Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2019/2020

Metody počítačové fyziky 1

Přihlášení do KOSu pro zápis předmětu Zobrazit rozvrh
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
12MPF1 Z,ZK 2 2 česky
Přednášející:
Milan Kuchařík (gar.)
Cvičící:
Milan Kuchařík (gar.)
Předmět zajišťuje:
katedra fyzikální elektroniky
Anotace:

Numerické simulace a její role ve fyzice, metodika tvorby počítačových programů. Numerické a programovací techniky nutné pro simulace fyzikálních problémů. Počítačové jazyky používané ve fyzice. Numerické knihovny a knihovny programů pro fyziku. Programové vybavení pro vědeckou vizualizaci. Modelování kontinuálních systémů, hydrodynamické simulace. Prostředky pro intenzivní počítání, paralelní počítání, software pro paralelní výpočty. Integrované výpočetní systémy.

Požadavky:
Osnova přednášek:

1. Počítače ve fyzice. Počítačový experiment. Fyzikální zákony, matematické modely, numerická schémata.

2. Počítačový hardware, hierarchie paměti počítače. Superpočítače, intenzivní výpočty. Programovací jazyky pro fyziku, překladače. Numerické knihovny.

3. Vědecké databáze. Elektronické databáze vědeckých časopisů a výzkumných zpráv. Hodnocení vědeckých časopisů a vědců, publikace, citační analýza.

4. Paralelní výpočty, sdílená a distribuovaná paměť. Softwarové nástroje a knihovny pro paralelizaci.

5. Metodika vědeckého programování. Chyby ve vědeckých kódech. Numerické algoritmy pro fyziku.

6. Vědecká vizualizace. Typy grafů ve fyzice. Softwarové nástroje pro vědeckou vizualizaci.

7. Počítačová dynamika tekutin. Experiment a simulace. Eulerovy rovnice. Výpočetní sítě, diskretizace v prostoru a čase. Verifikace a validace. Softwarové nástroje pro počítačovou dynamiku tekutin.

8. Metoda konečných diferencí - konečné diference, diferenční schémata, explicitní/implicitní schémata.

9. Metoda konečných objemů - integrální tvar rovnic, numerické metody pro integraci.

10. Metoda konečných prvků - aproximace pomocí bazických funkcí, redukce parciálních diferenciálních rovnic na systém obyčejných diferenciálních rovnic.

11. Spektrální metody, metody hraničních prvků, bezsíťové metody, metoda smoothed-particle hydrodynamics.

12. Střídavá Lagrangeovská hydrodynamika - odvození a konzervativita metody. Lagrangeovsko-Eulerovské metody - regularizace výpočetní sítě, remapování. Aplikace na simulace interakcí laseru s plazmatem.

13. Integrované výpočetní systémy - počítačová algebra, numerika, vizualizace. Dostupné systémy.

Osnova cvičení:

1. Převedení fyzikálního problému na numerický kód.

2. Paralelní program pro sdílenou/distribuovanou paměť.

3. Ukázka vizualizace ve vybraných nástrojích.

4. Ukázka vybraných integrovaných výpočetních systémů.

Cíle studia:

Znalosti:

Získání přehledu o metodách a výpočetních nástrojích pro návrh, analýzu, řešení a vizualizaci fyzikálních problémů. Znalost metod z oblasti počítačové dynamiky tekutin.

Schopnosti:

Schopnost samostatně vypracovat krátkou prezentaci na dané fyzikální téma. Schopnost orientovat se v jednoduchém simulačním kódu.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] R.H. Landau, M.J. Páez, Ch.C. Bordeianu: A Survey of Computational Physics - Introduction to Computational Sciences, Princeton University Press, 2008.

Doporučená literatura:

[2] H. Gould, J. Tobochnik, W. Christian: An Introduction to Computer Simulation Methods - Applications to Physical Systems, 3rd edition, Pearson, 2007.

[3] T. Pang: An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press, 1997.

Studijní pomůcky:

Počítačová učebna UNIX.

Poznámka:
Rozvrh na zimní semestr 2019/2020:
Rozvrh není připraven
Rozvrh na letní semestr 2019/2020:
Rozvrh není připraven
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 12. 12. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet11343405.html