Základy počítačové fyziky I - NBCM321

• Anglický název: Fundamentals of Computer Physics I
• Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 6
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/2, KZ [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: RNDr. Ivan Barvík, Ph.D.
• Vyučující: RNDr. Ivan Barvík, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Matematika > Matematické modelování ve fyzice; Fyzika > Matematické a počítačové modelování ve fyzice, Fyzika povrchů a ionisovaných prostředí

Anotace

čeština

Přehled hlavních směrů počítačové fyziky. HW a SW základy počítačové fyziky. Počítačové modelování, počítačová grafika, zpracování obrazu, integrální transformace. Základní numerické metody. Základy matematické statistiky a počtu pravděpodobnosti.

Poslední úprava: T_FUUK (14.05.2009)

angličtina

Main directions of computational physics. Hardware and software basis of computational physics. Computer modelling, computer graphics, image processing, integral transforms. Basic numerical methods. Introduction to mathematical statistics and theory of probability.

Poslední úprava: T_FUUK (14.05.2009)

Cíl předmětu

čeština

Seznámit studenty se základními algoritmy numerické matematiky a jejich využitím v počítačové fyzice (viz. anotace a sylabus).

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (23.05.2014)

angličtina

Students will learn basic numerical algorithms (see annotation and syllabus).

Poslední úprava: T_FUUK (14.05.2009)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Podmínkou udělení zápočtu je aktivní účast alespoň na 70 % hodin.

V případě nesplnění je nutno vypracovat úlohy z látky, kde došlo k absencím.

Další podmínkou udělení zápočtu je vypracování zadaného projektu.

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (30.10.2019)

angličtina

The credit is awarded on condition of at least 70% attendance.

In case of non-fulfillment, it is necessary to elaborate and present tasks from topics where absences occurred.

Another condition is the elaboration of assigned project.

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (30.10.2019)

Metody výuky

čeština

Přednášky a praktická cvičení v počítačové laboratoří. Programování základních algoritmů (včetně jejich paralelizace), analýza a úpravy jednoduchých zdrojových kódů, základy práce se softwarovými balíky dostupnými v superpočítačovém MetaCentru. Nejsou potřeba žádné předběžné znalosti.

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (23.05.2014)

angličtina

Lectures and practical exercises in computer lab

Poslední úprava: T_FUUK (14.05.2009)

Sylabus

čeština

1. Přehled hlavních směrů počítačové fyziky.

2. Vývoj hardwarových prostředků pro náročné numerické výpočty (www.top500.org) a jejich dostupnost pro studenty MFF UK (http://metavo.metacentrum.cz/cs/).

3. Vybrané numerické metody: řešení soustav algebraických rovnic, obyčejných a parciálních diferenciálních rovnic, rychlá Fourierova transformace atd.

4. Metoda molekulární dynamiky - Verletův algoritmus pro numerické řešení pohybových rovnic, silová pole, termodynamické soubory - kontrola teploty a tlaku, periodické okrajové podmínky, dlouhodosahové síly, Ewaldova sumace. Softwarové balíky pro molekulárně dynamické (NAMD, AMBER, GROMACS) a "N-body" kosmologické (Gadget2) simulace.

5. Metoda Monte Carlo

6. Numerické řešení Schrodingerovy rovnice popisující jednoduché kvantové systémy, Hartreeho-Fockova a Carova-Parrinelliho metoda. Softwarové balíky Gaussian a CPMD.

7. Numerické řešení Navierových-Stokesových rovnic popisujících proudění tekutin, metody LB (Lattice-Boltzmann) a SPH (Smoothed-Particle Hydrodynamics). Softwarové balíky Fluent, openLBMflow a Blender.

8. Algoritmy pro fyzikálně korektní fotorealistické vykreslení 3D scény. Softwarový balík Blender.

9. Paralelizace vybraných algoritmů prostřednictvím OpenMP (počítače se sdílenou pamětí), MPI (klastry) a CUDA (grafické karty).

Poslední úprava: Barvík Ivan, RNDr., Ph.D. (23.05.2014)

angličtina

Basics of computational physics

Characterisation of computer technique

computer and microcomputer architecture, programming languages, operating systems, structural programming.

Main directions of computational physics

Computer modelling

Molecular dynamics method ? principle, difference equations, errors,

implementation of many body algorithms.

Introduction to the theory of probability

Monte Carlo method ? principle, generation of random numbers, transformation of random numbers, application of Monte Carlo method in physics.

Fluid modelling

Hybrid modelling ? principle, application in physical electronics.

Computer graphics and visualisation

basic algorithms, applications.

Image processing

low-level image processing, image analysis.

Integral transforms

fast Fourier transform and its application in physics.

Poslední úprava: T_FUUK (14.05.2009)