Numerisches Programmieren - Summer 17

Term

Summer 2017

Lecturer

Univ.-Prof. Dr. Thomas Huckle

Time and Place

Vorlesung: Dienstag, 14:15-15:45 Uhr, HS 1, Friedrich L. Bauer Hörsaal

Übungen: siehe unter Übungstermine

Audience

Studiengang Informatik (Bachelor), Studiengang Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modulbeschreibung )

Tutorials

Michael Rippl, Michael Obersteiner

Exam

Die Klausur findet am 04.08.2017 von 10:30 bis 12:00 statt.

Semesterwochenstunden / ECTS Credits

5 SWS (2V + 3Ü) / 6 Credits

TUMonline

Vorlesung Numerisches Programmieren

Tutorübung Numerisches Programmieren

moodle

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Willkommen zur Veranstaltung Numerisches Programmieren im Sommersemester 2017!

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

28.08.2017	Die Einsicht findet wie in der eMail angekündigt am Dienstag, dem 29.08.2017, 9:30 - 13:30 Uhr im Raum 02.07.023 statt.
31.07.2017	Die Zuteilung Student - Hörsaal für Prüfung ist nun unten verfügbar.
08.07.2017	Für Prorammieraufgabe 4 gilt eine verlängerte Bearbeitungszeit weil die Themen bisher noch nicht in der Vorlesung behandelt wurden.
21.06.2017	Die Übung 15 von Michael Rippl am 27. Juni um 16 Uhr entfällt. Teilnehmer der betroffenen Gruppe werden gebeten eine alternative Gruppe zu besuchen (z.B. die Gruppe 6 am gleichen Tag).
19.06.2017	Die Übung 20 von Felix Ackermann am 22. Juni um 14 Uhr entfällt. Teilnehmer der betroffenen Gruppe werden gebeten eine alternative Gruppe zu besuchen (z.B. die gleichzeitig stattfindende Gruppe 6).
08.06.2017	Die Übungen am 15. Juni entfallen wegen des Feiertags. Teilnehmer der betroffenen Gruppen werden gebeten eine alternative Gruppe zu besuchen.
01.06.2017	Da in der Woche vom 5.6.2017-9.6.2017 die Vorlesung aufgrund der Pfingstferien entfällt, werden in dieser Woche auch keine Übungen stattfinden. Das 6. Übungsblatt wird demnach erst in der Woche vom 12.6-16.6 besprochen.
25.04.2017	Am 23.Mai von 10-12 Uhr findet die Studentische Vollversammlung (SVV) statt. Alle Gruppen deren Zeit sich mit der SVV überschneidet entfallen! Teilnehmer der betroffenen Gruppen werden gebeten eine alternative Gruppe zu besuchen.
25.04.2017	Am 10.Mai von 10-12 Uhr findet die Fachschaftsvollversammlung (FVV) statt. Alle Gruppen deren Zeit sich mit der FVV überschneidet entfallen! Teilnehmer der betroffenen Gruppen werden gebeten eine alternative Gruppe zu besuchen.
25.04.2017	Die Übungen am 1.Mai entfallen wegen des Feiertags. Teilnehmer der betroffenen Gruppen werden gebeten eine alternative Gruppe zu besuchen.
23.04.2017	Die Tutorübungen fangen in der Woche 02.-05. Mai an.
23.04.2017	Die erste Vorlesung findet am 25. April statt.

Vorlesung

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung	Datum	Thema
1	25.04.2017	Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2	02.05.2017	Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3	09.05.2017	Kondition, Stabilität
4	16.05.2017	Lineare Gleichungssysteme
5	23.05.2017	Lineare Gleichungssysteme 2
6	30.05.2017	Interpolation
7	13.06.2017	Interpolation 2, Quadratur
8	20.06.2017	Quadratur, Fourier Transformation
9	27.06.2017	Fixpunktiteration Nullstellenbestimmung
10	04.07.2017	Schnelle Fourier Transformation
11	11.07.2017	Wavelets, Iterative Lösung Linearer Gleichungssysteme
12	18.07.2017	Eigenwerte, Gewöhnliche Differentialgleichungen
13	25.07.2017	Gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen

