Numerisches Programmieren - Summer 18

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Term
Summer 2018
Lecturer
Univ.-Prof. Dr. Thomas Huckle
Time and Place
Vorlesung: Dienstag, 14:15-15:45 Uhr, HS 1, Friedrich L. Bauer Hörsaal
Übungen: siehe unter Übungstermine
Audience
Studiengang Informatik (Bachelor), Studiengang Informatik: Games Engineering (Bachelor) (Modulbeschreibung )
Tutorials
Michael Rippl, tba.
Exam
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Semesterwochenstunden / ECTS Credits
5 SWS (2V + 3Ü) / 6 Credits
TUMonline
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Willkommen zur Veranstaltung Numerisches Programmieren im Sommersemester 2018!

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

Vorlesung

Allgemeine Hinweise finden Sie im Merkblatt zur Veranstaltung.


Folien begleitend zur Vorlesung

Vorlesung Datum Thema

Folien von Prof. Huckle aus dem SoSe 2017

Vorlesung Datum Thema
1 25.04.2017 Warum Numerik/Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
2 02.05.2017 Rechnerarithmetik und Rundungsfehler
3 09.05.2017 Kondition, Stabilität
4 16.05.2017 Lineare Gleichungssysteme
5 23.05.2017 Lineare Gleichungssysteme 2
6 30.05.2017 Interpolation
7 13.06.2017 Interpolation 2, Quadratur
8 20.06.2017 Quadratur, Fourier Transformation
9 27.06.2017 Fixpunktiteration Nullstellenbestimmung
10 04.07.2017 Schnelle Fourier Transformation
11 11.07.2017 Wavelets, Iterative Lösung Linearer Gleichungssysteme
12 18.07.2017 Eigenwerte, Gewöhnliche Differentialgleichungen
13 25.07.2017 Gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen

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 tba

Bitte beachten Sie den angebotenen Notenbonus zur Honorierung reger Übungsteilnahme.

Gruppe Tag Zeit Raum Tutor

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

Programmieraufgaben

Hier finden Sie die Aufgabenstellung (PDF-Dokument) und den Programmrahmen (TAR-Archiv mit Quellcode) der einzelnen Programmieraufgaben.

Aufgabennr. Ausgabetermin Abgabetermin Aufgabenstellung Zugehöriges Rahmenprogramm


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.
  • Das ausführliche Testen der Implementierung (insbesondere auch auf Randfälle) ist wesentlicher Bestandteil 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 Michael Rippl

Die Abgabe der Programm-Codes erfolgt unter Moodle: tba


Die Programmieraufgaben sind prüfungsrelevant!

Klausur

tba

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.

Hinweise zur Klausur

Was müssen Sie alles können?

  • Alle Verfahren und Konzepte aus den Übungen müssen beherrscht werden (schnell und ohne großes nachdenken - sonst gibt es Zeitprobleme)
  • Alle weiteren Verfahren und Konzepte (aus der Vorlesung) müssen aus theoretischer Sicht beherrscht werden. Leichte Verfahren und Konzepte (z.B. Poweriteration) oder leicht anzuwendende Optimierungen behandelter Verfahren müssen auch praktisch beherrscht werden. Komplexere Verfahren wie z.B. Conjugate Gradient werden nicht praktisch abgefragt werden! Mit "leicht" bezeichnen wir Verfahren, welche auch ohne vorheriges Probieren angewandt werden können. Verwenden Sie ihren Zettel also auch um weitere Verfahren zu notieren.
  • Das reine Wissen aus der Übung wird nicht reichen, um alle Aufgaben bearbeiten zu können. Es werden definitiv Fragen vorkommen, zu denen in der Übung nichts besprochen wurde. Arbeiten Sie deshalb auch die Vorlesung (Folien) sorgfältig durch. Bei Unklarheiten auf den Folien nutzen Sie bitte die angegebene Literatur oder das Internet für weitere Recherchen.
  • Legen sie insbesondere Wert auf die Eigenschaften der Verfahren! Was unterscheidet die einzelnen Verfahren und wann sind die entsprechenden Verfahren anwendbar? Es wird in der Klausur nur wenige aufwendige Rechnungen geben, sondern vielmehr Fragen zu den Eigenschaften und Tricks (bzw. schwächen) der Verfahren und kürzere Rechnungen. Trotzdem wird es auch weiterhin (aber wenige) Aufgaben mit längerem Rechenwegen geben, die dementsprechend mit mehr Punkten honoriert werden.
  • In der Klausur wird es eine Programmieraufgabe geben bei der auf dem Blatt programmiert werden muss! Verwenden Sie hierfür Java oder einen Java-ähnlichen Pseudo-Code! Es ist deshalb sehr hilfreich die Programmieraufgaben zu bearbeiten und/oder noch einmal durchzuschauen!

Anmeldung

Für alle Studenten erfolgt die Anmeldung ganz normal über TUMonline.

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 9 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 E-Mail
Veranstaltungsleiter Prof. Dr. Thomas Huckle MI 02.05.044 Di 10:00 - 11:00 Uhr und n.V. Hucklemail.png
Übungsleiter (Tutorien/Programmieraufgaben) Michael Rippl MI 02.05.059 n.V. Ripplmmail.png