Übersicht & Einführung
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- Karoline Vogt
- vor 5 Jahren
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Transkript
1 Angewandte Mathematik am Rechner 1 SOMMERSEMESTER 2018 Kapitel April 2018 Übersicht & Einführung Frank Fischer Institut für Informatik frank.fscher@uni-mainz.de
2 Das wichtigste vorab
3 WWW-Ressourcen Webseite zum Praktikum Einstieg (Weiterleitung / persistent): Verlinkt über Jogustine / Reader Von hier aus ist alles weitere verlinkt Aktuell gehosted auf:
4 Thema & Motivation
5 Praktikum Worum geht es? Mathematik für Informatik Ergänzung zu Grundvorlesungen Analysis 1 / Lineare Algebra 1 Diskrete Mathematik / Mathematik für Informatiker 1/2 Praktikum Angewandte Mathematik am Rechner 1/2 Teil 1: DM + (Ana 1 oder MFI 1) im SoSem (jetzt) Teil 2: DM + (LinA 1 oder MFI 2) im WiSem (in 6 Monaten)
6 Umfrage Vorlesungen Mathematik für Informatiker Reine Mathematik (LinA, Ana) Mathematik für Physiker
7 Warum das Praktikum? Was fehlt noch? Praktische Anwendungen wofür ist das gut? Bezug zur Informatik Wie setzte ich es praktisch um Subtile Unterschiede: Perspektive von Informatik Mathematik Naturwissenschaften Anschauliche Beispiele Fragen / Anregungen?
8 Höhere Mathematik Wozu die ganze Mathematik? Grundlagen Informatik Praktische Berechnungen Formale Modelle Analyse / theoretische Informatik Forschung + Entwicklung Schwere Probleme brauchen state-of-the-art Tools Silicon Valley runs on Math *#$?!!
9 Höhere Mathematik Erfolg nur durch Mathematik Beispiel: Grundlagen für Google (Lineare Algebra) Page-Rank Algorithmus Numerische Eigenwertberechnung großer Matrizen revolutioniert die moderne Gesellschaft Beispiel: Online-Auktionen (Spieltheorie) z.b.: Wie verkaufe ich automatisch Werbung für meine Suchmaschine? Finanziert die Revolution Beispiel: Virtual Reality & 3D Graphik Aktuelle 3D Computerspiele: Echtzeitmathematik Die halbe Welt: Bild-, Video- und Tonbearbeitung, CAD
10 Höhere Mathematik Erfolg nur durch Mathematik Beispiel: Navigationssysteme (Graphentheorie/Kombinatorische Optimierung) Preprocessing, A*-Suche, Landmark-Algorithmen,... Echtzeit Wegesuche über die ganze Welt
11 Höhere Mathematik Zukünftige Entwicklungen Künstliche Intelligenz Seit kurzem (2010er Jahre) geht es rapide voran Mustererkennung, Deep-Learning Autonome Autos, die nächste industrielle Revolution Absehbar weitgehende Automatisierung der Wirtschaft Big Data & empirische Datenanalyse Bioinformatik TOE: Teilchensuche am LHC Probleme in fast allen Natur- und Ingenieurswissenschaften NEU: Sozial + Geisteswissenschaften Fit in Mathe = sichererer + interessanterer Job
12 Höhere Mathematik Wenig Mathematik trotzdem wichtig! Gut Programmieren Großes Softwaresystem designen Projekt mit Kunden und Entwicklern managen Rat zu ausgewogener Sichtweise Das Leben ist vielfältig (und das ist gut so!) Man braucht viele Fähigkeiten Mathematik ist ein wichtiger Baustein Oft unterschätzt am Anfang der Ausbildung Wissenslücken beschränken Entwicklungsmöglichkeiten
13 Also, warum nun das ganze? Warum das Praktikum? Mathematik ist abstrakt Motivation, tiefer einzusteigen Weniger Abschreckung Mathematik ist schwer Unterstützung beim Lernen Besser reinkommen & verstehen
