PSE Molekulardynamik WS10: Difference between revisions

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{{Lecture
{{Lecture
| term = WS 09
| term = WS 10
| lecturer = [[Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz]], <br>[[Dirk Pflüger]]
| lecturer = [[Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz]], <br>[[Wolfgang Eckhardt]],<br>[[Thomas Auckenthaler]]
| timeplace = Das PSE findet aufgrund zu weniger Anmeldungen in diesem Semester leider nicht statt<!--Wird noch angekündigt.--><!--Do, 6.11.2008, 16:15 Uhr, Raum 02.07.23-->
| timeplace = Mittwoch, 16:00 - 18.00 Uhr, Raum 02.07.23
| credits = 6 SWS (6P) / 10 Credits
| credits = 6 SWS (6P) / 10 Credits
| audience = Studenten der Informatik (Bachelor)
| audience = Bachelor-Praktikum (Modul [http://drehscheibe.in.tum.de/myintum/kurs_verwaltung/cm.html?id=IN0012 IN0012]) Studenten der Informatik (Bachelor)
| exam = -
| exam = -
| tutorials = -
| tutorials = -
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{|  
{|  
|-
|-
| [[Image:complex_traffic_tram.jpg]] [[Image:Integrated_Transport_3D.jpg]]
| [[Image:gordon_bell_05.jpg|x500px]]
| [[Image:PSE_Verkehrssimulation_Screenshot_sim_KA.png]]
| (Screenshots eines Erstarrungsprozesses in unterschiedlicher Genauigkeit - Der Simulationscode gewann den Gordon Bell Preis 2005)
|-
|-
| (Screenshots von VISSIM der PTV AG)
| [[Image:nano_tube.jpg|x300px]]
| (Screenshot aus vergangenem PSE)
| (Screenshot einer nanoskaligen Strömung durch ein Nanoröhrchen)
|}
|}


= Inhalt =
= Inhalt =


* "Wie lassen sich Staus vermeiden?"
Der Anstieg der Leistungsfähigkeit aktueller Rechensysteme ermöglicht die Simulation immer größerer Systeme mit zunehmender Genauigkeit. Aus diesem Grund werden Experimente aus unterschiedlichsten Bereichen wie der Chemie, Biologie, Verfahrenstechnik, u.a. zunehmend durch Simulationen ersetzt. Gegenstand aktueller Forschung ist u.a.:
* "Wann muss ich losfahren, um m&ouml;glichst ohne Stau von A nach B zu kommen?"
* Simulation des Verhaltens von hochgefährlichen Stoffen
* "Welche  Ma&szlig;nahmen m&uuml;ssen ergriffen werden, um St&auml;dte von Verkehr zu entlasten?"
* Simulation von Stoffen an kritischen Zustandspunkten, an denen keine Experimente möglich sind
* Erforschung von molekularen Modellen
* Simulation von Strömungen oder Reaktionen, die eine höhere Genauigkeit erfordern, als es mit makroskopischen Mitteln (z.B. partiellen Differentialgleichungen) möglich ist.


Solche und viele &auml;hnliche Fragestellungen sind ein spannendes
Eine Möglichkeit zur Untersuchung der o.g. Fragestellungen bietet die molekulare Simulation. Hierbei wird versucht, Stoffeigenschaften zu berechnen, indem die Interaktion eines Moleküls mit seinen Nachbarn simuliert wird.
Anwendungsfeld von Simulationsrechnungen: Einerseits sind Experimente
selten praktikabel (auch wenn man als Verkehrsteilnehmer manchmal das
Gef&uuml;hl hat, an einem teilzunehmen...), andererseits k&ouml;nnen schon mit
&uuml;berschaubarem Aufwand brauchbare Simulationen durchgef&uuml;hrt werden.


Eine einfache und elegante M&ouml;glichkeit Verkehr zu simulieren
In diesem PSE soll nun in überschaubaren Schritten ein einfacher Molekulardynamiksimulator in C++ entwickelt werden, der die Durchführung wichtiger grundlegender wissenschaftlicher Experimente ermöglicht.
besteht in dem Einsatz zellul&auml;rer Automaten. Diese eignen sich
besonders gut f&uuml;r eine sogenannte mikroskopische
Verkehrssimulation, d.h. eine Simulation, in der die Bewegungen und das
Verhalten einzelner Verkehrsteilnehmer (z.B. PKW) betrachtet wird.


