Modellbildung und Simulation - Summer 09

Term

Summer 09

Lecturer

Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz

Time and Place

Dienstags und Donnerstags, je 10:15-11:45, Raum MI 02.07.023, Beginn: 21.04.2009

Übung: Mittwochs, je 10:15-11:45, Raum MI 02.07.023, erste Übung am 29.4..

Aktuell: Am Dienstag, 26.5. ist (anders als auf dem Übungsblatt ausgedruckt) Übung, am Mittwoch, 27.5. Vorlesung.

Audience

Modul IN2010

Informatik Diplom: Wahlpflichtfach im Bereich theoretische Informatik

Informatik Master: Wahlfach im Fachgebiet "Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen"

Informatik/Wirtschaftsinformatik Bachelor: Wahlfach

Studierende der Mathematik/Technomathematik, Natur- und Ingenieurwissenschaften

Tutorials

Dirk Pflüger, Stefan Zimmer

Exam

Schriftliche Prüfung am Semesterende, 21.7.09, 10:15-11:45 im 02.07.023 (Nachnamen A-O) und im 01.06.020 (Nachnamen P-Z)

Wiederholungsklausur ist am Dienstag, 13.10.2009, 10-12 Uhr im MI HS 2

Semesterwochenstunden / ECTS Credits

6 SWS (4V + 2Ü) / 8 Credits

TUMonline

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Inhalt

Modelle sind vereinfachende Abstraktionen realer Systeme, Simulationen sind (meistens, für uns immer) rechnergestützte Experimente, ausgehend von einem Modell. Für das Verständnis, die Vorhersage sowie die Optimierung des Systemverhaltens werden effiziente und aussagekräftige Simulationen immer wichtiger. Entsprechend der großen Vielfalt zu modellierender sowie zu simulierender Systeme (beispielhaft seien genannt Klima, Wetter, chemische oder biologische Reaktoren, Crash-Tests im Automobilbau, Börsenkurse, Scheduling, Straßenverkehr, Verkehr in Rechensystemen, Softwaresysteme) kommen ganz unterschiedliche mathematische und informatische Instrumentarien zum Einsatz - deterministische oder stochastische, diskrete oder numerische - aber auch weniger formale wie textuelle oder graphische Beschreibungen (Diagramme etc.). Gleichwohl gibt es übergeordnete Prinzipien, etwa bei der Herleitung, Analyse oder Bewertung von Modellen.

In dieser Vorlesung wird in die mathematisch-informatische Modellierung eingeführt, wobei Themen wie Modellklassen, Auswahl des geeigneten Instrumentariums zur formalen Beschreibung, Betrachtungsebenen und Hierarchie, Herleitung von Modellen sowie Eigenschaften und Analyse von Modellen besprochen werden.

Es schließt sich an die exemplarische Behandlung von Beispielen diskreter Modelle und Simulationsverfahren (Entscheidungstheorie, Scheduling, diskrete Ereignissimulation) sowie kontinuierlicher Modelle und Simulationstechniken (Populationsdynamik, Regelungstechnik, Verkehrssimulation, Wärmeleitung) aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Gebieten. Dabei wird jeweils auf das erforderliche Rüstzeug, die Herleitung des Modells sowie auf seine Umsetzung zur Realisierung von Simulationen eingegangen.

Die Vorlesung beleuchtet diese Thematik aus der Sicht der Informatik. Die erforderlichen mathematischen Inhalte werden in der Vorlesung behandelt; über das Grundstudium hinausgehende diesbezügliche Voraussetzungen gibt es nicht.

Aktuelles

• Es gibt - ganz neu! - ein Buch zur Vorlesung: Modellbildung und Simulation - Eine anwendungsorientierte Einführung

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• Hier steht auch z.B., falls Vorlesungs- und Übungstermine getauscht werden müssen:
  • Am Dienstag, 26.5. ist (anders als auf dem Übungsblatt ausgedruckt) Übung, am Mittwoch, 27.5. Vorlesung.
  • Die letzte Übung (Klausurtraining) ist am Dienstag, 14.7., dafür ist am Mittwoch, 15.7. Vorlesung.
• Lehrstuhlausflug ist am Donnerstag, 16.7.!
• Am Mittwoch, 22.7. ist Klausurbesprechung; am Donnerstag, 23.7. ist nix mehr