14 Ablauf & Organisatorisches
15 Bestandteile Vier Bestandteile Theoretische Vorbereitung Theoretische online Materialien Präsenzveranstaltung Theorie (alle zwei Wochen) Praxis Programmieraufgaben Praktikum Präsenzveranstaltung Praxis (alle anderen zwei Wochen)
16 # Datum Dienstags 16-18h, Raum Freitags 10-12h, Raum April 2018 Theorie 1 keine Veranstaltung 2 24./27. April 2018 Theorie /04 Mai /11. Mai 2018 Theorie 3 Optional: Sprechstunde 5 15./18. Mai 2018 Abnahme Blatt 2 Abnahme Blatt /25. Mai 2018 Theorie 4 Optional: Sprechstunde Mai/01. Juni 2018 Abnahme Blatt 3 Abnahme Blatt /10. Juni 2018 Theorie 5 Optional: Sprechstunde 9 12./15. Juni 2018 Abnahme Blatt 4 Abnahme Blatt /24. Juni 2018 Theorie 6 Optional: Sprechstunde /29. Juni 2018 Abnahme Blatt 5 Abnahme Blatt /06. Juli 2018 Theorie 7 Optional: Sprechstunde Juli 2018 Abnahme Blatt 6 (Sonderregelung für Abnahmen) Abnahme Blatt 6 (Sonderregelung für Abnahmen) Optional: Sprechstunde Feiertag Abnahme Blatt 1
17 # Veranstaltung Thema Übungsblatt Ausgabe 1 V Intro Theorie 1: Ablauf des Praktikums, Grundlagen der Modellierung, Python Wiederholung Blatt 1: Python + Qt Python Widerholung, Qt Widgets, Bitmaps (QImage/QLabel) 2 V Theorie 1 Theorie 2: Modelle und Mengenlehre Blatt 2: Grundlagen Modelle, Induktion und inverse Probleme, (Modellen aus Daten ableiten) 3 P Abnahme1 Abnahme Blatt 1: PyQt 4 V Theorie 2 Theorie 3: Funktionen, Berechenbarkeit, Algebra und abstrakte Strukturen 5 P Abnahme2 Abnahme Blatt 2: Induktion (Rekonstruktion von Modellen), Mengen als Datentypen 6 V Theorie 3 Theorie 4: Abstrakte Algebra: Vektoren und Matrizen, Komplexe Zahlen 7 P Abnahme3 Abnahme Blatt 3: Emergente Komplexität, Algebra I 8 V Theorie 4 Theorie 5: Analysis I: Ableitungen 9 P Abnahme4 Abnahme Blatt 4: Algebra II 10 V Theorie 5 Theorie 6: Analysis II: Funktionen 11 P Abnahme5 Abnahme Blatt 5: Analysis I 12 V Theorie 6 Theorie 7: Ausblick: Automatisches Modellieren Achtung: alles vorläufg 13 P Abnahme6 Abnahme Blatt 6: Einfache DGLs aktueller Plan immer im WWW: Blatt 3: Emergente Komplexität (Julia Fraktale, Primzahlen,...) Algebra I Blatt 4: Algebra II symbolische Ableitungen, automatische Beweise Blatt 5: Numerische Ableitung, Matplotlib in Python, Funktionsapprox. (Taylor, Daten) Blatt 6: Einfache DGL (Worms Armageddon), Optimieren / Kontrolle von Simulationen
18 Bestandteile Theorieteil Theorie im zwei-wochen-rhythmus Online Materialien Im Vorfeld lesen Theoretische Übungsaufgaben bearbeiten (verpfichtend, aber unbewertet) Vorlesung / Präsenzveranstaltung Dauer 70min + 20min Fragen (Di 16:15-17:45h, Raum ) Zweiwöchentlich (Zyklus ab nächster Woche) Kurze Vorlesung: Diskussion des Stoffs Diskussion der Theorieaufgaben Fragen zu den Übungsaufgaben
19 Bestandteile Praxisteil Praktikumsaufgaben (etwas größeres Projekt) Programmieraufgaben (Python) JAVA, Pascal, C/C++ etc. auch möglich, aber ohne Support Zwei Wochen Bearbeitungszeit Übungsabgabe Treffen mit Tutoren Alle zwei Wochen 20min Slots (feste Zeit innerhalb 2h-Block) Diskussion der Lösungen Pro Gruppe 1 Notebook (eigenes oder vom Institut)
20 Bewertung Praktikumsprojekte Arbeit in Teams à 3 Studierende Kriterium für Bestehen Aktive Teilnahme Bearbeitung aller Praktikumsaufgaben Anwesenheit bei allen Abgabeterminen (max. 1x unentschuldigt fehlen) Mindestens 50% gelöst Bewertung individuell Jedes Gruppenmitglied muss alle Lösungen erklären können Unbenotet (keine Klausur/Prüfung am Ende)
