Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2017
Rechnergestützte Wissenschaften Bachelor  | ||||||
 Bachelor-Studium (Studienreglement 2016) | ||||||
| Obligatorische Fächer des Basisjahres | ||||||
| Basisprüfungsblock 1 Wird im Herbstsemester angeboten. | ||||||
| Basisprüfungsblock 2 | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
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| 401-0232-10L | Analysis II | O | 8 KP | 4V + 2U | D. A. Salamon | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die mehrdimensionale Differential- und Integralrechung. | |||||
| Lernziel | ||||||
| Inhalt | Differenzierbare Abbildungen, Maxima und Minima, der Satz ueber implizite Funktionen, mehrfache Integrale, Integration ueber Untermannigfaltigkeiten, die Saetze von Gauss und Stokes. | |||||
| Skript | Konrad Koenigsberger, Analysis II. Christian Blatter: Ingenieur-Analysis (Kapitel 4-6). | |||||
| 401-0302-10L | Komplexe Analysis | O | 4 KP | 3V + 1U | T. H. Willwacher | |
| Kurzbeschreibung | Grundlagen der Komplexen Analysis in Theorie und Anwendung, insbesondere globale Eigenschaften analytischer Funktionen. Einführung in die Integraltransformationen und Beschreibung einiger Anwendungen | |||||
| Lernziel | Erwerb von einigen grundlegenden Werkzeuge der komplexen Analysis. | |||||
| Inhalt | Beispiele analytischer Funktionen, Cauchyscher Integralsatz, Taylor- und Laurententwicklungen, Singularitäten analytischer Funktionen, Residuenkalkül. Fourierreihen und Fourier-Transformation, Laplace-Transformation. | |||||
| Literatur | M. Ablowitz, A. Fokas: "Complex variables: introduction and applications", Cambridge Text in Applied Mathematics, Cambridge University Press 1997 E. Kreyszig: "Advanced Engineering Analysis", Wiley 1999 J. Brown, R. Churchill: "Complex Analysis and Applications", McGraw-Hill 1995 J. Marsden, M. Hoffman: "Basic complex analysis", W. H. Freeman 1999 P. P. G. Dyke: "An Introduction to Laplace Transforms and Fourier Series", Springer 2004 Ch. Blatter: "Komplexe Analysis, Fourier- und Laplace-Transformation", Autographie A. Oppenheim, A. Willsky: "Signals & Systems", Prentice Hall 1997 M. Spiegel: "Laplace Transforms", Schaum's Outlines, Mc Graw Hill | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzungen: Analysis I und II | |||||
| 402-0040-00L | Physik I | O | 5 KP | 4V + 2U | Y. M. Acremann, D. Pescia | |
| Kurzbeschreibung | Teil A: Mechanik der Massenpunkte und Schwingungen (Resonanzphänomene, Schwingungen mit mehreren Freiheitsgraden, Uebergang zum schwingenden Kontinuum: die Wellengleichung, Mechanik im euklidischen Raum, Erhaltungssätze, Kepler-Problem), Rotationsbewegungen. Teil B: Elektrostatik von Metallen und Isolatoren, Magnetostatik, Induktionsgesetz, Maxwellgleichungen. | |||||
| Lernziel | Vermittlung der physikalischen Grundlagen von Mechanik, Schwingungsphänomenen, Wellen, Elektrostatik und Magnetostatik. | |||||
| Inhalt | Teil A: Mechanik der Massenpunkte und Schwingungen (Resonanzphänomene, Schwingungen mit mehreren Freiheitsgraden, Uebergang zum schwingenden Kontinuum: die Wellengleichung, Mechanik im euklidischen Raum, Erhaltungssätze, Kepler-Problem), Rotationsbewegungen. Teil B: Elektrostatik von Metallen und Isolatoren, Magnetostatik, Induktionsgesetz, Maxwellgleichungen. | |||||
| Skript | Die Mitschrift der Vorlesung wird online gestellt. | |||||
| Literatur | (Fakultativ): Teil A: W. Nolting, "Klassische Mechanik", Springer Verlag, Berlin, 2011. Teil B: W. Nolting, "Elektrodynamik", Springer Verlag, Berlin, 2011 | |||||
| 529-4000-00L | Chemie  | O | 4 KP | 3G | E. C. Meister | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die Chemie mit Aspekten aus der anorganischen, organischen und physikalischen Chemie. | |||||
| Lernziel | - Einfache Modelle der chemischen Bindung und der dreidimensionalen Struktur von Molekülen verstehen - Ausgewählte chemische Systeme anhand von Reaktionsgleichungen und Gleichgewichtsrechnungen beschreiben und quantitativ erfassen - Grundlegende Begriffe der chemischen Kinetik (z. B. Reaktionsordnung, Geschwindigkeitsgesetz und -konstante) verstehen und anwenden. | |||||
| Inhalt | Chemische Bindung (LCAO-MO) und molekulare Struktur (VSEPR), Reaktionen, Gleichgewicht, Elektrochemie, chemische Kinetik. | |||||
| Skript | Kopien der Vorlesungs-Präsentationen und weitere Unterlagen werden abgegeben. | |||||