Folien von Prof. Huckle aus dem SoSe 2016

Vorlesung	Datum	Thema
1	19.04.2016	Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2	26.04.2016	Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3	03.05.2016	Lineare Gleichungssysteme
4	10.05.2016	Lineare Gleichungssysteme 2
5	24.05.2016	Regularisierung, Interpolation
6	31.05.2016	Interpolation 2
7	07.06.2016	Quadratur, Fourier Transformation
8	14.06.2016	Schnelle Fourier Transformation
9	21.06.2016	Fixpunktiteration
10	28.06.2016	Iterative Lösung Linearer Gleichungssysteme
11	05.07.2016	Gewöhnliche Differentialgleichungen
12	12.07.2016	Zusammenfassung

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

Literatur

Zur Vertiefung der Inhalte, als Lernvorlage und Nachschlagewerk empfiehlt sich insbesondere das Buch von Prof. Huckle Numerik für Informatiker (als eBook von der Bibliothek verfügbar in der alten Auflage). 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 Aufgabenblätter und die Lösungen aus den Tutorien finden sie hier im Laufe des Semesters als PDF zum Download.

Die Anmeldung zu den Tutorgruppen erfolgt über Tutoranmeldung.

Bitte beachten Sie den angebotenen Notenbonus zur Honorierung reger Übungsteilnahme.

Gruppe	Tag	Zeit	Raum	Tutor
1	Mo	12:00 - 14:00	00.13.036	Dmitrij Boschko
2	Mo	12:00 - 14:00	02.08.020	Sergey Mitchenko
3	Mo	16:00 - 18:00	01.06.020	Adrian Schultz
4	Di	12:00 - 14:00	02.07.014	Dmitrij Boschko
5	Di	12:00 - 14:00	01.11.018	Adrian Schultz
6	Di	16:00 - 18:00	02.07.014	Sergey Mitchenko
7	Mi	10:00 - 12:00	01.07.023	Michael Obersteiner
8	Mi	11:00 - 13:00	01.09.014	Anna Reithmeir
9	Mi	14:00 - 16:00	02.07.014	Anna Reithmeir
10	Do	10:00 - 12:00	01.09.014	Felix Ackermann
11	Fr	10:00 - 12:00	00.13.054	Hans Rauer
12	Fr	10:00 - 12:00	00.08.053	Lucas Wolf
13	Di	12:00 - 14:00	00.08.055	Hans Rauer
14	Fr	15:00 - 17:00	00.13.009A	Lucas Wolf
15	Di	16:00 - 18:00	01.09.014	Michael Rippl
16	Mi	10:00 - 12:00	00.08.055	Hendrik Möller
17	Mi	12:00 - 14:00	02.07.034	Simon Schmitz
18	Mi	16:15 - 18:15	01.06.011	Hendrik Möller
19	Mi	16:05 - 18:05	02.07.014	Simon Schmitz
20	Do	14:00 - 16:00	02.07.014	Felix Ackermann

Aufgaben & Lösungen

Hier finden Sie die Angabenblätter sowie (nach Ablauf der jeweiligen Übungswoche) die Musterlösungen zu den Tutorübungen.

• 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.	Besprechungstermin	Thema	Aufgabenstellung	Musterlösung	Tutorfolien/Extras
1	02.05. - 05.05.	Zahlendarstellungen	Aufgabenblatt 1	Musterlösung 1
2	08.05. - 12.05.	Kondition, Stabilität	Aufgabenblatt 2	Musterlösung 2
3	15.05. - 19.05.	Gaußelimination mit Pivotsuche, LR-Zerlegung, Matrixnorm	Aufgabenblatt 3	Musterlösung 3	Python Skript zur LR Zerlegung
4	22.05. - 26.05.	QR-Zerlegung, Lineares Ausgleichsproblem	Aufgabenblatt 4	Musterlösung 4
5	29.05. - 02.06.	Interpolation	Aufgabenblatt 5	Musterlösung 5
6	12.06. - 16.06.	Runge Effekt, Quadratur	Aufgabenblatt 6	Musterlösung 6	Python Skript zum Runge Effekt
7	19.06. - 23.06.	Stückweise Interpolation, Gauß Quadratur	Aufgabenblatt 7	Musterlösung 7
8	26.06. - 30.06.	Fouriertransformation	Aufgabenblatt 8	Musterlösung 8
9	03.07. - 07.07.	Fixpunktiteration	Aufgabenblatt 9	Musterlösung 9
10	10.07. - 14.07.	Iterative Verfahren	Aufgabenblatt 10	Musterlösung 10
11	17.07. - 21.07.	Differentialgleichungen	Aufgabenblatt 11	Musterlösung 11
12	24.07. - 28.07.	Klausurvorbereitung	Aufgabenblatt 12	keine