21 Abgaben Zeitslots für Abgaben Dienstags 16:00-18:00h Alternierend mit Präsenzveranstaltung Theorie Achtung: 20min Slots innerhalb von 2h Blöcken Zeitslots? Sign-up Liste Gruppen bilden während Pause
22 Sign-up Sheet Angewandte Mathematik am Rechner I Sommersemester 2018 Abgabetermine Praktikumsaufgaben Raum Slot 1 Slot 2 Slot 1 Slot 2 Di 16:00-16:20 Di 16:30-16:50 Di 17:00-17:20 Di 17:30-18:00 Raum Fr 10:00-10:20 Fr10:30-10:50 Fr 11:00-11:20 Fr 11:30-11:50
23 Themen
24 Sommersemester 2018 Angew. Mathem. am Rechner 1 alles vorläufg aktueller Plan immer im WWW: Grundlagen der Modellierung (DM) Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften Mengen, Funktionen und Logik Berechenbarkeit und emergente Komplexität Elementare Algebra (DM) Was ist ein mathematischer Ausdruck? Repräsentation im Rechner (Computeralgebra, automatisches Beweisen) Kombinatorische Algorithmen Analysis (Analysis 1 / MFI 1) Ableitungen und Approximation von Funktionen Differentialgleichungen: Worms Armageddon
25 Wintersemester 2018/19 Angew. Mathem. am Rechner 2 Lineare Algebra (Lineare Alg. 1 / MFI 2) Disclaimer: alles vorläufg, subject to change 2D Vektorgraphik Transformationen, Symmetrie, Gruppentheorie Eigenwerte und einfache Matrixfaktorisierung Mehrdimensionale Analysis (Analysis 2 / MFI 2) Simulationen, Partikelsysteme Splines und Funktionenräume Optimierung Teil 2 ist bislang weniger stark festgelegt
26 # Veranstaltung Thema Übungsblatt Ausgabe 1 V Intro Theorie 1: Ablauf des Praktikums, Grundlagen der Modellierung, Python Wiederholung Blatt 1: Python + Qt Python Widerholung, Qt Widgets, Bitmaps (QImage/QLabel) 2 V Theorie 1 Theorie 2: Mengen und Funktionen, unendliche Mengen, Komplexität und Berechenbarkeit 3 P Abnahme1 Abnahme Blatt 1: PyQt 4 V Theorie 2 Theorie 3: Algebra: Ausdrücke, Logik, abstrakte Strukturen 5 P Abnahme2 Abnahme Blatt 2: Emergente Komplexität 6 V Theorie 3 Theorie 4: Abstrakte Algebra: Vektoren und Matrizen, Komplexe Zahlen 7 P Abnahme3 Abnahme Blatt 3: Algebra I 8 V Theorie 4 Theorie 5: Analysis I: Ableitungen 9 P Abnahme4 Abnahme Blatt 4: Algebra II 10 V Theorie 5 Theorie 6: Analysis II: Funktionen 11 P Abnahme5 Abnahme Blatt 5: Analysis I 12 V Theorie 6 Theorie 7: Ausblick: Automatisches Modellieren Blatt 2: Emergente Komplexität (Julia Fraktale, Collatzvermutung, Primzahlen, Penrose Tilings,...) Blatt 3: Algebra I Parsing, Visualisierung (Bäume), Umformungen/Vereinfachungen Blatt 4: Algebra II symbolische Ableitungen, automatische Beweise Blatt 5: Numerische Ableitung, Matplotlib in Python, Funktionsapprox. (Taylor, Daten) Blatt 6: Einfache DGL (Worms Armageddon), Optimieren / Kontrolle von Simulationen Achtung: alles vorläufg aktueller Plan immer im WWW:
27 Feedback Fragen und Themenvorschläge Fragen zum besprochenen Stoff Jederzeit Fragen zur Mathematik allgemein: Nach jeder Vorlesung (Präsenzstunde) Themensammlung Vorschläge zu Vorlesung und Materialen Jederzeit (Vorlesung, Übungen, Sprechstunde) Diskussion im Forum Neue Veranstaltung gestalten Sie mit!
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