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Numerisches Programmieren - Winter 16

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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



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.

Contents

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. Tchipevnmail.png
Übungsleiter (Organisation/Tutorien) Michael Rippl MI 02.05.036 n.V. Ripplmmail.png