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Numerisches Programmieren - Winter 14

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Term
Winter 2014/15
Lecturer
Prof. Dr. Daniel Cremers Dr. Rudolph Triebel
Time and Place
Vorlesung: Di, 15:30 - 17:00 Uhr, MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3. Die erste Vorlesung findet am 14.10.2014 statt.
Übungen: siehe unter Übungstermine
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor) und Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modul IN0019)
Tutorials
Nikola Tchipev, Sebastian Rettenberger
Exam
MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15, (→ A - M)
MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3 (→ N - Z)
Di, 03.02.2014, 08:00 - 10:00 Uhr
Semesterwochenstunden / ECTS Credits
5 SWS (2V + 3Ü) / 6 Credits
TUMonline
Vorlesung Numerisches Programmieren
Tutorübung Numerisches Programmieren



Willkommen zur Veranstaltung Numerisches Programmieren im Wintersemester 2014/2015!

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

05.12.2014 Am 16. Dezember findet keine Vorlesung statt. Die Tutorübungen in diese Woche finden doch statt.
22.10.2014 Die Klausur findet am 03. Februar 2014 statt.
17.10.2014 Am 4.12 (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.
17.10.2014 Am 23.12 findet keine Vorlesung statt. In der letzten Woche vor Weihnachten und der ersten Woche danach finden auch keine Tutorübungen statt. Dadurch wird die Anzahl von Tutorien auf 12 reduziert und eine Anwesenheit in 8 Tutorien ist nun ausreichend um den Notenbonus zu bekommen.
04.10.2014 Die erste Vorlesung findet in der 2. Vorlesungswoche am 14. Oktober statt. Die Tutorübungen fangen in der 3. Vorlesungswoche an.

Vorlesung

Folien begleitend zur Vorlesung

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

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Vorlesung Datum Thema
1 14.10.2014 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 21.10.2014 Rundungsfehler, Kondition, Stabilität
3 28.10.2014 Lineare Gleichungssysteme
4 04.11.2014 Lineare Gleichungssysteme 2
5 11.11.2014 Interpolation
6 18.11.2014 Interpolation und Quadratur
7 25.11.2014 Schnelle Fourier-Transformation
8 02.12.2014 Schnelle Fourier-Transformation 2
9 09.12.2014 Iterationsverfahren
16.12.2014
23.12.2014
10 13.01.2015 Iterative Verfahren für Gleichungssysteme und Eigenwerte
11 20.01.2015 Differentialgleichungen 1
12 27.01.2015 Differentialgleichungen 2

Folien von Prof. Huckle aus dem SoSe 2014

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

Folien von Prof. Bungartz aus dem WiSe 2013/14

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

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 - 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

Die Übungen fangen ab der 3. Vorlesungswoche an - die erste Übungen finden am 20. Oktober statt.

Die Anmeldung zu den Tutorgruppen erfolgt über Tutoranmeldung. Die Anmeldung wird am 8.10 freigeschaltet.

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor
1 Mo 10:00 - 12:00 03.09.012 Michael Obersteiner
2 Mo 10:00 - 12:00 00.13.054 Nikola Tchipev
3 Mo 15:00 - 17:00 03.09.012 Wolfgang Hölzl
4 Mo 14:00 - 16:00 00.13.054 Hannah Winnes
5 Di 12:00 - 14:00 03.07.023 Michael Obersteiner
6 Di 13:00 - 15:00 00.13.036 Jaclyn Monteiro
7 Mi 09:00 - 11:00 00.13.054 Thomas Engel
8 Mi 12:00 - 14:00 03.09.012 Hannah Winnes
9 Mi 12:00 - 14:00 00.13.054 Thomas Engel
10 Do 08:00 - 10:00 00.13.008 Felix Ackermann
11 Do 08:00 - 10:00 00.13.054
12 Do 11:15 - 13:15 00.13.008 Hubert Cao
13 Do 12:00 - 14:00 03.09.012 Felix Ackermann
14 Do 14:00 - 16:00 00.13.008 Wolfgang Hölzl
15 Fr 14:00 - 16:00 00.13.008 Hubert Cao
16 Fr 13:00 - 15:00 00.08.053 Jaclyn Monteiro

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 14.10.2014 20.10. - 24.10. Zahlendarstellung, Rundungsfehler Aufgabenblatt 1 Lösung 1
2 21.10.2014 27.10 - 31.10 Kondition, Stabilität, Ableitungsapproximation Aufgabenblatt 2 Lösung 2
3 28.10.2014 03.11 - 07.11 Gaußelimination, Pivotsuche, LR-, QR-Zerlegung, Matrixnorm Aufgabenblatt 3 Lösung 3
4 04.11.2014 10.11 - 14.11 Lineares Ausgleichsproblem, Regularisierung Aufgabenblatt 4 Lösung 4
5 11.11.2014 17.11 - 21.11 Interpolation Aufgabenblatt 5 Lösung 5
6 18.11.2014 24.11 - 28.11 Stückweise Interpolation Aufgabenblatt 6 Lösung 6
7 25.11.2014 01.12 - 05.12 Quadratur Aufgabenblatt 7 Lösung 7
8 02.12.2014 08.12 - 12.12 Fourier Transformation Aufgabenblatt 8 Lösung 8
9 09.12.2014 15.12 - 19.12 Fixpunktiteration Aufgabenblatt 9 Lösung 9
10 16.12.2014 22.12 - 09.01 Iterative Verfahren Aufgabenblatt 10 Lösung 10
23.12.2014 12.01 - 16.01
11 13.01.2015 19.01 - 23.01 Gewöhnliche Differentialgleichungen Aufgabenblatt 11 Lösung 11
12 20.01.2015 26.01 - 30.01 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 27.10.14 10.11.14 Programmieraufgabe 1 Programmrahmen 1
2 17.11.14 01.12.14 Programmieraufgabe 2 Programmrahmen 2
3 8.12.14 05.01.15 Programmieraufgabe 3 Programmrahmen 3
4 12.1.15 26.1.15 Programmieraufgabe 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.
  • Ihre Abgaben werden automatisch entpackt und kompiliert. Alle Abgaben, die nicht den formalen Kriterien genügen, werden grundsätzlich nicht korrigiert!
  • Bei Fragen zu den Programmieraufgaben wenden Sie sich bitte an Sebastian Rettenberger.

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: https://www.moodle.tum.de/course/view.php?id=15472

Bitte tragen Sie sich bis zum 10.11.2014 in Ihre gewünschte Gruppe ein.

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am Dienstag, den 3. Februar 2014 von 08:00 Uhr bis 10:00 Uhr in folgenden Räumen statt:

  • MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15 (→ A - M)
  • MI HS1 (Informatik Hörsaal 1), Boltzmannstr. 3 (→ N - Z)

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. Daniel Cremers siehe Link
Veranstaltungsleiter Dr. Rudolph Triebel siehe Link
Übungsleiter (Organisation/Tutorien) Nikola Tchipev MI 02.05.058 n.V. Tchipevnmail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Sebastian Rettenberger LRZ (Boltzmannstr. 1): E.2.036 n.V. Rettenbsmail.png
Studentischer Tutor Felix Ackermann - - Ackermannmail.png
Studentischer Tutor Wolfgang Hölzl - - Hoelzlwmail.png
Studentischer Tutor Michael Obersteiner - - Obersteinermail.png
Studentischer Tutor Hubert Cao - - Hubertcaomail.png
Studentischer Tutor Thomas Engel - - Thomasengelmail.png
Studentischer Tutor Jaclyn Monteiro - - Jaclynmonteiromail.png
Studentischer Tutor Hannah Winnes - - Hannahwinnesmail.png