|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ |
|||||
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение |
|||||
|
высшего профессионального образования |
|||||
|
«Московский физико-технический институт (государственный университет)» |
|||||
|
МФТИ |
|||||
|
«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной и методической работе Зубцов Д.А. « »_________________20 г. |
|||||
|
Рабочая программа дисциплины (модуля) |
|||||
|
по дисциплине: |
Вычислительные методы в моделировании |
||||
|
по направлению: |
03.03.01 — Прикладные математика и физика бакалавриат) |
||||
|
профиль подготовки/ магистерская программа: |
Вычислительная математика для решения физических задач |
||||
|
профиль подготовки/ магистерская программа: |
|||||
|
факультет: |
проблем физики и энергетики |
||||
|
кафедра: |
Физики высоких плотностей энергии |
||||
|
курс: |
3 |
||||
|
квалификация: |
бакалавр |
||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|||||
|
Программу составил: |
Левашов П.Р., кандидат физико-математических наук, доцент |
||||
|
Программа обсуждена на заседании кафедры |
|||||
|
9 октября 2014 г. |
|||||
|
СОГЛАСОВАНО: |
|||||
|
Заведующий кафедрой |
Петров О.Ф. |
||||
|
Декан факультета проблем физики и энергетики факультета радиотехники и кибернетики |
Леонов А.Г. |
||||
|
Начальник учебного управления |
Гарайшина И.Р. |
||||
1. Цели и задачи
Цель дисциплины
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.
Задачи дисциплины
-
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.
2. Место дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы бакалавриата (магистратуры)
Дисциплина «Вычислительные методы в моделировании» базируется на материалах курсов бакалавриата по дисциплинам «Высшая математика» (математический анализ, аналитическая геометрия и линейная алгебра, дифференциальные уравнения и методы математической физики) и «Общая физика» и относится к профессиональному циклу. Учащиеся должны овладеть алгоритмическим мышлением, научиться разрабатывать и запускать программы на современных компьютерах, получить представление об этапах решения сложных физических задач с помощью численного моделирования. 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.
Дисциплина «Вычислительные методы в моделировании» базируется на дисциплинах:
Математический анализ;
Аналитическая геометрия и линейная алгебра;
Дифференциальные уравнения;
Уравнения математической физики;
Общая физика.
3. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы
Освоение дисциплины направлено на формирование следующих общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций бакалавра/магистра:
способностью решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности (ОПК-1);
способностью применять теорию и методы математики для построения качественных и количественных моделей объектов и процессов в естественнонаучной сфере деятельности (ОПК-2);
способностью применять полученные знания для анализа систем, процессов и методов (ОПК-4);
способностью представлять результаты собственной деятельности с использованием современных средств, ориентируясь на потребности аудитории, в том числе в форме отчетов, презентаций, докладов (ОПК-6);
способностью планировать и проводить научные эксперименты (в избранной предметной области) и (или) теоретические (аналитические и имитационные) исследования (ПК-1);
способностью анализировать полученные в ходе научно-исследовательской работы данные и делать научные выводы (заключения) (ПК-2);
способностью критически оценивать применимость применяемых методик и методов (ПК-4).
В результате освоения дисциплины обучающиеся должны
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.
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.
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.
4. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий
4.1. Разделы дисциплины (модуля) и трудоемкости по видам учебных занятий
|
№ |
Тема (раздел) дисциплины |
Виды учебных занятий, включая самостоятельную работу |
||||
|
Лекции |
Практич. (семинар.) задания |
Лаборат. работы |
Задания, курсовые работы, шт. (не более 2-х) |
Самост. работа |
||
|
1 |
Основы операционной системы UNIX. История, принципы, влияние на другие операционные системы. Структура операционной системы UNIX. |
2 |
2 |
3 |
||
|
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 |
2 |
3 |
||
|
3 |
Процессы в операционной системе UNIX. Способы управления процессами с помощью сигналов, соответствие некоторых сигналов клавиатурным комбинациям. Понятия о потоках в рамках процесса. |
2 |
2 |
3 |
||
|
4 |
Редактирование файлов, основы редактора vi. Классификация языков программирования, требования к языкам программирования для написания вычислительных программ. Особенности языков программирования FORTRAN и C. |
2 |
2 |
3 |
||
|
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 |
3 |
5 |
||
|
6 |
Система компиляции программ MAKE. Зависимости между файлами, цели, обработка зависимостей. Команда make. |
2 |
2 |
3 |
||
|
7 |
Принципы структурного программирования. Способы объединения блоков, стандартные блоки. Примеры структурных и неструктурных программ. Отступления от принципов структурного программирования. |
3 |
3 |
4 |
||
|
8 |
Моделирование случайных процессов. Понятие о методе Монте-Карло. Алгоритм Метрополиса. Задача о перколяции. |
4 |
4 |
6 |
||
|
9 |
Одномерная модель Изинга. Аналитические формулы для энергии, магнитного момента и теплоемкости. Моделирование одномерной модели Изинга. |
4 |
4 |
6 |
||
|
10 |
Двумерная модель Изинга. Понятие о фазовом переходе второго рода. Расчет теплоемкости в двумерном случае, зависимость результатов от параметров моделирования, оценка погрешности моделирования. |
4 |
4 |
6 |
||
|
11 |
Понятие о параллельном программировании. Суперкомпьютеры с распределенной памятью. Библиотека MPI, межпроцессорные обмены. Написание, отладка и запуск параллельных задач. |
3 |
3 |
5 |
||
|
12 |
Понятие о программировании с общей памятью, технология OpenMP. Краткое описание современных технологий, которые необходимо освоить для эффективного численного моделирования различных физических задач. |
3 |
3 |
4 |
||
|
Итого часов |
34 |
34 |
51 |
|||
|
Общая трудоёмкость |
119 час., 1 зач.ед. |
|||||
4.2. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам)
1. Основы операционной системы UNIX и программирования в этой системе.
Основы операционной системы UNIX. История, принципы, влияние на другие операционные системы. Структура операционной системы UNIX.
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.
Процессы в операционной системе UNIX. Способы управления процессами с помощью сигналов, соответствие некоторых сигналов клавиатурным комбинациям. Понятия о потоках в рамках процесса.
Редактирование файлов, основы редактора vi. Классификация языков программирования, требования к языкам программирования для написания вычислительных программ. Особенности языков программирования FORTRAN и C.
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.
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 учебная программа по дисциплине: Вычислительные методы в моделировании по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
Поделитесь с Вашими друзьями:
