Goethe Center for Scientific Computing (G-CSC)

Goethe University Frankfurt

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SIM1

Dr. A. Vogel

Modellierung und Simulation 1 im WS 2016/17

Auf dieser Seite finden Sie Materialen zur Vorlesung SIM1 im Wintersemester 2016/17. 

 

Kontakt

Die Vorlesungsbetreuung erreichen Sie unter folgender Email:

      Email: andreas.vogel(at)gcsc.uni-frankfurt.de


Vorlesungszeiten

Die Vorlesung findet wöchentlich 

    jeden Mittwoch, 12:15 - 13:45h      im Seminarraum, G-CSC, Kettenhofweg 139 (Bockenheim)

    jeden Donnerstag, 12:15 - 13:45h im Seminarraum, G-CSC, Kettenhofweg 139 (Bockenheim)

 statt.

Die erste Vorlesung findet am Mittwoch, 19. Oktober 2016 statt und die Veranstaltung endet am Donnerstag, 9. Februar 2017. Im Zeitraum 24. Dezember - 8. Januar ist vorlesungsfrei. Die erste Vorlesung im Jahr 2017 findet daher am 11. Januar 2017 statt.

 

Information zum Semesterende:

Am Do., 9. Februar 2017, 12-14h und am Di., 21. Februar 2017, 10-12h findet jeweils eine Frage- und Wiederholungsstunde zu den Themen der Vorlesung statt. 

 

Praktikum

Das Praktikum wird zu den folgenden Zeiten angeboten:

    Donnerstag, 10-12h im Seminarraum, G-CSC, Kettenhofweg 139 (Bockenheim)

    Donnerstag, 14-16h im Seminarraum, G-CSC, Kettenhofweg 139 (Bockenheim) 

Die Belegung des Praktikums erfolgt nach Absprache in den ersten zwei Vorlesungsstunden.

Das Praktikum beginnt ab dem 3. November 2016. Das letzte Praktikum findet am 2. Februar 2017 statt.

Bitte bringen Sie (sofern vorhanden) Ihren persönlichen Laptop zum Präsenzpraktikum mit. Auf Ihrem Rechner können Sie die Präsenzaufgaben bearbeiten und notwendige Installationen unter Anleitung durchführen, die Ihnen helfen die Aufgabenzettel zu bearbeiten. (Falls erforderlich können wir Ihnen jedoch auch für die Zeit des Präsenzpraktikums einen Rechner zur Verfügung stellen.)

Auf dieser Seite werden die zu bearbeitenden praktischen Aufgaben bereitgestellt. Die Aufgabenzettel können in Gruppen zu 2 Studierenden bearbeitet und abgegeben werden. Die Aufgaben werden in den Präsenzstunden von den Studierenden besprochen und jede/r Studierende muss ihre/seine eingereichten Antworten erklären können, damit die Aufgaben als korrekt gewertet werden. Bitte reichen Sie die Aufgabenzettel per Email ein. 

Die zu bearbeitenden Aufgabenzettel zum Download:

Blatt 0 
Blatt 1
Blatt 2 , ODETemplate (VRL-Project)
Blatt 3 VRL-Plugin (vectoroderhsinterface.jar), Beispielimplementierung für VectorRhsODE, SimplePlotter (Source Code)
Blatt 4, MatrixInput.groovy, Matrix2String.groovy, JacobianInput.groovy, Vector2String.groovy, VectorInput.groovyTestmatrizen
Blatt 5,  EmbeddedRKTemplate.groovyVectorTrajectoryToFile.groovyVRL-Solar-System-Viewer.jar

Hinweis zur Masse der Körper für Aufgabe 3: sofern das HORIZONS-Interface die Massen nicht kennt, schlagen Sie diese bei Wikipedia nach. Nach unserem Kenntnisstand trifft dies auf die drei zu simulierenden Kometen 67P, Eros und Halley zu.

Blatt 6
Blatt 7    (Bitte unten stehende Hinweise zu UG4 beachten)
Blatt 8
Blatt 9
Blatt 10
Blatt 11

 
 

Hinweise zu UG4

Folgen Sie der Anleitung auf https://github.com/UG4/ughub/wiki um ug4 auf ihren Rechner zu laden und zu kompilieren. Installieren Sie dabei insbesondere 'Examples' mittels ughub ('ughub install Examples').

Als Kompilieroptionen bieten sich neben den dort empfohlenen insbesondere folgende cmake Parameter an:

cmake -DCPU=1 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DConvectionDiffusion=ON .