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	05.05.2017	19.05.2017	Aufgabenstellung 1	Programmgerüst 1
2	26.05.2017	09.06.2017	Aufgabenstellung 2	Programmgerüst 2
3	19.06.2017	03.07.2017	Aufgabenstellung 3	Programmgerüst 3
4	08.07.2017	26.07.2017	Aufgabenstellung 4	Programmgerüst 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.
• Das ausführliche Testen der Implementierung (insbesondere auch auf Randfälle) ist wesentlicher Bestandteil 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 Michael Rippl

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: https://www.moodle.tum.de/course/view.php?id=31995

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am 04.08.2017 von 10:30 bis 12:00 statt.

Ort der Prüfung sind folgende Räume:

• MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15
• MW 0001 (Gustav-Niemann-Hörsaal), Boltzmannstr. 15

• Alle Studenten mit Nachnamen A-Ph schreiben in MW 0001
• Alle Studenten mit Nachnamen Pi-Z schreiben in MW 2001

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. Ein Lineal wird jedoch empfohlen.

Da die Vorlesung "Numerisches Programmieren" in jedem Semester gehalten wird, wird keine Wiederholungsklausur angeboten. Die reguläre Klausur des Folgesemesters ersetzt die Wiederholungsklausur des aktuellen Semesters.

Hinweise zur Klausur

Was müssen Sie alles können?

• Alle Verfahren und Konzepte aus den Übungen müssen beherrscht werden (schnell und ohne großes nachdenken - sonst gibt es Zeitprobleme)
• Alle weiteren Verfahren und Konzepte (aus der Vorlesung) müssen aus theoretischer Sicht beherrscht werden. Leichte Verfahren und Konzepte (z.B. Poweriteration) oder leicht anzuwendende Optimierungen behandelter Verfahren müssen auch praktisch beherrscht werden. Komplexere Verfahren wie z.B. Conjugate Gradient werden nicht praktisch abgefragt werden! Mit "leicht" bezeichnen wir Verfahren, welche auch ohne vorheriges Probieren angewandt werden können. Verwenden Sie ihren Zettel also auch um weitere Verfahren zu notieren.
• Das reine Wissen aus der Übung wird nicht reichen, um alle Aufgaben bearbeiten zu können. Es werden definitiv Fragen vorkommen, zu denen in der Übung nichts besprochen wurde. Arbeiten Sie deshalb auch die Vorlesung (Folien) sorgfältig durch. Bei Unklarheiten auf den Folien nutzen Sie bitte die angegebene Literatur oder das Internet für weitere Recherchen.
• Legen sie insbesondere Wert auf die Eigenschaften der Verfahren! Was unterscheidet die einzelnen Verfahren und wann sind die entsprechenden Verfahren anwendbar? Es wird in der Klausur nur wenige aufwendige Rechnungen geben, sondern vielmehr Fragen zu den Eigenschaften und Tricks (bzw. schwächen) der Verfahren und kürzere Rechnungen. Trotzdem wird es auch weiterhin (aber wenige) Aufgaben mit längerem Rechenwegen geben, die dementsprechend mit mehr Punkten honoriert werden.
• In der Klausur wird es eine Programmieraufgabe geben bei der auf dem Blatt programmiert werden muss! Verwenden Sie hierfür Java oder einen Java-ähnlichen Pseudo-Code! Es ist deshalb sehr hilfreich die Programmieraufgaben zu bearbeiten und/oder noch einmal durchzuschauen!

Anmeldung

Für alle Studenten erfolgt die Anmeldung ganz normal über TUMonline.

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 9 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.
Übungsleiter (Organisation/Tutorien)	Michael Obersteiner	MI 02.05.060	n.V.
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben)	Michael Rippl	MI 02.05.059	n.V.
Studentischer Tutor	Felix Ackermann	-	-
Studentischer Tutor	Anna Reithmeir	-	-
Studentischer Tutor	Adrian Schultz	-	-
Studentischer Tutor	Dmitrij Boschko	-	-
Studentischer Tutor	Sergey Mitchenko	-	-
Studentischer Tutor	Hans Rauer	-	-
Studentischer Tutor	Lucas Wolf	-	-	-
Studentischer Tutor	Hendrik Möller	-	-
Studentischer Tutor	Simon Schmitz	-	-	-