Spezielle Informatik für Naturwissenschaften
Nebenfach

Im Rahmen dieser interdisziplinären Veranstaltung der MNF wurden bis zum Frühlingssemester 2016 folgende Lehrveranstaltungen durchgeführt:

Kurs A

Computergestütztes Experimentieren I - Vorlesung

Inhalt

Verbindung Rechner-Prozess; digitale Schaltungen; Aufbau und Funktionsweise eines Digitalrechners; Prozessinterfaces; digitale und analoge Signale; Standardschnittstellen; Erfassung und Verarbeitung von Messdaten; Einführung in das Software-Engineering.

Computergestütztes Experimentieren I - Praktikum

Inhalt
Dieser Kurs vermittelt die Kenntnisse, die nötig sind für das Durchführen von von Experimenten mit Computern. Der Fokus liegt auf Steuerung von Experimenten, Erfassung von Messdaten und deren Online-Analyse.
Im Herbstsemester beginnen wir zunächst damit, ein Verständnis für den Aufbau von Rechnern zu erarbeiten, indem wir einen einfachen Modellrechner mittels digitaler Schaltungen aufbauen. Danach werden einfache Experimente durchgeführt, an Hand derer der typische Aufbau von Programmen, die Hardware und die Software Aspekte der Schnittstelle zwischen Experiment und Computer und die Erfassung sich schnell ändernder Analogsignale besprochen werden. Dabei kommen Programmiersprachen wie LabVIEW oder C++ zum Einsatz.

Kurs B

Computergestütztes Experimentieren II

Inhalt
Dieser Kurs vermittelt die Kenntnisse für das computergestützte Experimentieren: Planung, Aufbau und  Steuerung von Experimenten, Erfassung und Online-Analyse der Messdaten.
Im Frühlingssemester beginnen wir zunächst mit einer Einführung in die Programmiersprache C++ und in Aufbau, Funktionsweise und Programmierung von Interfaces (hauptsächlich National Instruments Hardware mittels LabVIEW Libraries). Danach erarbeiten wir die Implementierung zeitkritischer Prozesse mittels Multithreading sowie Prozesskommunikation und Processsynchronisation in dem wir zuerst einfache Experimente (zum Beispiel Ansteuerung einer Leuchtdiodenzeile, Blendenregelung) programmieren. Im Hauptteil des Kurses werden wir ein komplexes Experiment mit Multithreading (Steuerung eines chemischen Reaktors) implementieren und uns eventuell auch mit IEEE-488-Bus gesteuerten Experimenten und Auswertung mittels FFT befassen.

Kurs C

Einsatz der Computersimulation in den Naturwissenschaften I

Kurs bestehend aus einführender Vorlesung und praktischen Übungen.

Anhand von einfachen Beispielen soll gezeigt werden, wie Probleme in den Naturwissenschaften mit dem Computer gelöst werden. In einer einführenden Vorlesung werden die theoretischen Grundlagen und die Lösungsmethoden erklärt. Im Praktikum werden dann unter Anleitung verschiedene Projekte auf PCs durchgeführt.

Inhalt
Einführung in das Betriebssystem UNIX (Linux) und die Programmiersprache Java. In einem ersten Teil wird vor allem auf die Programmiermethodik und -sprache eingegangen. Im zweiten Teil geht es um die Realisierung von einfachen Algorithmen der numerischen Integration; Lösung gewöhnlicher Differentialgleichungen mit Anwendungen aus Biologie, Chemie und Physik; Monte-Carlo-Verfahren; Simulation von stochastischen Vorgängen (Ausbreitung von Krankheiten); Chaos/Fraktale (Mandelbrot-Menge, Lorenz-Attraktor); Perkolation (Waldbrände), partielle Differentialgleichungen (Elektronenbahnen im elektrischem Feld, Diffusion); paralleles Rechnen.

Kurs D

Einsatz der Computersimulation in den Naturwissenschaften II

Kurs bestehend aus einführender Vorlesung und praktischen Übungen.

Anhand von einfachen Beispielen soll gezeigt werden, wie Probleme in den Naturwissenschaften mit dem Computer gelöst werden. In einer einführenden Vorlesung werden die theoretischen Grundlagen und die Lösungsmethoden erklärt. Im Praktikum werden dann unter Anleitung verschiedene Projekte auf PCs durchgeführt. In den letzten Wochen werden Gruppen von 2-3 Personen gebildet um als Team ein Projekt gemeinsam zu realisieren.

Inhalt
Einführung in Datenstrukturen/Sortiermethoden in Java, 3-dimensionale Datenvisualisierung, Eulerische und Navier-Stokes Hydrodynamik mit Teilchen und Gitter, Berechnungen zur molekularen Dynamik, Neuronale Netzwerke (Mustererkennung), Simulationen der Quantenmechanik, Ray Tracing, N-teilchen Dynamic der Gravitation und andere Projekte nach Intresse der Teilnehmer.