Рабочая учебная программа по дисциплине: Вычислительные методы в моделировании по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»



Скачать 132.66 Kb.
страница1/5
Дата05.05.2018
Размер132.66 Kb.
ТипРабочая учебная программа
  1   2   3   4   5


Министерство науки и образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский физико-технический институт (государственный университет)»

МФТИ(ГУ)

Кафедра «Физика организованных структур и химических процессов»
«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе
О. А. Горшков

2012 г.

.



Рабочая УЧЕБНАЯ Программа
по дисциплине: Вычислительные методы в моделировании

по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»

профиль подготовки: Математическое моделирование, вычислительные математика и физика

факультет: ПФЭ

кафедра: Физика высоких плотностей энергии

курс: 4 (бакалавриат)

семестры: 6, Дифференцированный зачет: 6 семестр

Трудоёмкость в зач. ед.: вариативная часть – 3 зач. ед.;

в т.ч.:

лекции: 32 час.;

практические (семинарские) занятия: нет;

лабораторные занятия: нет;

мастер классы, индивид. и групповые консультации: нет;

самостоятельная работа: 32 час.;

курсовые работы: нет;

подготовка к дифференцированному зачету: 1 зач. ед.

ВСЕГО часов 94
Программу составил: доц., к.ф-м.н., Левашов П.Р.
Программа обсуждена на заседании кафедры физики высокотемпературных процессов
«____» _______________2012 г.
Заведующий кафедрой академик, д.ф.-м.н. В.Е. Фортов



ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.


Вариативная часть, в т.ч. :

__3__ зач. ед.


Лекции

_32_ часа


Практические занятия

__-__ часов


Лабораторные работы

__-__ часов


Индивидуальные занятия с преподавателем

__-__ часов


Самостоятельные занятия, включая подготовку курсовой работы

_32_ часа

Мастер- классы, индивидуальные и групповые

Консультации



__-__ часов

Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)

__-__ часов

Подготовка к зачету

1 часов

ВСЕГО

94 часов (3 зач. ед.)

Итоговая аттестация

Диф. зачет: 6 семестр




  1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Целью освоения дисциплины «Вычислительные методы в моделировании» является изучение основ работы с операционной системой UNIX, программирования и решения на компьютерах различных задач вычислительной физики, а также применение полученных знаний и навыков на практике.

Задачами данного курса являются:

  • изучение основ операционной системы UNIX,

  • формирование представлений понятие о языках программирования, изучение особенностей языка программирования C;

  • редактирование, компиляция и линковка программ в операционной системе UNIX;

  • разработка алгоритма, написание программы, отладка и запуск программ для различных задач теоретической физики;

  • изучение основ параллельного программирования.




  1. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Вычислительные методы в моделировании» включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к вариативной части профессионального цикла Б.3.



Дисциплина «Вычислительные методы в моделировании» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть кода УЦ ООП Б.2 (математический естественнонаучный блок) по дисциплинам «Высшая математика» (математический анализ, высшая алгебра, дифференциальные уравнения и методы математической физики), блока «Общая физика» и региональной составляющей этого блока и относится к профессиональному циклу. Освоение курса необходимо для разносторонней подготовки бакалавров к профессиональной деятельности, включающей как проведение фундаментальных исследований, так и постановку и решение инженерных задач с использованием современной компьютерной техники.


  1. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Освоение дисциплины «Вычислительные методы в моделировании» направлено на формирование следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций бакалавра:

а) общекультурные (ОК):

  • способность анализировать научные проблемы и физические процессы, использовать на практике фундаментальные знания, полученные в области естественных наук (ОК-1);

  • способность осваивать новые проблематику, терминологию, методологию и овладевать научными знаниями, владением навыками самостоятельного обучения (ОК-2);

  • способность логически точно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, формулировать свою точку зрения, владением навыками ведения научной и общекультурной дискуссий (ОК-4);

  • способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях, владение основными навыками получения, хранения, анализа информации (ОК-6);

  • владение английским языком и способность использовать его знание в своей деятельности (ОК-7);

б) профессиональные (ПК):

  • способность применять в своей профессиональной деятельности знания, полученные в области физических и математических дисциплин, включая дисциплины: общая физика; информатика, программирование и численные методы (ПК-1);

