Numerisches Programmieren - Winter 15
- 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.
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 |
| 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 |
| 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 | |
| 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. | 
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| Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) | Felix Dietrich | n.V. | 
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| Studentischer Tutor | Felix Ackermann | - | - | 
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| Studentischer Tutor | Wolfgang Hölzl | - | - | 
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| Studentischer Tutor | Hubert Cao | - | - | 
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| Studentischer Tutor | Hannah Winnes | - | - | 
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| Studentischer Tutor | Daniel Kowatsch | - | - | 
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| Studentischer Tutor | Roland Schmid | - | - | 
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| Studentischer Tutor | Verena Dogeanu | - | - | 
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