Úvod do programování v prostředí MATLAB, Octave a Scilab - NOFY085

• Anglický název: Introduction to Programming in Matlab, Octave and Scilab
• Zajišťuje: Kabinet výuky obecné fyziky (32-KVOF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: letní
• E-Kredity: 4
• Rozsah, examinace: letní s.:1/2, 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
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Stanislav Daniš, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Matematika pro fyziky

Anotace

čeština

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (26.01.2018)

Základní prvky programovacího prostředí MATLAB a přídavných modulů. Simulace vybraných fyzikálních a chemických procesů, zpracování experimentálních dat. Programování v prostředí MATLAB vysvětleno na příkladech lineární a nelineární regrese, konvoluce, dekonvoluce, Fourierovy transformace a numerického řešení obyčejných parciálních diferenciálních rovnic. Pro 3. až 5. ročník fyzikálních oborů.

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (26.01.2018)

Basic elements of MATLAB program workspace and supplemetary modules. Simulation of selected physical and chemical processes, experimental data processing. Programming in MATLAB is explained using examples of linear and non-linear regression, convolution, deconvolutin, Fourier transformation and numerical solution of partial ordinary differential equations. For 3rd to 5th grade of physics' branches.

Podmínky zakončení předmětu

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (26.01.2018)

Získání zápočtu je podmíněno úspěšným složením zápočtové písemky složené z příkladů z odpřednášené látky a odpovídající příkladům ze cvičení. Úspěšné zvládnutí písemky znamená vyřešení (N-1) příkladů z N, kde typicky N=4-6.

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (26.01.2018)

Zkouška sestává z ústní části a je podmíněna získáním zápočtu. Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, jaký byl odpřednášen.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (26.01.2018)

1. Úvod.

Základní koncepce prostředí MATLAB. Zápis programu, vnitřní a vnější funkce, workspace. Dostupné platformy, implementace. 

2. Příkazy vstupu a výstupu.

Přiřazovací příkaz, čtení ze souborů a z klávesnice, grafický vstup, vytváření menu. Výpis dat, zápis do souboru. Manipulace se soubory. 

3. Operace s maticemi.

Základní aritmetické operace s celými maticemi a s jejich jednotlivými prvky. Základní úlohy lineární algebry: výpočet stopy a determinantu matice, matice inverzní a transponovaná. Řešení soustavy lineárních rovnic. Husté a řídké matice. 

4. Operace s komplexními čísly.

Konjugované matice. Reálná a imaginární část komplexních čísel. 

5. Základní vnitřní a vnější funkce.

Lokální a globální proměnné. Základní matematické operace a funkce. Statistické a vyhledávací funkce. 

6. Příkazy cyklu a podmíněné příkazy.

Vnitřní příkazy cyklu, vektorové a maticové operace. Příkazy while a for. Logické operátory, příkazy if, elseif, else a break. 

7. Regrese.

Polynomická regresní funkce, splines. Lineární a nelineární metoda nejmenších čtverců s odhadem chyby určení jednotlivých parametrů. 

8. Numerická derivace a integrace.

Diferenciál a derivace. Integrace obdélníkovou metodou a pomocí lichoběžníkového pravidla. 

9. Grafické operace 2D a 3D grafické funkce.

Automatické a ruční škálování os. Rotace a stínování obrazu. 

10. Řešení obyčejných diferenciálních rovnic.

Metoda Runge-Kutta. Matematické kyvadlo, svázaná kyvadla. 

11. Fourierova transformace, konvoluce.

Diskrétní konvoluce a dekonvoluce. Dvojdimenzionální konvoluce, zpracování obrazu. Fourierova transformace, FFT, frekvenční analýza. 

12. Řešení parciálních diferenciálních rovnic.

Metoda sítí, explicitní a implicitní metoda řešení parciálních diferenciálních rovnic. Laplaceova (Poissonova) rovnice, rovnice vedení tepla, difúzní rovnice, vlnová rovnice. Kriteria stability řešení. 

13. Doplňkové moduly.

Překladače, zvýšení rychlosti výpočtu.

Ladění programů v prostředí MATLAB

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (26.01.2018)

1. Introduction.
Leading conception of MATLAB environment. Programming, built-in and external functions, wokspace. Actual platforms ans implementations.

2. Input/output commands.
Assignment command, reading from console and from files, graphic output, menu creation. Data output, writing to a file. File handling.

3. Operations with matrices.
Basic arithmetical operations with matrices and their elements. Fundamental tasks of linear algebra: trace, determinant, inverse and transpose of a matrix. Solution of a system of linear equations. Dense and sparse matrices.

4. Operation with complex numbers.
Conjugated matrices, real and imaginary part of complex numbers.

5. Basic built-in and external functions.
Local and global variables. Basic mathematical operations and functions. Statistical and query functions.

6. Cycle and condition commands.
Built-in commands of cycles, vector and matrix operations. Commands while and for, logical operators, commnads if, elseif, else and break.

7. Regression.
Polynomial regression function, splines. Linear and non-linear least-squares method with an estimate of several parameters error.

8. Numerical differentiation and integration.
Differencials and differentiation. Integration by means of rectagonal and trapezoidal rule.

9. Graphical operations, 2D and 3D functions.
Automatic and manual axes scaling. Graph rotation and hatching.

10. Ordinary differential equations solution.
Runge-Kutta method. Mathematic pendulum, bound penduli.

11. Fourier transformation, convolution.
Discrete convolution and deconvolution. Two-dimensional convolution, image processing. Fourier tranformation, FFT, frequency analysis.

12. Partial differential equations solution.
Net method, explicite and implicite method of partial differential equations solution. Laplace (Poisson) equation, equation of thermal conductivity, diffusion equation, wave equation. Solution stability criterions.

13. Supplemetary modules.
Compilers, increase of computation speed.

Debugging of MATLAB programs.