweig-Wiesbaden, 1994
  • Schwarz: Numerische Mathematik, Teubner, Stuttgart, 4. Auflage 1997 (Nachdruck 2001)
  • Stoer, Bulirsch: Numerische Mathematik, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, Band 1 (10. Auflage 2007) und Band 2 (5. Auflage 2005)
  • Press, Flannery, Teukolsky, Vetterling: Numerical Recipes Cambridge University Press, http://www.nr.com/
  • Golub, Ortega: Scientific Computing: An Introduction with Parallel Computing Academic Press, 1993
  • Java Blockkurs des Wintersemesters 05/06
  • Java-Seiten von Sun Microsystems
  • Java FAQ Archives

Korrektur von Druckfehlern der 1. Auflage des Buches von Prof. Huckle

Lösungen zu einigen Aufgaben des Buches von Prof. Huckle

Gute Grundlagenbuch zur Wiederholung/Auffrischung/Vertiefung:

  • Arens, Hettlich, Karpfinger, Kockelkorn, Lichtenegger, Stachel: Mathematik, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2008

Übungen

Die Übungsaufgaben erhalten Sie in der Vorlesung in Papierform jeweils in der Woche vor den Übungen. Somit haben Sie Zeit, die Aufgaben vorher durchzugehen, bevor Sie sie in den 120-minütigen Übungen (nach einer kurzen Wiederholung des Vorlesungsstoffs) großteils selbständig bearbeiten werden. Zudem gibt es die Aufgabenblätter und die Lösungen aus den Tutorien hier als PDF zum Download.


Bitte beachten Sie den angebotenen Notenbonus zur Honorierung reger Übungsteilnahme.

Übungstermine

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor
1 Freitag 09:00 - 11:00 MI 00.08.053 Dr.-Ing. Markus Kowarschik
2 Freitag 10:00 - 12:00 MI 00.13.054 Dipl.-Math. Alexander Breuer
3 Freitag 14:00 - 16:00 MI 00.08.053 Dipl.-Inf. Dipl.-Math. Jürgen Bräckle
4 Freitag 14:00 - 16:00 MI 01.07.023 Dipl.-Inf. Christoph Riesinger

Aufgaben & Lösungen

Hier finden Sie die Angabenblätter sowie (nach Ablauf der jeweiligen Übungswoche) die Musterlösungen zu den Tutorübungen. Außerdem werden hier matlab-Dateien und links zur Verfügung gestellt, die Sachverhalte der Übungen verdeutlichen und mit denen Sie spielen können. Falls Sie keine matlab-Version zur Verfügung haben, können Sie auch octave unter Linux verwenden, indem Sie in der jeweiligen Datei die plot-Umgebung von matlab aus- und die von octave einkommentieren. Viel Spaß!

  • Basiswissen Konkrete Mathematik
    Diese Aufgaben sollten Sie mit Ihrem Wissen aus der Oberstufe und den Vorlesungen Höhere Mathematik I & II bewältigen. Sie dienen lediglich der Wiederholung und zur Orientierung an den als bekannt vorausgesetzten Grundlagen dieser Veranstaltung.
Aufgabennr. Ausgabetermin Besprechungstermin Thema Aufgabenstellung Musterlösung Tutorfolien/Extras
1 27.04.2012 04.05.2012 Zahlendarstellung, Rundungsfehler Aufgabenblatt 1 Lösung 1 epsilon.m, archimedes.m
2 04.05.2012 11.05.2012 Kondition, Stabilität und Ableitungsapproximation Aufgabenblatt 2 Lösung 2 -
3 11.05.2012 18.05.2012 Lineares Ausgleichsproblem, Regularisierung Aufgabenblatt 3 Lösung 3 -
4 18.05.2012 25.05.2012 Gauß-Elimination, LR-Zerlegung, Pivotisierung Aufgabenblatt 4 Lösung 4 -
5 25.05.2012 01.06.2012 Interpolation Aufgabenblatt 5 Lösung 5 -
6 01.06.2012 08.06.2012 Stückweise Interpolation Aufgabenblatt 6 Lösung 6 Tutorfolien 6, spline_easyN.m, visHermiteSin.m, vis_midpoint.m
7 08.06.2012 15.06.2012 Numerische Quadratur Aufgabenblatt 7 Lösung 7 -
8 15.06.2012 22.06.2012 Extrapolation, Diskrete Fourier-Transformation Aufgabenblatt 8 Lösung 8 -
9 22.06.2012 29.06.2012 Fixpunktiteration Aufgabenblatt 9 Lösung 9 -
10 29.06.2012 06.07.2012 Iterative Verfahren Aufgabenblatt 10 Lösung 10 Tutorfolien 10
11 06.07.2012 13.07.2012 Gewöhnliche Differentialgleichungen Aufgabenblatt 11 Lösung 11 -

Programmieraufgaben

Hier finden Sie die Aufgabenstellung (PDF-Dokument) und den Programmrahmen (TAR-Archiv mit Quellcode) der einzelnen Programmieraufgaben.

