Programmierpraktikum Wintersemester 2015/16:

Programmiermethoden des Wissenschaftlichen Rechnens (P2E1, P4E1)

Dr. Einar Smith

Inhalt und Ziele der Vorlesung

Zur Umsetzung der Verfahren des wissenschaftlichen Rechnens werden in der Praxis die unterschiedlichsten Programmiersprachen und Programmpakete verwendet. In diesem Praktikum sollen eine Reihe der verbreitetsten Ansätze und Methoden systematisch diskutiert werden. Diese werden anhand der in anderen Lehrveranstaltungen vermittelten numerischen Verfahren illustriert. Das Praktikum dient so neben dem Erlernen der Techniken zur praktischen Umsetzung numerischer Verfahren auch als Vertiefung und Ergänzung der Kenntnisse der numerischen Verfahren. Es ist aber auch für Anfänger geeignet, die noch keine oder wenig einschlägige numerische Kenntnisse besitzen. Zu diesem Praktikum sind sowohl Bachelor- als auch Masterstudenten willkommen.

Themen

• Python, eine gut strukturierte leistungsfähige Sprache, an der die gängigen Programmierparadigmen prozedural, funktional und objektorientiert erläutert werden können. Speziell für numerische Berechnungen soll auch die Erweiterung Numerical Python betrachtet werden.
• C und die darauf basierende objektorientierte Erweiterung C++, die eine maschinennahe und daher besonders effiziente Programmierung ermöglichen.
• MATLAB als Beispiel für eine hochintegrierte Programmierumgebung, die für die verschiedensten Bereiche des wissenschaflichen Rechnens umfangreiche Bibliotheken bereitstellt.
• Das FEniCS Project, eine sowohl in Python wie auch in C++ verwendbare Programmsammlung zur automatischen Löosung von Differentialgleichungen mit der Methode der Finiten Elemente. Dieser Themenbereich richtet sich insbesondere an Masterstudenten.
• Maple, ein Computeralgebrasystem, mit der u.a. symbolische Ausdrücke ausgewertet, z.B. Funktionen analytisch differenziert oder integriert, werden können.
• Je nach Interessenlage der Teilnehmer könnte auch ein kurze Einführung in die mathematische Berechenbarkeitstheorie behandelt werden.

Die Grundlagen werden in einem Vorlesungsteil von 2 Stunden pro Woche für Bachelor- bzw. 3 Std für Masterstudenten vermittelt. Das eigentliche Praktikum ist in mehrere Übungsbliätter aufgeteilt, deren Bearbeitung selbstständig oder in kleinen Gruppen am Rechner erfolgen kann. Der Arbeitsaufwand hierfür beträgt ca. 4–6 Stunden pro Woche. Für die Teilnehmer stehen am INS moderne Workstations unter Linux und ein großes Linux-Cluster zur Verfügung.

Vorkenntnisse

Vorausgesetzt werden die Inhalte der vorangegangenen Vorlesungen:

• V1G5 Algorithmische Mathematik I, V1G6 Algorithmische Mathematik II für Belegung als P2E1
• zusätzlich V2E1 Einführung die Grundlagen der Numerik für Belegung als P4E1

Zeiten

Termine:	Mi	16:00 – 18:00/19:00 Uhr
Ort:	Praktikumsraum 6.012 und Seminarraum 6.020, Wegelerstrße 6
Beginn:	Mittwoch, 28.10

Materialien

Das Skript und die Aufgabenblätter sind passwortgeschützt. Das Passwort erfahren Sie von Dr. Einar Smith in der Veranstaltung.

Skript

• Script160209.pdf (Stand 2016-02-09)

Aufgabenblätter

1. Aufgabenblatt1.pdf
2. Aufgabenblatt2.pdf
3. Aufgabenblatt3_korrigiert.pdf (korrigiert!)
4. Aufgabenblatt4.pdf
5. Aufgabenblatt5.pdf