Aus Sicht der Informatik bietet diese Simulation mit zellul&auml;ren
Auf diese Weise soll den Teilnehmern ein Einblick in ein spannendes Forschungsgebiet ermöglicht werden. Es soll demonstriert werden, wie man mit einfachen Grundmitteln sehr schöne und realistische Ergebnisse für ein System erzielen kann, das auf den ersten Blick vielleicht als chaotisch oder zu komplex anmuten mag.  
Automaten zahlreiche interessante Ansatzpunkte, die &uuml;ber eine
blo&szlig;e Modellierung hinausgehen. So ergeben sich verschiedene
algorithmische Fragestellungen u.a. im Hinblick auf Effizienz. Auch
werden mit zunehmender Komplexit&auml;t und Gr&ouml;&szlig;e der
Simulation Parallelisierungsaspekte und -strategien relevant.


In diesem PSE soll nun in &uuml;berschaubaren
= Aktuelles =
Schritten ein einfacher mikroskopischer Verkehrssimulator in Java
entwickelt werden, der bereits die wichtigsten Charakteristika des
realen Verkehrs modelliert.


Auf diese Weise soll den Teilnehmern ein Einblick in dieses spannende
* Folien der Vorbesprechung (s.u.): [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/vorbesprechung/Vorbesprechung.pdf Folien] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/vorbesprechung/nucleation.avi Video_Nukleation]
Forschungsgebiet erm&ouml;glicht werden und veranschaulichen, mit wie
* Anmeldung per Email bei [[Wolfgang Eckhardt]], oder in der Vorbesprechung.
einfachen Grundmitteln man sehr sch&ouml;ne und realistische
 
Ergebnisse erzielen kann zu einem System, das auf den ersten Blick
*'''N&auml;chstes Treffen''': Mittwoch, 26. Januar 2011, 16:00 Uhr, Raum 02.07.23
vielleicht als chaotisch oder zu komplex anmuten mag.


= Aktuelles =
* Das PSE findet aufgrund zu weniger Anmeldungen in diesem Semester leider nicht statt.
<!--
* Die Vorbesprechung steht an (s.u.)!


'''N&auml;chstes Treffen''': Montag, 6. November 2008, 16:15 Uhr, Raum 02.07.23
= Aufgabenbl&auml;tter =


'''Erstes Treffen''': Montag, 20. Oktober 2008, 16:00 Uhr, Raum 02.07.23
-->


= Aufgabenbl&auml;tter =
{| class="wikitable"
* Kommt noch...
|-
<!--
| '''Datum ''' || '''Folien'''    || '''Blatt und Zusatzmaterial'''
* [[media:blatt01_verkehr08.pdf|Aufgabenblatt 1: Mikroskopische Verkehrssimulation -- Die ersten Schritte]]
|-
* [[media:blatt02_verkehr08.pdf|Aufgabenblatt 2: Mikroskopische Verkehrssimulation -- Visualisierung]] und [http://www5.in.tum.de/lehre/seminare/verkehr/ws08/DemoFrame.zip Visualisierungsgrundgerüst in Java als Hilfestellung]
| 27.10.      || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt1/slides01.pdf MD-Algorithmus] ||  [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt1/blatt1.pdf Blatt 1] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/Organisatorisches.pdf Organisatorisches] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt1/molsim.tar.gz Codegerüst] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt1/reflection.tar.gz Paraview-Beispiel]
* [[media:blatt03_verkehr08.pdf|Aufgabenblatt 3: Verkehrsnetze in XML]] und [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws08/material/netze_blatt03.zip Beispielnetze] und [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws08/material/netz_neu.zip Aktualisiertes Netz]
|-
* [[media:blatt04_verkehr08.pdf|Aufgabenblatt 4: Kreuzungen]]
| 10.11.      || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt2/slides02.pdf Unit-Tests; Lennard-Jones] || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt2/blatt2.pdf Blatt 2] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt2/MaxwellBoltzmann.tar.gz Maxwell-Boltzmann-Verteilung]
* [[media:blatt05_verkehr08.pdf|Aufgabenblatt 5: Aktivit&auml;ten]] und [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws08/material/05-activities.pdf Folien], [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws08/material/netze_od.tar Beispielnetz mit OD], [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws08/material/ka.tar KA-Bild]-->
|-
| 17.11.      || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt3/slides03.pdf Short-Range Interactions; Linked-Cell] || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt3/blatt3.pdf Blatt 3]
|-
| 15.12.      || || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt4/blatt4.pdf Blatt 4]
|-
| 12.01.      || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt5/slides05.pdf Experimente] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt5/PWissRech_openmp.pdf OpenMP] || [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt4/blatt5.pdf Blatt 5] [http://www5.in.tum.de/lehre/praktika/pse/ws10/blatt5/files.tar.gz files.tar.gz]
|}


= Vorbesprechung =
= Vorbesprechung =
* Donnerstag, 16. Juli 2009, 12:30-12:50 Uhr, Raum 02.07.023
* Vorbesprechung: Freitag, 16. Juli 2010, 10.00 - 10.30 Uhr im Raum 02.07.023
* Da in Gruppen gearbeitet wird, findet das PSE erst ab einer Teilnehmerzahl von 6 Personen statt.
* Da in Gruppen gearbeitet wird, findet das PSE erst ab einer Teilnehmerzahl von 6 Personen statt.


