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Numerisches Programmieren - Summer 13

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Term
Summer 13
Lecturer
Univ.-Prof. Dr. Thomas Huckle
Time and Place
Vorlesung: Fr, 12:00 - 13:30 Uhr, 102, Interims Hörsaal 2, Boltzmannstr. 5, die erste Vorlesung findet am 19.04.2013 statt.
Übungen: siehe unter Übungstermine
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor), Studiengang Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modul IN0019)
Tutorials
Dipl.-Inf. Christoph Riesinger, Dipl.-Inf. Dipl.-Math. Jürgen Bräckle
Exam
MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal) und MW 1450 (Willy-Messerschmitt-Zeichensaal), beide Boltzmannstr. 15, Mo, 22.07.2013, 09:30 - 11:30 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 2013!

Die Vorlesung Numerisches Programmieren ist eine Pflichtveranstaltung im Bachelor Informatik, bestehend aus einer zweistündigen 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

16.07.2013 Die Klausuransicht findet am 19. August 2013 zwischen 12.00 und 13.00 Uhr im Seminarraum MI 02.07.023 statt.
15.04.2013 Am 27. Juni findet das Tutorium für Gruppe 7 einmalig im Raum MI 03.13.036 statt.
11.04.2013 Am 09. Mai (Christi Himmelfahrt), 14. Mai (Studentische Vollversammlung), 20. Mai (Pfingstmontag), 21. Mai (Pfingstdienstag) und 30. Mai (Fronleichnam) finden keine Tutorien statt. Jedoch finden in den entsprechenden Wochen alle anderen Tutorien an den anderen Tagen statt. Daher sollen die betroffenen Studierenden in diesen Wochen die alternativ in der Woche angebotenen Tutorien besuchen.
10.04.2013 Die Tutorien finden an unterschiedlichen Terminen montags, dienstags, donnerstags und freitags statt. Der erste Tutoriumstermin ist am 29.04.2012.
14.03.2013 Die Vorlesung findet jeweils freitags von 12:00 Uhr bis 13:30 Uhr im Interims Hörsaal 2, Boltzmannstr. 5 statt. Der erste Vorlesungstermin ist der 19.04.2013.

Vorlesung

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung Datum Thema
1 19.04.2013 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 26.04.2013 Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3 03.05.2013 Lineare Gleichungssysteme
4 10.05.2013 Lineare Gleichungssysteme
5 17.05.2013 Interpolation und Quadratur
6 24.05.2013 Interpolation und Quadratur
7 31.05.2013 Fourier-Transformation
8 07.06.2013 Iterationsverfahren
9 14.06.2013 Fourier-Transformation
10 21.06.2013 Iterationsverfahren (Lineare Gleichungssysteme)
11 28.06.2013 Iterationsverfahren (Eigenwerte)
12 05.07.2013 Gewöhnliche Differentialgleichungen
13 12.07.2013 Partielle Differentialgleichungen
14 19.07.2013 Klausurvorbereitung

Folien von Prof. Huckle aus dem SoSe 2012

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 Partielle Differentialgleichungen
14 20.07.2012 Klausurvorbereitung

Folien von Prof. Bungartz aus dem WiSe 2012/13

Vorlesung Datum Thema
1 22.10.2012 Introduction and Literature

Motivation and Introduction

2 05.11.2012 Interpolation
3 19.11.2012 Numerical Integration
4 10.12.2012 Direct Methods for Solving Systems of Linear Equations
5 17.12.2012 Ordinary Differential Equations
6 14.01.2013 Iterative Methods: Roots and Optima
7 28.01.2013 Iterative Methods: The Symmetric Eigenvalue Problem
8 04.02.2013 Hardware-Aware Numerics

Vorlesungsaufzeichnungen

Die Vorlesungen im WiSe 2009/10 und WiSe 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 WiSe 2010/11 recht abgehackt, was es an vielen Stellen sehr schwer macht, ihm zu folgen. Deshalb wird empfohlen, auf die Aufzeichnungen aus dem WiSe 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.

Die Anmeldung zu den Tutorgruppen erfolgt über tba.

Bitte beachten Sie den angebotenen Notenbonus zur Honorierung reger Übungsteilnahme.