Aufgabennr. Ausgabetermin Abgabetermin Aufgabenstellung Zugehöriges Rahmenprogramm
1 11.05.2012 25.05.2012 Blatt 1 Programmrahmen 1
2 25.05.2012 08.06.2012 Blatt 2 Programmrahmen 2
3 08.06.2012 22.06.2012 Blatt 3 Programmrahmen 3 (inkl. LightBoard.java)
4 24.06.2012 13.07.2012 Blatt 4 (korrigiert) Programmrahmen 4

Hinweise zur Bearbeitung

  • Arbeiten Sie in einer Gruppe (bis zu 4 Personen). Vier/sechs/acht Augen sehen mehr als zwei.
  • Beginnen Sie frühzeitig mit der Bearbeitung der Aufgaben und nutzen Sie das Angebot der Programmieraufgaben.
    Die Programmieraufgaben sind klausurrelevant!
  • Bei Fragen zu den Programmieraufgaben wenden Sie sich bitte an Dipl.-Math. Alexander Breuer.

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: https://www.moodle.tum.de/course/view.php?idnumber=950040852

Bitte tragen Sie sich bis zum 18.05.2012, 12:00 Uhr in Ihre gewünschte Gruppe ein. (Punkt: Gruppenwahl).

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!


Klausur

Die Klausur findet am Montag, den 23. Juli 2012 von 11:30 - 13:30 Uhr im Raum 101 in der Boltzmannstr. 5 (Interims Hörsaal 1) statt. Die Klausuransicht findet am 20. August 2012 von 12.00 - 13.00 Uhr im Seminarraum MI 02.09.023 statt.

Als Hilfsmittel ist einzig und allein ein handschriftlich, beidseitig beschriebenes Blatt DIN A4 mit eigenen Notizen erlaubt (keine Ausdrucke, keine Kopien). Die Verwendung weiterer Hilfsmittel (Taschenrechner, Bücher, Skripten, etc.) ist nicht gestattet.

Anmeldung

Für Studenten, die Informatik (Bachelor) studieren, erfolgt die Anmeldung ganz normal über TUMonline. Studenten anderer Fachrichtungen schicken bitte zur Anmeldung eine kurze E-Mail mit Name, Matrikelnummer und Studiengang an einen der Tutoren.

Da die Vorlesung "Numerisches Programmieren" seit dem Wintersemester 2007/08 jedes Semester gehalten wird, ersetzt die reguläre Klausur des Folgesemesters nun die Wiederholungsklausur des aktuellen Semesters.

Notenbonus

Wir wollen es Ihnen ermöglichen, durch rege Teilnahme an den Übungen und Programmieraufgaben eine Verbesserung Ihrer Klausurnote zu erwirken. Darüber hinaus zeigt die Erfahrung, dass rege Übungsteilnahme auch zu besseren Ergebnissen in der Klausur führt. Aus diesem Grund räumen wir allen Studierenden bei der Klausur einen Notenbonus um eine Notenstufe (also beispielsweise von 2,7 auf 2,3 oder von 2,0 auf 1,7) ein, sofern sie die folgenden zwei Kriterien erfüllen:

  • Anwesenheit in mindestens 8 der 11 geplanten Tutorien. Zu diesem Zweck werden zu Beginn der Tutorien Anwesenheitslisten ausgeteilt, in denen man sich entsprechend eintragen muss.
  • Bei den vier Programmieraufgabenblätter müssen insgesamt mindestens 75% der erzielbaren Punkte erreicht werden. Pro Aufgabe werden 100 Punkte vergeben. Das bedeutet, die Bonushürde liegt bei insgesamt 300 von 400 zu erreichenden Punkten.

Hinweis: Durch den Notenbonus ist es nicht möglich, eine nicht bestandene Klausur zu bestehen. Eine 4,3 kann also nicht zu einer 4,0 verbessert werden.

Altklausur

Als "Appetizer" können Sie sich hier die Klausur des SS 10 ansehen: Klausur / Klausur_mit_Loesung

Kontakt

Funktion Name Raum Sprechstunde E-Mail
Veranstaltungsleiter Prof. Dr. Thomas Huckle MI 02.05.044 Di 10:00 - 11:00 Uhr und n.V. Hucklemail.png
Übungsleiter (Organisation) Dipl.-Inf. Christoph Riesinger MI 02.05.059 siehe Homepage Riesingemail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Dipl.-Math. Alexander Breuer siehe Homepage siehe Homepage Breueramail.png
Übungsleiter (Tutorien) Dipl.-Inf. Dipl.-Math. Jürgen Bräckle MI 02.05.060 n.V. Braecklemail.png
Übungsleiter (Tutorien) Dr.-Ing. Markus Kowarschik siehe Homepage siehe Homepage MarkusKowarschikmail.png