= Voraussetzungen =
= Voraussetzungen =
* Grundlegende Java-Kenntnisse
* Grundkenntnisse in der Objektorientierten Programmierung
* Kenntnisse in C/C++ nicht notwendig, aber von Vorteil
* Interesse am spannenden Thema und an einem Blick &uuml;ber den Tellerrand der Informatik
* Interesse am spannenden Thema und an einem Blick &uuml;ber den Tellerrand der Informatik


[[Category:Teaching]]
[[Category:Teaching]]

Latest revision as of 10:13, 14 January 2011

Term
WS 10
Lecturer
Univ.-Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz,
Wolfgang Eckhardt,
Thomas Auckenthaler
Time and Place
Mittwoch, 16:00 - 18.00 Uhr, Raum 02.07.23
Audience
Bachelor-Praktikum (Modul IN0012) Studenten der Informatik (Bachelor)
Tutorials
-
Exam
-
Semesterwochenstunden / ECTS Credits
6 SWS (6P) / 10 Credits
TUMonline
{{{tumonline}}}



Beispiel

Error creating thumbnail: Unable to save thumbnail to destination (Screenshots eines Erstarrungsprozesses in unterschiedlicher Genauigkeit - Der Simulationscode gewann den Gordon Bell Preis 2005)
(Screenshot einer nanoskaligen Strömung durch ein Nanoröhrchen)

Inhalt

Der Anstieg der Leistungsfähigkeit aktueller Rechensysteme ermöglicht die Simulation immer größerer Systeme mit zunehmender Genauigkeit. Aus diesem Grund werden Experimente aus unterschiedlichsten Bereichen wie der Chemie, Biologie, Verfahrenstechnik, u.a. zunehmend durch Simulationen ersetzt. Gegenstand aktueller Forschung ist u.a.:

  • Simulation des Verhaltens von hochgefährlichen Stoffen
  • Simulation von Stoffen an kritischen Zustandspunkten, an denen keine Experimente möglich sind
  • Erforschung von molekularen Modellen
  • Simulation von Strömungen oder Reaktionen, die eine höhere Genauigkeit erfordern, als es mit makroskopischen Mitteln (z.B. partiellen Differentialgleichungen) möglich ist.

Eine Möglichkeit zur Untersuchung der o.g. Fragestellungen bietet die molekulare Simulation. Hierbei wird versucht, Stoffeigenschaften zu berechnen, indem die Interaktion eines Moleküls mit seinen Nachbarn simuliert wird.

In diesem PSE soll nun in überschaubaren Schritten ein einfacher Molekulardynamiksimulator in C++ entwickelt werden, der die Durchführung wichtiger grundlegender wissenschaftlicher Experimente ermöglicht.

Auf diese Weise soll den Teilnehmern ein Einblick in ein spannendes Forschungsgebiet ermöglicht werden. Es soll demonstriert werden, wie man mit einfachen Grundmitteln sehr schöne und realistische Ergebnisse für ein System erzielen kann, das auf den ersten Blick vielleicht als chaotisch oder zu komplex anmuten mag.

Aktuelles

  • Nächstes Treffen: Mittwoch, 26. Januar 2011, 16:00 Uhr, Raum 02.07.23


Aufgabenblätter

Datum Folien Blatt und Zusatzmaterial
27.10. MD-Algorithmus Blatt 1 Organisatorisches Codegerüst Paraview-Beispiel
10.11. Unit-Tests; Lennard-Jones Blatt 2 Maxwell-Boltzmann-Verteilung
17.11. Short-Range Interactions; Linked-Cell Blatt 3
15.12. Blatt 4
12.01. Experimente OpenMP Blatt 5 files.tar.gz

Vorbesprechung

  • Vorbesprechung: Freitag, 16. Juli 2010, 10.00 - 10.30 Uhr im Raum 02.07.023
  • Da in Gruppen gearbeitet wird, findet das PSE erst ab einer Teilnehmerzahl von 6 Personen statt.

Voraussetzungen

  • Grundkenntnisse in der Objektorientierten Programmierung
  • Kenntnisse in C/C++ nicht notwendig, aber von Vorteil
  • Interesse am spannenden Thema und an einem Blick über den Tellerrand der Informatik
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