Übungstermine

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor
1 Montag 18:00 - 20:00 MI 00.08.053 Thomas Hörmann
2 Montag 16:00 - 18:00 MI 01.06.020 Felix Ackermann
3 Dienstag 14:30 - 16:30 MI 01.07.014 Wolfgang Hölzl
4 Dienstag 16:00 - 18:00 MI 01.07.023 Thomas Hutzelmann
5 Donnerstag 08:00 - 10:00 MI 00.08.055 Felix Ackermann
6 Donnerstag 14:00 - 16:00 MI 03.09.012 Christoph Riesinger
7 Donnerstag 13:30 - 15:30 MI 02.13.010 Jürgen Bräckle
8 Freitag 09:30 - 11:30 MI 00.08.053 Wolfgang Hölzl
9 Freitag 10:00 - 12:00 MI 00.13.054 Michael Obersteiner
10 Freitag 14:00 - 16:00 MI 00.08.053 Michael Obersteiner
11 Freitag 14:00 - 16:00 MI 02.09.014 Thomas Hörmann
12 Freitag 14:00 - 16:00 MI 00.13.009A Thomas Hutzelmann

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 26.04.2013 29.04.2013 - 03.05.2013 Zahlendarstellung, Rundungsfehler Aufgabenblatt 1 Lösung 1 Tutorfolien 1
2 03.05.2013 06.05.2013 - 10.05.2013 Kondition, Stabilität und Ableitungsapproximation Aufgabenblatt 2 Lösung 2 -
3 10.05.2013 13.05.2013 - 17.05.2013 Gauß-Elimination, LR-Zerlegung, Pivotisierung Aufgabenblatt 3 Lösung 3 Tutorfolien 3
4 17.05.2013 21.05.2013 - 24.05.2013 Lineares Ausgleichsproblem, Regularisierung Aufgabenblatt 4 Lösung 4 -
5 24.05.2013 27.05.2013 - 31.05.2013 Interpolation Aufgabenblatt 5 Lösung 5 -
6 31.05.2013 03.06.2013 - 07.06.2013 Stückweise Interpolation Aufgabenblatt 6 Lösung 6 Tutorfolien 6
7 07.06.2013 10.06.2013 - 14.06.2013 Numerische Quadratur Aufgabenblatt 7 Lösung 7 Tutorfolien 7
8 14.06.2013 17.06.2013 - 21.06.2013 Extrapolation, Diskrete Fourier-Transformation Aufgabenblatt 8 Lösung 8 -
9 21.06.2013 24.06.2013 - 28.06.2013 Fixpunktiteration Aufgabenblatt 9 Lösung 9 Tutorfolien 9
10 28.06.2013 01.07.2013 - 05.07.2013 Iterative Verfahren Aufgabenblatt 10 Lösung 10 Tutorfolien 10
11 05.07.2013 08.07.2013 - 12.07.2013 Gewöhnliche Differentialgleichungen Aufgabenblatt 11 Lösung 11 -
12 12.07.2013 15.07.2013 - 19.07.2013 Klausurvorbereitung Aufgabenblatt 12 - -

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 10.05. 24.05.2013 Blatt 1 Programmrahmen 1
2 24.05. 07.06.2013 Blatt 2 Programmrahmen 2
3 07.06. 21.06.2013 Blatt 3 Programmrahmen 3
4 28.06. 12.07.2013 Blatt 4 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 Einteilung der Gruppen sowie die Abgabe des Programm-Codes erfolgt unter Moodle.
  • Alle Abgaben, die nicht den formalen Kriterien genügen, werden grundsätzlich nicht korrigiert!
  • Bei Fragen zu den Programmieraufgaben wenden Sie sich bitte an Jürgen Bräckle.

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: https://www.moodle.tum.de/course/view.php?id=9517

Bitte tragen Sie sich bis zum 24.05.13 12:00 in Ihre gewünschte Gruppe ein.

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am Montag, den 22. Juli 2013 von 09:30 Uhr bis 11:30 Uhr in den Räumen MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal) und MW 1450 (Willy-Messerschmitt-Zeichensaal) in der Boltzmannstr. 15 statt.

Die Klausureinsicht findet am 19. August 2013 von 12.00 - 13.00 Uhr im Seminarraum MI 02.07.023 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 alle Studenten erfolgt die Anmeldung ganz normal über TUMonline.

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 0,3 (also beispielsweise von 2,7 auf 2,4 oder von 2,0 auf 1,7) ein, sofern sie die folgenden zwei Kriterien erfüllen:

  • Anwesenheit in mindestens 8 der 12 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 70% der erzielbaren Punkte erreicht werden. Pro Aufgabe werden 100 Punkte vergeben. Das bedeutet, die Bonushürde liegt bei insgesamt 280 von 400 zu erreichenden Punkten. Alle Abgaben, die nicht den formalen Kriterien genügen, werden grundsätzlich mit 0 Punkten bewertet!

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. Ebenso gibt es keine Verbesserung bei 1,0.

Altklausur

Als "Appetizer" können Sie sich hier die Klausur des SoSe 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/Tutorien) Christoph Riesinger MI 02.05.059 siehe Homepage Riesingemail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Jürgen Bräckle MI 02.05.060 siehe Homepage Braecklemail.png
Studentischer Tutor Felix Ackermann - - Ackermannmail.png
Studentischer Tutor Wolfgang Hölzl - - Hoelzlwmail.png
Studentischer Tutor Thomas Hörmann - - Hoermannmail.png
Studentischer Tutor Thomas Hutzelmann - - Hutzelmannmail.png
Studentischer Tutor Michael Obersteiner - - Obersteinermail.png