Folien

• Vorbemerkungen: die Folien, auch als Druckversion (ohne blauen Rand) und als Druckversion mit 2 Folien pro Seite
• Kapitel 1 (Einführung): die Folien, als Druckversion, als Druckversion mit 2 Folien pro Seite
• Kapitel 2 (Diskrete Modellierung und Simulation): die Folien, als Druckversion, als Druckversion mit 2 Folien pro Seite.
  • Stand: 23.4.09, Kapitel 2.1 bis 2.3 sind überarbeitet, Tippfehler beseitigt
    • Folie 16, Regel 3: Jedes Ergebnis *rho*...
    • Folie 41 unten: 3x E(RT) durch E(VRZ) ersetzt
  • Update 6.5.09: auf Folie 41 ist Grundseite die Summe der Ti, nicht der Ti/2
  • Update 27.5.09: auf Folie 61 ist die "Bedingung für SMP" durch "Bedingung für MP" ersetzt
• Kapitel 3 (Kontinuierliche Modellierung und Simulation): die Folien, als Druckversion, als Druckversion mit 2 Folien pro Seite.
  • Updates 28.6.09: Aktualisierung Kapitel 3.3
  • Update 19.8.09: Auf Folie 46 "Lösung y(t)=\frac{e^{-2t}+1}{2}" statt "Lösung y(t)=\frac{e^{-2t+1}}{2}"
  • Update 20.8.09: Auf Folie 122 ein T eingefügt in "\Delta T := T_{xx}+ T_{yy} +T_{zz}"

Übungsblätter und Material zu den Übungen

• In den Übungen wird gelegentlich Maple benutzt. Wer das auch tun möchte, aber noch nie Maple benutzt hat, findet hier ein Worksheet zum Einstieg:
  • Das Worksheet maple_einfuehrung.mws
  • Wer's nur anschauen will, kann das auch ohne Maple mit der HTML-Version tun.
• Blatt 1 (Erdbeeranbau im Gleichgewicht, Banzhaf-Index); Übung am 29.4.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag für Aufgabe 1 (Maple), auch in HTML
  • Lösungsvorschlag für Aufgabe 2 (Maple), auch in HTML
• Blatt 2 (Wahlen, Scheduling); Übung am Donnerstag, 7.5.
  • Das Übungsblatt
  • Ein Lösungsvorschlag
• Blatt 3 (Admiral Byrd, Hamburgerbraterei); Übung am 13.5.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag
  • Maple-Worksheet für Aufgabe 1, auch in HTML
  • Maple-Worksheet für Aufgabe 2, auch in HTML
• Blatt 4 (Wartenetz, M/M/1); Übung am Dienstag, 26.5.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag
  • Maple-Worksheet für Aufgabe 2, auch in HTML
  • Maple-Worksheet für Aufgabe 3, auch in HTML
• Blatt 5 (Markov-Ketten); Übung am 3.6.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag
  • Maple-Worksheet für Aufgabe 1, auch in HTML
• Blatt 6 (ODE-Baukasten); Übung am 10.6.
  • Das Übungsblatt
  • Das Maple-Worksheet, auch in HTML
• Blatt 7 (Populationswachstum mit Markov-Ketten); Übung am 17.6.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag
  • Das Maple-Worksheet, auch in HTML
• Blatt 8 (Numerische Lösung von ODE); Übung am 24.6.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag
  • Das OpenOffice-Worksheet mit der Fehlerberechnung
• Blatt 9 (Regelung); Übung am 1.7.
  • Das Übungsblatt
  • Lösungsvorschlag
  • Das Maple-Worksheet, auch in HTML
• Blatt 10 (Fuzzy-Regelung); Übung am 8.7. (kein Tausch mit Donnerstags-Vorlesung).
  • Das Übungsblatt
  • Das Maple-Worksheet, auch in HTML
• In der letzten Übung vor der Klausur (Achtung: die ist verlegt auf Dienstag, 14.7., dafür ist am Mittwoch, 15.7. Vorlesung) wird die Klausur vom Sommersemester 2007 (s.u.) besprochen und es ist noch mal Gelegenheit zu Fragen zu den bisherigen Übungsblättern.

Klausur

• Die Klausur ist am Dienstag, 21.7.09, 10:15-11:45 im 02.07.023 (Nachnamen A-O) und im 01.06.020 (Nachnamen P-Z)
• Wer sich einen Eindruck verschaffen möchte, wie in etwa eine schriftliche Klausur aussehen könnte, der findet hier die Klausur vom Sommersemester 07. Allerdings heißt dies weder, dass die gleichen Themen, noch dass nur andere Themen behandelt werden.
• Relevant ist der Stoff aus Vorlesung und Übung.
• Als Hilfsmittel ist ein (beidseitig) handschriftlich beschriebenes DIN-A4-Blatt erlaubt
• Am Mittwoch, 22.7. ist Klausurbesprechung; am Donnerstag, 23.7. ist nix mehr
• Die Klausurergebnisse sind im TUMonline eingetragen; Klausureinsicht nach Vereinbarung (Mail an zimmer@in.tum.de).
• Wiederholungsklausur ist am Dienstag, 13.10.2009, 10-12 Uhr im MI HS 2
• Gute Erholung und schöne Ferien!