  • способность применять различные методы физических исследований в избранной предметной области: методы теоретической физики, вычислительные методы, методы математического и компьютерного моделирования объектов и процессов (ПК-2);

  • способность понимать сущность задач, поставленных в ходе профессиональной деятельности, и использовать соответствующий физико-математический аппарат для их описания и решения (ПК-3);

  • способность работать с современным программным обеспечением в избранной области (ПК-5);

  • способность проведения экспериментальных исследований, выполнения проектов и заданий по тематике разрабатываемой научной проблемы (ПК-7);

  • способность работать в коллективе исполнителей над решением конкретных исследовательских задач и (или) инновационных задач, готовность к реализации проектов исследовательской и инновационной направленности в команде исполнителей (ПК-9).




  1. конкретные Знания, умения и навыки, формируемые в результате освоения дисциплины




    1. Знать:

  • основы устройства современной комьютерной техники и принципы работы современных операционных систем;

  • основные принципы работы и основные команды операционной системы UNIX;

  • классификацию языков программирования, требования к языкам программирования для их использования при моделировании задач теоретической физики;

  • принципы структурного программирования;

  • основы процесса компиляции и линковки программ;

  • классификацию многопроцессорных вычислительных комплексов;

  • основные принципы создания параллельных программ для многопроцессорных вычислительных комплексов с распределенной памятью;

  • основные принципы создания параллельных программ для многопроцессорных вычислительных комплексов с общей памятью.

    1. Уметь:

  • работать с файловой системой операционной системы UNIX в терминальном режиме;

  • редактировать файлы программ с помощью стандартных редакторов операционной системы UNIX;

  • уметь пересылать файлы между компьютерами различными способами;

  • компилировать и линковать программы, написанные с привлечением стандартных библиотек;

  • создавать собственные библиотеки подпрограмм и использовать их для написания и компиляции собственных программ;

  • использовать библиотеку GSL для решения стандартных задач вычислительной математики;

  • разрабатывать алгоритмы в соответствии с принципами структурного программирования;

  • разрабатывать простые параллельные алгоритмы, создавать простые параллельные программы для компьютеров с общей и распределенной памятью;

  • запускать параллельные программы на многопроцессорных вычислительных комплексах;

  • эффективно использовать информационные технологии и компьютерную технику для достижения необходимых теоретических и экспериментальных результатов.

    1. Владеть:

  • навыками освоения большого объема информации;

  • навыками самостоятельной работы в лаборатории и Интернете;

  • культурой постановки и моделирования физических задач;

  • навыками грамотной обработки результатов экспериментов и сопоставления с теоретическими и литературными данными;

  • практикой исследования и решения теоретических и прикладных задач;

  • практикой работы в операционной системе UNIX, включая написание, редактирование, отладку и запуск последовательных и параллельных программ.



  1. Структура и содержание дисциплины

    1. Структура преподавания дисциплины

Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам


№ темы и название

Количество часов

1. Основы операционной системы UNIX и программирования в этой системе

12

2. Моделирование различных физических задач

14

3. Введение в параллельное программирование на современных суперкомпьютерных комплексах

6

ВСЕГО( зач. ед.(часов))

32 часа (1 зач. ед.)


Лекции:


№ п.п.

Темы

Трудоёмкость в зач. ед.

(количество часов)



1

Основы операционной системы UNIX. История, принципы, влияние на другие операционные системы. Структура операционной системы UNIX.

2

2

Основные команды операционной системы UNIX. Работа в командной строке, командный процессор bash. Файловая система операционной системы UNIX, работа с файлами и каталогами, права на файлы и каталоги.

2

3

Процессы в операционной системе UNIX. Способы управления процессами с помощью сигналов, соответствие некоторых сигналов клавиатурным комбинациям. Понятия о потоках в рамках процесса.

2

4

Редактирование файлов, основы редактора vi. Классификация языков программирования, требования к языкам программирования для написания вычислительных программ. Особенности языков программирования FORTRAN и C.

2

5

Компиляция программ на языке C. Основные этапы компиляции, ключи компилятора gcc на каждом этапе компиляции. Ошибки компиляции на каждом из этапов. Понятие о библиотеках, способы создания и работы с библиотеками.

3

6

Система компиляции программ MAKE. Зависимости между файлами, цели, обработка зависимостей. Команда make.