| Literatur | C.E. Housecroft, E.C. Constable, Chemistry. An Introduction to Organic, Inorganic and Physical Chemistry, 4th ed., Pearson: Harlow 2010. C.E. Mortimer, U. Müller, Chemie, 11. Auflage, Thieme: Stuttgart 2014. | |||||
| 252-0002-00L | Datenstrukturen & Algorithmen | O | 7 KP | 4V + 2U | F. Friedrich Wicker | |
| Kurzbeschreibung | Es werden grundlegende Entwurfsmuster für Algorithmen (z.B. Induktion, divide-and-conquer, backtracking, dynamische Programmierung), klassische algorithmische Probleme (Suchen, Sortieren) und Datenstrukturen (Listen, Hashverfahren, Suchbäume) behandelt. Ausserdem enthält der Kurs eine Einführung in das parallele Programmieren. Das Programmiermodell von C++ wird vertieft behandelt. | |||||
| Lernziel | Verständnis des Entwurfs und der Analyse grundlegender Algorithmen und Datenstrukturen. Wissen um die Chancen, Probleme und Grenzen der parallelen und nebenläufigen Programmierung. Vertiefter Einblick in ein modernes Programmiermodell anhand der Prorgammiersprache C++. | |||||
| Inhalt | Es werden grundlegende Algorithmen und Datenstrukturen vorgestellt und analysiert. Dazu gehören auf der einen Seite Entwurfsmuster für Algorithmen, wie Induktion, divide-and-conquer, backtracking und dynamische Optimierung, ebenso wie klassische algorithmische Probleme, wie Suchen und Sortieren. Auf der anderen Seite werden Datenstrukturen für verschiedene Zwecke behandelt, darunter verkettete Listen, Hashtabellen, balancierte Suchbäume, verschiedene heaps und union-find-Strukturen. Das Zusammenspiel von Algorithmen und Datenstrukturen wird anhand von Geometrie- und Graphenproblemen illustriert. Im Teil über parallele Programmierung werden Konzepte der parallelen Architekturen besprochen (Multicore, Vektorisierung, Pipelining). Konzepte und Grundlagen der Parallelisierung werden behandelt (Gesetze von Amdahl und Gustavson, Task- und Datenparallelität, Scheduling). Probleme der Nebenläufigkeit werden diskutiert (Wettlaufsituationen, Speicherordnung). Prozesssynchronisation und -kommunikation in einem System mit geteiltem Speicher werden erklärt (Gegenseitiger Ausschluss, Semaphoren, Mutexe, Monitore). Fortschrittseigenschaften werden analysiert (Deadlock-Freiheit, Starvation-Freiheit, Lock-/Wait-Freiheit). Die erlernten Konzepte werden mit Beispielen zur nebenläufigen und parallelen Programmierung und mit Parallelen Algorithmen untermauert. Das Programmiermodell von C++ wird vertieft behandelt. Das RAII Prinzip (Resource Allocation is Initialization) wird erklärt, Exception Handling, Funktoren und Lambda Ausdrücke und die generische Programmierung mit Templates sind weitere Beispiele dieses Kapitels. Die Implementation von parallelen und nebenläufigen Algorithmen mit C++ ist auch Teil der Übungen (Threads, Tasks, Mutexes, Condition Variables, Promises und Futures). | |||||
| Literatur | Th. Ottmann, P. Widmayer: Algorithmen und Datenstrukturen, Spektrum-Verlag, 5. Auflage, Heidelberg, Berlin, Oxford, 2011 Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald Rivest, Clifford Stein: Algorithmen - Eine Einführung, Oldenbourg, 2010 Maurice Herlihy, Nir Shavit, The Art of Multiprocessor Programming, Elsevier, 2012. B. Stroustrup, The C++ Programming Language (4th Edition) Addison-Wesley, 2013. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzung: Vorlesung 252-0835-00L Informatik I 252-0835-00L oder äquivalente Kenntnisse in der Programmierung mit C++. | |||||
| Bachelor-Studium (Studienreglement 2012) | ||||||
| Grundlagenfächer | ||||||
| Block G1 Die Lehrveranstaltungen des Blocks G1 finden im Herbstsemester statt. | ||||||
| Block G2 Die Lehrveranstaltungen des Blocks G2 finden im Herbstsemester statt. | ||||||
| Block G3 227-0014-10L Betriebssysteme und Netzwerke ersetzt 227-0014-00L Technische Informatik II. | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 401-0674-00L | Numerical Methods for Partial Differential Equations Not meant for BSc/MSc students of mathematics. | O | 8 KP | 4V + 2U + 1A | S. Mishra | |
| Kurzbeschreibung | Derivation, properties, and implementation of fundamental numerical methods for a few key partial differential equations: Poisson equation, heat equation, transport equation, conservation laws. Implementation of the algorithms in C++ | |||||