Sollten Sie Probleme mit dem Kompilieren haben, können Sie sich die resultierenden ausführbaren Dateien hier herunterladen:

Entpacken Sie die .zip Datei für Ihr System im Hauptordner Ihrer ug4 Installation, so dass sich folgende Ordnerstruktur ergibt:

ug4
  apps
  bin
    ugshell
  externals
  plugins
  ugcore

Laden Sie sich außerdem den ConnectionViewer herunter. Dieser erlaubt es Ihnen Matrizen und Vektoren aus Ihren Simulationsläufen zu visualisieren. Speichern Sie die 'ConnectionViewer.jar' z.B. ebenfalls in Ihrem ug4/bin Ordner. Um eine Datei 'somevector.vec' darzustellen würde man im Terminal dann folgenden Befehl eingeben:

java -jar PATH_TO_UG4_BIN/ConnectionViewer.jar somevector.vec


Skripte / Literatur / Material

 

Einführung und Überblick (Folien)

Wiederholung: Differentiation in einer Dimension
Wiederholung: Differentiation in mehreren Dimensionen 

Vorlesungsskripte: 
Skriptum: Modellierung und Simulation 1 (Dr. Muha, WS 13/14)
Skriptum: Modellierung und Simulation 1 (Prof. Queisser, WS 14/15)
Skriptum: Modellierung und Simulation 1 (Prof. Queisser, WS 15/16)

Exkurs: Vektorwertige, implizite Verfahren und Schrittweitensteuerung für ODE

 

Prüfung und Leistungsnachweise

Zum Bestehen des Vorlesungsteils der Veranstaltung (4V) müssen Sie erfolgreich an einer mündlichen Prüfung teilnehmen. Die Prüfungen finden gegen Ende des Semesters und in den folgenden Semesterferien statt. Zur Teilnahme an der Prüfung müssen Sie sich persönlich für einen Termin anmelden. Dazu ist das für Ihren Studiengang relevante Anmeldeformular vom Prüfer unterschreiben zu lassen und bis spätestens 14 Tage vor der Prüfung beim Prüfungsamt einzureichen. Aktuell können wir Ihnen die folgenden Prüfungstermine anbieten:

Mi., 15. Februar
Mi., 1. März
Di.+Mi., 7.+8. März
Mi., 15. März
Mi.+Do., 19.+20. April

Bitte sprechen Sie uns zur Vereinbarung einer Uhrzeit an. (Sollten Sie an keinem der obigen Termine Zeit haben, so können Sie zudem einen individuellen Termin nach Absprache vereinbaren.)

Zum Bestehen  des Praktikumsteils der Veranstaltung (4PR) müssen Sie regelmäßig an dem Präsenzpraktikum teilnehmen, die wöchentlichen Übungszettel bearbeiten und mind. 50% der Punkte erreichen. 

Bitte beachten Sie, dass in den meisten Prüfungsordnungen das Bestehen des Praktikums Voraussetzung für die Zulassung zur mündlichen Prüfung oder Erwerb der Kreditpunkte des gesamten Studienmoduls ist. Für Bachelorstudierende in Informatik ist zudem die erfolgreiche Teilnahme an den Vorlesungen B-M1, B-M2, B-M3 Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung.  Bitte sehen Sie im Zweifel in Ihrer Prüfungsordnung nach oder wenden Sie sich bei Rückfragen dazu an den Dozenten.

 

Sprechstunde

Für kleine Fragen wenden Sie sich gerne vor oder nach der Vorlesung an den Dozenten oder schreiben eine Email an obige Kontaktadresse. 

Die Sprechstunde findet am Do., 14-16h oder nach Vereinbarung statt. Melden Sie sich dazu bitte kurz per Email an.


Literatur

Zusätzlich zum Tafelanschrieb in der Vorlesung und obigen Skripten empfehlen wir die folgende Literatur.
(Beachten Sie auch die Online-Ausgaben der Universitätsbibliothek)

 

 - J. Stoer, R. Bulirsch, F. Bauer: Numerische Mathematik 2 (UB-Link)

- P. Deuflhard; Numerische Mathematik 2 / 3 (UB-Link)

- E. Hairer, G. Wanner; Solving Ordinary Differential Equations I / II

- D. Braess; Finite Elemente, Springer (UB-Link)

- W. Hackbusch: Theorie und Numerik elliptischer Differentialgleichungen (UB-Link)

- P. Knabner, L. Angermann: Numerik partieller Differentialgleichungen

- C. Großmann, H.-G. Roos: Numerik partieller Differentialgleichungen