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Numerisches Programmieren - Winter 13

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Term
Winter 2013/14
Lecturer
Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz
Time and Place
Vorlesung: Mo, 12:30 - 14:00 Uhr, 102, Interims Hörsaal 2, Boltzmannstr. 5, die erste Vorlesung findet am 21.10.2013 statt.
Übungen: siehe unter Übungstermine
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor) und Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modul IN0019)
Tutorials
Christoph Riesinger, Jürgen Bräckle
Exam
MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15
MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3
101 (Interims Hörsaal 1), Boltzmannstr. 5
Di, 11.02.2014, 08:00 - 10:00 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 Wintersemester 2013/2014!

Das Numerische Programmieren ist eine Pflichtveranstaltung im Bachelor Informatik und Bachelor Informatik: Games Engineering, bestehend aus einer zweistündigen Vorlesung mit Klausur und einem dreistündigen Übungsteil. Dementsprechend richtet sie sich primär an Studierende der Informatik (Bachelor) und Informatik: Games Engineering (Bachelor) im 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

07.02.2014 Die Klausuransicht findet am 25. März 2014 zwischen 12.00 und 13.00 Uhr im Seminarraum MI 02.07.023 statt.
20.11.2013 Am 23.12.2013 findet weder die Vorlesung noch Tutorien statt.
16.10.2013 In der Woche nach den Weihnachtsferien (06. - 09.01.2014) findet aufgrund des Heilig Dreikönigs Tages weder die Vorlesung noch Tutorien statt.
26.07.2013 Die Tutorien finden an unterschiedlichen Terminen montags, dienstags, mittwochs und donnerstags statt. Der erste Tutoriumstermin ist am 28.10.2013.
26.07.2013 Die Vorlesung findet jeweils montags von 12:30 Uhr bis 14:00 Uhr im Interims Hörsaal 2, Boltzmannstr. 5 statt. Der erste Vorlesungstermin ist der 21.10.2013.
26.07.2013 Am 12. Dezember (Dies Academicus) findet kein Tutorium statt. Jedoch finden in der entsprechenden Woche alle anderen Tutorien an den anderen Tagen statt. Daher sollen die betroffenen Studierenden in dieser Woche die alternativ angebotenen Tutorien besuchen.

Vorlesung

An dieser Stelle werden während des Semesters die Vorlesungsfolien bereitgestellt werden.

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung Datum Thema
1 21.10.2013 Introduction and Literature

Motivation and Introduction

2 28.10.2013 Interpolation
3 18.11.2013 Numerical Integration
4 02.12.2013 Direct Methods for Solving Systems of Linear Equations
5 09.12.2013 Ordinary Differential Equations
6 13.01.2014 Iterative Methods: Roots and Optima
7 27.01.2014 Iterative Methods: The Symmetric Eigenvalue Problem
8 03.02.2014 Hardware-Aware Numerics

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

Folien von Prof. Huckle aus dem SoSe 2013

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

Vorlesungsaufzeichnungen

Die Vorlesungen im WiSe 2009/10 und WiSe 2010/11 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 - Eine Einführung für Informatiker, Naturwissenschaftler, Ingenieure und Mathematiker. 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

Grundlagen 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 als PDF zum Download.

Übungstermine

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor
1 Montag 10:00 - 12:00 MI 03.09.012 Thomas Hörmann
2 Montag 10:00 - 12:00 MI 00.13.054 Thomas Hutzelmann
3 Montag 14:00 - 16:00 MI 03.09.012 Christian Feist
4 Montag 14:15 - 16:15 MI 00.13.054 Christoph Riesinger
5 Dienstag 12:00 - 14:00 MI 00.13.036 Michael Obersteiner
6 Dienstag 12:00 - 14:00 MI 03.07.023 Felix Ackermann
7 Dienstag 14:00 - 16:00 MI 00.08.036 Christian Feist
8 Mittwoch 08:00 - 10:00 MI 00.13.054 Felix Ackermann
9 Mittwoch 12:00 - 14:00 MI 03.09.012 Thomas Hörmann
10 Mittwoch 12:00 - 14:00 MI 00.13.054 Wolfgang Hölzl
11 Donnerstag 09:00 - 11:00 MI 00.13.054 Wolfgang Hölzl
12 Donnerstag 12:00 - 14:00 MI 03.09.012 Thomas Hutzelmann
13 Donnerstag 11:00 - 13:00 MI 00.13.008 Jürgen Bräckle
14 Donnerstag 14:00 - 16:00 MI 00.13.008 Michael Obersteiner

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!

Folgende 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: Basiswissen Numerisches Programmieren

Aufgabennr. Ausgabetermin Besprechungstermin Thema Aufgabenstellung Musterlösung Tutorfolien/Extras
1 21.10.2013 28. - 31.10.2013 Zahlendarstellung, Rundungsfehler Aufgabenblatt 1 Musterlösung 1 archimedes.m, epsilon.m, Tutorfolien 1
2 28.10.2013 04. - 07.11.2013 Kondition, Stabilität Aufgabenblatt 2 Musterlösung 2 deriv_approx_sin.m
3 04.11.2013 11. - 14.11.2013 Interpolation Aufgabenblatt 3 Musterlösung 3 -
4 11.11.2013 18. - 21.11.2013 stückweise Interpolation Aufgabenblatt 4 Musterlösung 4 visHermiteSin.m,spline_easyN.m,Tutorfolien 4
5 18.11.2013 25. - 28.11.2013 diskrete/schnelle Fourier-Transformation Aufgabenblatt 5 Musterlösung 5 Beispielprogramm zur Zusatzaufgabe,Tutorfolien 5
6 25.11.2013 02. - 05.12.2013 Numerische Quadratur Aufgabenblatt 6 Musterlösung 6 -
7 02.12.2013 09. - 11.12.2013 Extrapolation, Gauß-Quadratur, Quadratur nach Archimedes Aufgabenblatt 7 Musterlösung 7 -
8 09.12.2013 16. - 19.12.2013 LR-Zerlegung, Pivotsuche Aufgabenblatt 8 Musterlösung 8 -
9 16.12.2013 13. - 16.01.2014 Gewöhnliche Differentialgleichungen (ODE) I Aufgabenblatt 9 Musterlösung 9 -
10 13.01.2014 20. - 23.01.2014 Gewöhnliche Differentialgleichungen (ODE) II Aufgabenblatt 10 Musterlösung 10 vis_midpoint.m
11 20.01.2014 27. - 30.01.2014 Iterative Verfahren I Aufgabenblatt 11 Musterlösung 11 -
12 27.01.2014 03. - 06.02.2014 Iterative Verfahren II + Klausurvorbereitung Aufgabenblatt 12 Musterlösung 12 Vorlesungszusammenfassung

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 04.11.13 18.11.13 Angabenblatt 1 Programmrahmen 1
2 25.11.13 09.12.13 12:00 Angabenblatt 2 Programmrahmen 2
3 16.12.13 13.01.14 12:00 Angabenblatt 3 Programmrahmen 3
4 20.01.14 03.02.14 12:00 Angabenblatt 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

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am Dienstag, den 11. Februar 2014 von 08:00 Uhr bis 10:00 Uhr in folgenden Räumen statt:

  • MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15
  • MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3
  • 101 (Interims Hörsaal 1), Boltzmannstr. 5

Als Hilfsmittel ist einzig und allein ein handschriftlich, beidseitig beschriebenes Blatt DIN A4 mit eigenen Notizen erlaubt (keine Ausdrucke, keine Kopien). Elektronische Hilfsmittel (auch Taschenrechner) sind genauso nicht erlaubt (und auch nicht notwendig) wie Bücher, Skripten, etc.

Die Einsicht in die Klausur findet am 25. März zwischen 12:00 und 13:00 in unserem Seminarraum 02.07.023 statt.

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!

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.

Notenboni, die in einem vorangegangenen Semester erzielt wurden, können für dieses Semester nicht verwendet werden. Dies gilt auch, wenn die Klausur dieses Semesters als Wiederholungsklausur für ein vorangegangenes Semester dient.

Altklausur

Als "Appetizer" können Sie sich hier die Klausur des SoSe 2010 ansehen: Klausur

Kontakt

Funktion Name Raum Sprechstunde E-Mail
Veranstaltungsleiter Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz MI 02.05.054 Di 13:00-14:00 und n. V. Bungartzmail.png
Übungsleiter (Organisation/Tutorien) Christoph Riesinger MI 02.05.059 siehe Homepage Riesingemail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Jürgen Bräckle MI 02.05.043 siehe Homepage Braecklemail.png
Studentischer Tutor Felix Ackermann - - Ackermannmail.png
Studentischer Tutor Christian Feist - - Feistmail.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