Numerisches Programmieren - Winter 16

Term

Winter 2016 / 2017

Lecturer

Dr. Frank Schmidt

Time and Place

Dienstag, 15:30-17:00 im Hörsaal MI HS1 F.L.Bauer-Hörsaal

Übungen: siehe unter Übungstermine

Audience

Studiengang Informatik (Bachelor), Studiengang Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modul IN0019)

Tutorials

Nikola Tchipev, Michael Rippl, Roland Wittmann

Exam

wird angekündigt

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 Wintersemester 2016 / 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

12.01.2017	Die Klausur findet am 22. Februar 2017 statt. Bitte an die Anmeldung bis 15.01. denken.
16.12.2016	In der Woche vom 19. bis 23.12 finden keine Übungen statt. Die Übungen zu Fourier Transformation finden stattdessen von 16. bis 20. Januar statt.
15.12.2016	Am 20.12.2016 und am 10.01.2017 findet keine Vorlesung statt.
07.11.2016	Am 15.11. entfällt Übungsgruppe 5 wegen der Studentischen Vollversammlung. Bitte besuchen Sie eine alternative Tutorübung in dieser Woche.
07.11.2016	Diese Woche (7.-11.11.2016) finden nur die Dienstags-Übungen statt.
24.10.2016	Die Tutorübungen der Dienstagsgruppen an Allerheiligen entfallen und werden eine Woche später nachgeholt. Alle anderen Gruppen haben in der Woche von Allerheiligen Tutorien und in der Woche von 7.-11.11.2016 frei.
18.10.2016	In der Woche vor Weihnachten (19.-23.12.2016) finden keine Tutorübungen statt. Die Übungsblätter werden stattdessen in der ersten Woche nach den Weichnachtsferien (9.-13.1.2017) besprochen.
18.10.2016	Am 20.12.2016 findet keine Vorlesung statt.
17.10.2016	Die Tutorübungen fangen in der Woche 31. Oktober - 4. November an.
17.10.2016	Die erste Vorlesung findet am 25. Oktober statt.

Vorlesung

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.

Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung	Datum	Thema	Druckversion	Kompakte Folien
1	25.10.2016	01 Einleitung	Druckversion	Folien
2	08.11.2016	02 Kondition und Stabilität	Druckversion	Folien
3	15.11.2016	03 Lineare Gleichungssysteme	Druckversion	Folien
4	22.11.2016	04 QR-Zerlegung	Druckversion	Folien
5	29.11.2016	05 Interpolation	Druckversion	Folien
6	06.12.2016	06 Quadratur	Druckversion	Folien
7	13.12.2016	07 Fourier Transformation	Druckversion	Folien
8	17.01.2017	08 Iterationsverfahren	Druckversion	Folien
9	24.01.2017	09 Symmetrisches Eigenwert-Problem	Druckversion	Folien
10	31.01.2017	10 Minimieren von Funktionen	Druckversion	Folien
11	07.02.2017	11. Gewöhnliche Differenzialgleichungen	Druckversion	Folien

Folien von Prof. Cremers / Dr. Triebel aus dem WiSe 2015 / 2016

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. 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 tumOnline. Tutoranmeldung.

Bitte beachten Sie den angebotenen Notenbonus zur Honorierung reger Übungsteilnahme.

Übungstermine

Gruppe	Tag	Zeit	Raum	Tutor
1	Mo	09:30 - 11:30	03.09.012	Lucas Wolf
2	Mo	09:30 - 11:30	00.13.054	Adrian Schultz
3	Mo	13:00 - 15:00	03.09.012	Thomas Engel
4	Mo	14:00 - 16:00	00.13.054	Sergey Mitchenko
5	Di	09:00 - 11:00	03.09.012	Felix Ackermann
6	Di	12:30 - 14:30	00.13.036	Michael Rippl
7	Di	12:00 - 14:00	00.08.055	Felix Ackermann
8	Di	13:00 - 15:00	02.07.014	Nikola Tchipev
9	Mi	08:00 - 10:00	00.13.054	Sergey Mitchenko
10	Mi	11:45 - 13:45	03.09.012	Daniel Kowatsch
11	Mi	11:30 - 13:30	00.13.054	Adrian Schultz
12	Do	11:30 - 13:30	00.13.008	Lucas Wolf
13	Do	12:00 - 14:00	03.09.012	Simon Schmitz
14	Do	14:15 - 16:15	00.13.008	Daniel Kowatsch
15	Di	09:00 - 11:00	01.09.014	Thomas Engel
16	Do	10:00 - 12:00	03.09.012	Simon Schmitz
17	Do	12:00 - 14:00	02.08.020	Stefan Kreisig
18	Do	14:00 - 16:00	00.08.055	Stefan Kreisig

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	31.10. - 04.11.	Zahlendarstellungen	Aufgabenblatt 1	Musterlösung 1
2	14.11. - 18.11.	Kondition, Stabilität	Aufgabenblatt 2	Musterlösung 2
3	21.11. - 25.11.	Gaußelimination mit Pivotsuche, LR-Zerlegung, Matrixnorm	Aufgabenblatt 3	Musterlösung 3
4	28.11. - 02.12.	QR-Zerlegung, Lineares Ausgleichsproblem	Aufgabenblatt 4	Musterlösung 4
5	05.12. - 09.12.	Interpolation	Aufgabenblatt 5	Musterlösung 5
6	12.12. - 16.12.	Numerische Quadratur	Aufgabenblatt 6	Musterlösung 6
7	16.01. - 20.01.	Fourier Transformation	Aufgabenblatt 7	Musterlösung 7
8	23.01. - 27.01.	Gewöhnliche Differentialgleichungen	Aufgabenblatt 8	Musterlösung 8
9	30.01. - 03.02.	Fixpunktiteration, Eigenwertprobleme	Aufgabenblatt 9	Musterlösung 9
10	29.06. - 03.06.	Iterative Verfahren	Aufgabenblatt 10	Musterlösung 10
11	---	Klausurvorbereitung	Sammlung alter Klausuraufgaben	-

Programmieraufgaben

Die Programmieraufgaben finden Sie im Moodle.

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.
• Alle Abgaben, die nicht den formalen Kriterien genügen, werden grundsätzlich nicht korrigiert!
• Bei Fragen zu den Programmieraufgaben wenden Sie sich bitte an Nikola Tchipev

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle:

https://www.moodle.tum.de/course/view.php?id=29023

Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

Die Klausur findet am Mittwoch, den 22. Februar 2017 von 08:00 Uhr bis 10:00 Uhr in folgenden Räumen statt:

• MW 2001 (Rudolf-Diesel-Hörsaal), Boltzmannstr. 15 (→ A - Ma)
• MW 0001 (Gustav-Niemann-Hörsaal), Boltzmannstr. 15 (→ Me - Z)
• IN 5607.02.023, Boltzmannstr. 3 (→ Studierende mit Nachteilsausgleich)

Die genaue Platzverteilung ist auf Moodle online und wird vor Ort auch ausgehängt.

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.

Anmeldung

Für alle Studenten erfolgt die Anmeldung ganz normal über TUMonline und ist bis 15.01 möglich.

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 7 der 10 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	Dr. Frank Schmidt	MI 02.09.058	n.V.
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben)	Nikola Tchipev	MI 02.05.058	n.V.
Übungsleiter (Organisation/Tutorien)	Michael Rippl	MI 02.05.036	n.V.