Computer-Physik
Sommer 2014
Überblick
Die Vorlesung behandelt numerische Methoden zur Lösung physikalischer Probleme. Dabei werden sowohl grundlegende numerische Verfahren eingeführt als auch auf Fragestellungen der Mechanik, Elektrodynamik, Quantenmechanik und statistischen Physik angewendet.Übungen
Die Übungen finden im CIP-Pool statt; der reguläre Übungsgruppenbetrieb beginnt in der ersten Semesterwoche. Die Einteilung der Übungsgruppen finden Sie in dieser Übersicht.Übungsblätter
- Übungsblatt 0: Hello world, Dezimalzahlen, Fibonacci-Zahlen
- Übungsblatt 1: Plotten mit Python, Gumowski-Mira Attraktor, Brüchige Bögen, Zellulärer Automat [demo code]
- Übungsblatt 2: Divide and Conquer, Newton Verfahren, Newton-Fraktale [demo code]
- Übungsblatt 3: N-dimensionale Wörterbücher, Ordnung muss sein, Cache-Effekte, Flappy Bird [demo code]
- Übungsblatt 4: SciPy, Rauschmittel, Simpson vs. Trapezregel, Stau aus dem Nichts [applet, demo code]
- Übungsblatt 5:
Einfache Animationen, Die Zukunft richtig ausgependelt, Monde auf der Überholspur [demo code],
Dancing with the stars [demo code], Differentialgleichungen mit SciPy
- Übungsblatt 6: Visualisierung von Vektorfeldern, Plattenkondensator, Heisse Neutronen, Chaotische Oszillationen [demo code]
- Übungsblatt 7: Lineare Algebra mit Python, Spannende Sachen, Der heisse Draht, Das bewegte Feld [demo code]
- Übungsblatt 8:
Als die Funktionen laufen lernten, Allerlei aus dem Potentialtopf, Pendeln in der Quantenwelt,
Zeitaufgelöste Streuung an Potentialbarrieren [demo code]
- Übungsblatt 9: Geschwindigkeitskontrolle, Anharmonischer Oszillator, Hofstadter-Butterfly, Down the rabbit hole
- Übungsblatt 10: SymPy, Einstein singulär zerlegt, Verschränkte Spins, Tsunami
- Übungsblatt 11: Würfeln mit Python, Pseudo-Zufallszahlen, Viele Wege führen nach π, Dendriten-Wachstum
- Übungsblatt 12: Integrieren mit Python, Integration mit gezinkten Würfeln, Integration auf Irrwegen, Ising Modell
- Übungsblatt 13: Nobody is perfect, Durchhänger, Unterwegs mit Metropolis [demo code]
- Übungsblatt 14: Rennschlange Cython, Perkolation — eine löchrige Angelegenheit
Syllabus / Vorlesungen
- Vorlesung 0001: Motivation/Einführung Computer-Physik, Überblick Computer Hardware + Software
- Vorlesung 0010: Iterative Verfahren, Nullstellensuche, Newton-Verfahren
- Vorlesung 0011: Numerisches Differenzieren und Integrieren
- Vorlesung 0100: Gewöhnliche Differentialgleichungen: Euler-Methode, Runge-Kutta Verfahren, Verlet Algorithmus
- Vorlesung 0101: Partielle Differentialgleichungen: Anfangs- und Randwertprobleme, Finite Differenzen, Relaxationsmethode
- Vorlesung 0110: Partielle Differentialgleichungen: Crank-Nicolson Methode, Yee-Vischen Algorithmus
- Vorlesung 0111: Quantenmechanik: Numerov-Algorithmus, Variationsansatz
- Vorlesung 1000: Lineare Gleichungssysteme, Gauss-Elimination
- Vorlesung 1001: Singulärwertzerlegung
- Vorlesung 1010: Zufallszahlen
- Vorlesung 1011: Zufallszahlenverteilungen, importance sampling, Monte Carlo Integration
- Vorlesung 1100: Markov-Ketten, Metropolis-Algorithmus
- Vorlesung 1101: Boltzmann-Verteilung, Ising Modell, Monte Carlo Simulation
Programmiertechniken
Wer sich ein wenig in die Programmiersprache Python einarbeiten möchte, dem sei dieses von Max Gerlach zusammengestellte Python Tutorial empfohlen.Dokumentation zum Einstieg:
Direkt lauffähige, recht vollständige Distribution mit aktuellen Programmversionen (Linux, Windows, OS X):
Literatur
- T. Pang, An Introduction to Computational Physics (Cambridge University Press)
Uni-Bibliothek, Studierendenbibliothek Physik - J.M. Thijssen, Computational Physics (Cambridge University Press)
Uni-Bibliothek, Studierendenbibliothek Physik - W. Krauth, Statistical Mechanics: Algorithms and Computations (Oxford University Press)
Uni-Bibliothek, Studierendenbibliothek Physik - M. Newmann, Computational Physics with Python
Weiterführende Literatur
- Lloyd N. Trefethen and David Bau III, Numerical linear algebra (SIAM)
Klausurtermine
Klausur: Mittwoch, 23. Juli 2014 | 13:00 - 16.00 | HS IDenken Sie an Ihre rechtzeitige KLIPS-Anmeldung bis Montag, 14. Juli 2014.
Nachklausur: Donnerstag, 25. September 2014 | 10:00 - 13:00 | HS III
Denken Sie an eine erneute, rechtzeitige KLIPS-Anmeldung bis Dienstag, 16. September 2014.
Mailing-Liste
Wir haben für alle TeilnehmerInnen der Vorlesung eine Mailing-Liste eingerichtet, über welche wir weiterführende Informationen zu Vorlesung, Übungen und Übungsbetrieb verschicken werden:Wir bitten alle Studierenden, sich auf dieser Mailing-Liste einzutragen.