Numerisches Programmieren - Summer 14

From Sccswiki
Jump to navigation Jump to search
Term
Summer 2014
Lecturer
Univ.-Prof. Dr. Thomas Huckle
Time and Place
Vorlesung: Fr, 12:00 - 13:30 Uhr, MI HS1, Boltzmannstr. 3, die erste Vorlesung findet am 11.04.2013 statt.
Übungen: siehe unter Übungstermine
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor), Studiengang Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modul IN0019)
Tutorials
Nikola Tchipev, Jürgen Bräckle
Exam
Mo, 14.07.2014, 09:00 - 11:00 Uhr (Details siehe unter Klausur!)
MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15
MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3
Semesterwochenstunden / ECTS Credits
5 SWS (2V + 3Ü) / 6 Credits
TUMonline
Vorlesung Numerisches Programmieren
Tutorübung Numerisches Programmieren



Willkommen zur Veranstaltung Numerisches Programmieren im Sommersemester 2014!

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.

Aktuelles

24.02.2014 Tutorienfreie Tage: Am Do 01.05., Do 29.05., Mo-Di 09.06. - 10.06. und Do 19.06. 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.
24.02.2014 Hinweise zu den Tutorien: Die Montags- und Dienstagstutorien starten in der 2. Vorlesungswoche (14.04.,15.04.), die Donnerstags- und Freitagstutorien in der 3. Vorlesungswoche (24.04., 25.04.). Auf Grund der Osterferien geht hierbei für niemanden eine Übung verloren.
24.02.2014 Hinweise zur Vorlesung: Der erste Vorlesungstermin ist der 11.04.2013. Die Vorlesung am 18.04. fällt wegen der Osterferien aus.

Vorlesung

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung Datum Thema
1 11.04.2014 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 25.04.2014 Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3 02.05.2014 Lineare Gleichungssysteme
4 09.05.2014 Lineare Gleichungssysteme
5 16.05.2014 Interpolation
6 23.05.2014 Interpolation und Quadratur
7 30.05.2014 Diskrete Fourier-Transformation
8 06.06.2014 Diskrete Fourier-Transformation
9 13.06.2014 Fixpunktiteration, Nullstellenbestimmung
10 20.06.2014 Iterative Verfahren für Gleichungssysteme und Eigenwerte
11 27.06.2014 Gewöhnliche Differentialgleichungen
12 04.07.2014 Gewöhnliche/Partielle Differentialgleichungen
13 11.07.2014

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 Tutoranmeldung.

Bitte beachten Sie den angebotenen Notenbonus zur Honorierung reger Übungsteilnahme.

Übungstermine

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor
1 Mo 16:00 - 18:00 01.06.020 Wolfgang Hölzl
2 Mo 16:00 - 18:00 02.09.023 Thomas Hörmann
3 Mo 18:00 - 20:00 00.08.053 Thomas Hörmann
4 Di 14:00 - 16:00 01.07.014 Nikola Tchipev
5 Di 14:00 - 16:00 01.06.020 Michael Obersteiner
6 Di 16:30 - 18:30 01.07.023 Michael Obersteiner
7 Do 08:45 - 10:45 00.08.055 Felix Ackermann
8 Do 13:15 - 15:15 02.13.010 Dominik Durner
9 Do 14:15 - 16:15 03.09.012 Wolfgang Hölzl
10 Fr 09:45 - 11:45 00.08.053 Jürgen Bräckle
11 Fr 10:00 - 12:00 00.13.054 Thomas Hutzelmann
12 Fr 14:00 - 16:00 00.08.053 Dominik Durner
13 Fr 14:00 - 16:00 02.09.014 Felix Ackermann
14 Fr 14:00 - 16:00 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 Numerisches Programmieren
    Diese Aufgaben sollten Sie mit Ihrem Wissen aus der Oberstufe und den Vorlesungen Lineare Algebra und Analysis für Informatiker 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 11.04.2014 14.04. - 25.04. Zahlendarstellung, Rundungsfehler Aufgabenblatt 1 Lösung 1 Tutorfolien 1, epsilon.m,
2 25.04.2014 28.04. - 02.05. Kondition, Stabilität und Ableitungsapproximation Aufgabenblatt 2 Lösung 2
3 02.05.2014 05.05. - 09.05. Gaußelimination, Pivotsuche, LR-Zerlegung, QR-Zerlegung Aufgabenblatt 3 Lösung 3 Tutorfolien 3
4 09.05.2014 12.05. - 16.05. Lineares Ausgleichsproblem, Regularisierung Aufgabenblatt 4 Lösung 4
5 16.05.2014 19.05. - 23.05. Interpolation Aufgabenblatt 5 Lösung 5
6 23.05.2014 26.05. - 30.05. Stückweise Interpolation Aufgabenblatt 6 Lösung 6
7 30.05.2014 02.06. - 06.06. Numerische Quadratur Aufgabenblatt 7 Lösung 7
8 06.06.2014 09.06. - 13.06. Extrapolation, Diskrete Fourier-Transformation Aufgabenblatt 8 Lösung 8
9 13.06.2014 16.06. - 20.06. Fixpunktiteration Aufgabenblatt 9 Lösung 9
10 20.06.2014 23.06. - 27.06. Iterative Verfahren Aufgabenblatt 10 Lösung 10
11 27.06.2014 30.06. - 04.07. Gewöhnliche Differentialgleichungen Aufgabenblatt 11 Lösung 11
12 04.07.2014 07.07. - 11.07. 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 25.04. 09.05. Blatt 1 Programmrahmen 1
2 16.05. 30.05. Blatt 2 Programmrahmen 2
3 06.06. 20.06. Blatt 3 Programmrahmen 3
4 27.06. 11.07. Blatt 4

Programmrahmen 4

Hinweise zur Bearbeitung

  • Arbeiten Sie in einer Gruppe (bis zu drei Personen). Vier/sechs 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 Nikola_Tchipev,_M.Sc..

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: https://www.moodle.tum.de/course/view.php?id=13387

Bitte tragen Sie sich bis zum 09.05.2014 in Ihre gewünschte Gruppe ein.

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am Montag, den 14. Juli 2014 von 09:00 Uhr bis 11:00 Uhr in folgenden Räumen statt:

  • MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15
  • MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3

Raumzuteilung: Nachname A-M (MW 2001), N-Z (MI HS1)

Die Klausureinsicht findet am 31.07.14 ab 12:30 im Raum 02.07.23 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) Jürgen Bräckle MI 02.05.043 n.V. Braecklemail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Nikola_Tchipev,_M.Sc. MI 02.05.058 n.V. Tchipevnmail.png
Studentischer Tutor Felix Ackermann - - Ackermannmail.png
Studentischer Tutor Dominik Durner - - Durnermail.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