2

7

Принципы структурного программирования. Способы объединения блоков, стандартные блоки. Примеры структурных и неструктурных программ. Отступления от принципов структурного программирования.

3

8

Моделирование случайных процессов. Понятие о методе Монте-Карло. Алгоритм Метрополиса. Задача о перколяции.

4

9

Одномерная модель Изинга. Аналитические формулы для энергии, магнитного момента и теплоемкости. Моделирование одномерной модели Изинга.

4

10

Двумерная модель Изинга. Понятие о фазовом переходе второго рода. Расчет теплоемкости в двумерном случае, зависимость результатов от параметров моделирования, оценка погрешности моделирования.

4

11

Понятие о параллельном программировании. Суперкомпьютеры с распределенной памятью. Библиотека MPI, межпроцессорные обмены. Написание, отладка и запуск параллельных задач.

2

12

Понятие о программировании с общей памятью, технология OpenMP. Краткое описание современных технологий, которые необходимо освоить для эффективного численного моделирования различных физических задач.

2

ВСЕГО ( зач. ед.(часов))

32 часа (1 зач. ед.)



Самостоятельная работа:


№ п.п.

Темы

Трудоёмкость в зач. ед.

(количество часов)



1

Основы операционной системы UNIX. История, принципы, влияние на другие операционные системы. Структура операционной системы UNIX.

2

2

Основные команды операционной системы UNIX. Работа в командной строке, командный процессор bash. Файловая система операционной системы UNIX, работа с файлами и каталогами, права на файлы и каталоги.

2

3

Процессы в операционной системе UNIX. Способы управления процессами с помощью сигналов, соответствие некоторых сигналов клавиатурным комбинациям. Понятия о потоках в рамках процесса.

2

4

Редактирование файлов, основы редактора vi. Классификация языков программирования, требования к языкам программирования для написания вычислительных программ. Особенности языков программирования FORTRAN и C.

2

5

Компиляция программ на языке C. Основные этапы компиляции, ключи компилятора gcc на каждом этапе компиляции. Ошибки компиляции на каждом из этапов. Понятие о библиотеках, способы создания и работы с библиотеками.

3

6

Система компиляции программ MAKE. Зависимости между файлами, цели, обработка зависимостей. Команда make.

2

7

Принципы структурного программирования. Способы объединения блоков, стандартные блоки. Примеры структурных и неструктурных программ. Отступления от принципов структурного программирования.

3

8

Моделирование случайных процессов. Понятие о методе Монте-Карло. Алгоритм Метрополиса. Задача о перколяции.

4

9

Одномерная модель Изинга. Аналитические формулы для энергии, магнитного момента и теплоемкости. Моделирование одномерной модели Изинга.

4

10

Двумерная модель Изинга. Понятие о фазовом переходе второго рода. Расчет теплоемкости в двумерном случае, зависимость результатов от параметров моделирования, оценка погрешности моделирования.

4

11

Понятие о параллельном программировании. Суперкомпьютеры с распределенной памятью. Библиотека MPI, межпроцессорные обмены. Написание, отладка и запуск параллельных задач.

2

12

Понятие о программировании с общей памятью, технология OpenMP. Краткое описание современных технологий, которые необходимо освоить для эффективного численного моделирования различных физических задач.

2

13

Подготовка к дифференцированному зачету

1 зач. ед.

ВСЕГО ( зач. ед.(часов))

32 часа (1 зач. ед.) + 1 зач. ед.




    1. Содержание дисциплины




п/п


Название модулей

Каталог: study -> bases -> fpfe
study -> Планы семинарских занятий по философии для студентов всех специальностей Уфа 2013
study -> Предпосылка и столь же естественная
study -> Предварительные замечания
study -> Лекции Тема Специфика, проблемы и генезис философии -2 часа. План лекции: Специфика и функции философии
study -> Билет Объект изучения и предмет социологии
study -> Огюст Конт и возникновение позитивистской социологии
study -> Вопросы для экзамена для 10-з класса раздел «Социальная сфера»
study -> «Личность и тоталитаризм на материале жанра антиутопии» Курсовую работу
fpfe -> Рабочая программа дисциплины (модуля) по дисциплине: Вычислительные методы в моделировании по направлению


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница