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Numerisches Programmieren - Winter 15

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Term
Winter 2015/16
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 20.10.2015 statt.
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor) und Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modul IN0019)
Tutorials
Nikola Tchipev, Felix Dietrich
Exam
MW 0001 (Gustav Niemann Hörsaal), Boltzmannstr. 15, (→ A - M)
MI HS1 (Friedrich L Bauer Hörsaal), Boltzmannstr. 3 (→ N - Z)
Do, 11.02.2015, 11:00 - 13:00 Uhr
Semesterwochenstunden / ECTS Credits
5 SWS (2V + 3Ü) / 6 Credits
TUMonline
Vorlesung Numerisches Programmieren
Tutorübung Numerisches Programmieren



Willkommen zur Veranstaltung Numerisches Programmieren im Wintersemester 2015/2016!

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

22.11.2015 Die Klausur findet am 11. Februar 2015 statt.
12.11.2015 Am 22.12 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.
12.10.2015 Am 3. 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.
12.10.2015 Die Tutorübungen fangen in der Woche 26-30 Oktober an.
12.10.2015 Die erste Vorlesung findet am 20. Oktober statt.


Vorlesung

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Folien begleitend zur Vorlesung

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


Vorlesung Datum Thema
1 20.10.2015 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 27.10.2015 Rundungsfehler, Kondition, Stabilität
3 03.11.2015 Lineare Gleichungssysteme
4 10.11.2015 Lineare Gleichungssysteme 2
5,6 17, 24.11.2015 Interpolation und Quadratur
7 01.12.2015 Schnelle Fourier-Transformation
8 08.12.2015 Schnelle Fourier-Transformation 2
9 15.12.2015 Iterationsverfahren
10 12.01.2016 Iterative Verfahren für Gleichungssysteme und Eigenwerte
11 19.01.2016 Differentialgleichungen 1
12 26.01.2016 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 Woche 26-30 Oktober an.

Die Anmeldung zu den Tutorgruppen erfolgt über TUMonline.

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor
1 Mo 09:45 - 11:45 03.09.012 Daniel Kowatsch
2 Mo 10:00 - 12:00 00.13.054 Hannah Winnes
3 Mo 14:00 - 16:00 03.09.012 Verena Dogeanu
4 Mo 14:00 - 16:00 00.13.054 Hannah Winnes
5 Di 10:00 - 12:00 03.09.012 Roland Schmid
6 Di 12:00 - 14:00 00.13.036 Daniel Kowatsch
7 Di 12:15 - 14:15 00.08.055 Wolfgang Hölzl
8 Di 13:00 - 15:00 02.07.014 Felix Dietrich
9 Mi 08:30 - 10:30 00.13.054 Verena Gogeanu
10 Mi 11:15 - 13:15 03.09.012 Wolfgang Hölzl
11 Mi 12:00 - 14:00 00.13.054 Hubert Cao
12 Do 11:15 - 13:15 00.13.008 Hubert Cao
13 Do 11:00 - 14:00 03.09.012 Felix Ackermann
14 Do 14:00 - 16:00 00.13.008 Roland Schmid
15 Di 10:00 - 12:00 01.09.014 bitte Gruppe 5 besuchen
16 Do 10:00 - 12:00 03.09.012 Felix Ackermann

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. Besprechungstermin Thema Aufgabenstellung Musterlösung
1 26.10. - 30.10. Zahlendarstellung, Rundungsfehler Aufgabenblatt 1 Lösung 1
2 02.11. - 06.11 Kondition, Stabilität Aufgabenblatt 2 Lösung 2
3 09.11. - 13.11 Gaußelimination mit Pivotsuche, LU Zerlegung, Matrixnorm Aufgabenblatt 3 Lösung 3
4 16.11. - 20.11 QR-Zerlegung, Ausgleichsproblem Aufgabenblatt 4 Lösung 4
5 23.11. - 27.11 Interpolation Aufgabenblatt 5 Lösung 5
6 30.11. - 04.12 Stückweise Interpolation Aufgabenblatt 6 Lösung 6
7 07.12. - 11.12 Quadratur Aufgabenblatt 7 Lösung 7
8 14.12. - 18.12 Fourier Transformation Aufgabenblatt 8 Lösung 8
9 11.01. - 15.01 Fixpunkt Iteration Aufgabenblatt 9 Lösung 9
10 18.01. - 22.01 Iterative Verfahren für Lineare Gleichungssysteme Aufgabenblatt 10 Lösung 10
11 25.01. - 29.01 Gewöhnliche Differentialgleichungen Aufgabenblatt 11 Lösung 11
12 01.02. - 05.02 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 03.11.15 17.11.15 Programmieraufgabe 1 Programmrahmen 1
2 24.11.15 08.12.15 Programmieraufgabe 2 Programmrahmen 2
3 15.12.15 05.01.16 Programmieraufgabe 3 Programmrahmen 3
4 12.01.16 26.01.16 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 Felix Dietrich.

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: https://www.moodle.tum.de/course/view.php?id=23157

Bitte tragen Sie sich zwischen 03.11.2015 und 17.11.2015 in Ihre gewünschte Gruppe ein.

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am Donnerstag, den 11. Februar 2015 von 11:00 Uhr bis 13:00 Uhr in folgenden Räumen statt:

  • MW 0001 (Gustav Niemann Hörsaal), Boltzmannstr. 15 (→ A - M)
  • MI HS1 (Friedrich L Bauer Hörsaal), Boltzmannstr. 3 (→ N - Z)

Eine Raumverteilung wird in der Woche vor der Klausur veröffentlicht.

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.

Bitte beachten Sie dass die Anmeldung zu der Klausur nur zwischen 16.11.2015 und 15.01.2016 möglich ist.

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,_M.Sc. MI 02.05.058 n.V. Tchipevnmail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Felix Dietrich n.V. Felixdietrich.png
Studentischer Tutor Felix Ackermann - - Ackermannmail.png
Studentischer Tutor Wolfgang Hölzl - - Hoelzlwmail.png
Studentischer Tutor Hubert Cao - - Hubertcaomail.png
Studentischer Tutor Hannah Winnes - - Hannahwinnesmail.png
Studentischer Tutor Daniel Kowatsch - - Danielkowatschmail.png
Studentischer Tutor Roland Schmid - - Rolandschmidmail.png
Studentischer Tutor Verena Dogeanu - - Dogeanumail.png