| Lernziel | Main skills to be acquired in this course: * Ability to implement advanced numerical methods for the solution of partial differential equations efficiently * Ability to modify and adapt numerical algorithms guided by awareness of their mathematical foundations * Ability to select and assess numerical methods in light of the predictions of theory * Ability to identify features of a PDE (= partial differential equation) based model that are relevant for the selection and performance of a numerical algorithm * Ability to understand research publications on theoretical and practical aspects of numerical methods for partial differential equations. * Skills in the efficient implementation of numerical methods for PDEs. This course is neither a course on the mathematical foundations and numerical analysis of methods nor an course that merely teaches recipes and how to apply software packages. | |||||
| Inhalt | 1. General introduction to PDEs and their solutions. 2. 1-D Poisson equation -- Green's function, maximum principles, finite difference schemes. 3. Finite elements for the Poisson equation -- Variational formulation, basic finite element formulation with piecewise linear elements, error analysis, different boundary conditions. Efficient implementation of the finite element method. FEM for general elliptic PDEs, Higher-order finite elements. 4. Parabolic PDEs: exact solution formulas for the heat equation, energy method, maximum principles, Finite difference schemes for the heat equation with explicit, implicit and Crank-Nicolson schemes, error analysis. 5. Linear Transport equations -- method of characteristics, central and upwind finite difference schemes. 6. Scalar conservation laws -- Shocks, rarefactions, solutions to the Riemann problem, weak solutions, entropy conditions, Godunov type schemes, high-resolution schemes. | |||||
| Skript | Hand-written notes and script will be made available. | |||||
| Literatur | Lecture notes and references mentioned in the lecture notes. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Mastery of basic calculus and linear algebra is taken for granted. Familiarity with fundamental numerical methods (solution methods for linear systems of equations, interpolation, approximation, numerical quadrature, numerical integration of ODEs) is essential. Important: Coding skills in MATLAB and C++ are essential. Homework asssignments involve substantial coding in C++. | |||||
| 529-0431-00L | Physikalische Chemie III: Molekulare Quantenmechanik | O | 4 KP | 4G | B. H. Meier, M. Ernst | |
| Kurzbeschreibung | Postulate der Quantenmechanik, Operatorenalgebra, Schrödingergleichung, Zustandsfunktionen und Erwartungswerte, Matrixdarstellung von Operatoren, das Teilchen im Kasten, Tunnelprozess, harmonische Oszillator, molekulare Schwingungen, Drehimpuls und Spin, verallgemeinertes Pauli Prinzip, Störungstheorie, Variationsprinzip, elektronische Struktur von Atomen und Molekülen, Born-Oppenheimer Näherung. | |||||
| Lernziel | Es handelt sich um eine erste Grundvorlesung in Quantenmechanik. Die Vorlesung beginnt mit einem Überblick über die grundlegenden Konzepte der Quantenmechanik und führt den mathematischen Formalismus ein. Im Folgenden werden die Postulate und Theoreme der Quantenmechanik im Kontext der experimentellen und rechnerischen Ermittlung von physikalischen Grössen diskutiert. Die Vorlesung vermittelt die notwendigen Werkzeuge für das Verständnis der elementaren Quantenphänomene in Atomen und Molekülen. | |||||
| Inhalt | Postulate und Theoreme der Quantenmechanik: Operatorenalgebra, Schrödingergleichung, Zustandsfunktionen und Erwartungswerte. Lineare Bewegungen: Das freie Teilchen, das Teilchen im Kasten, quantenmechanisches Tunneln, der harmonische Oszillator und molekulare Schwingungen. Drehimpulse: Spin- und Bahnbewegungen, molekulare Rotationen. Elektronische Struktur von Atomen und Molekülen: Pauli-Prinzip, Drehimpulskopplung, Born-Oppenheimer Näherung. Grundlagen der Variations- und Störungtheorie. Behandlung grösserer Systeme (Festkörper, Nanostrukturen). | |||||
| Skript | Ein Vorlesungsskript in Deutsch wird abgegeben. Das Skipt ersetzt allerdings persönliche Notizen NICHT und deckt nicht alle Aspekte der Vorlesung ab. | |||||
| 227-0014-10L | Betriebssysteme & Netzwerke Nur für Rechnergestützte Wissenschaften BSc. | O | 4 KP | 2V + 2U | R. Wattenhofer | |
| Kurzbeschreibung | Wir behandeln die wichtigsten Komponenten von Betriebssystemen. Netzwerke: IP, Routing, Transport, Flüsse, Anwendungen, Sockets, Link/Physical, Markov-Ketten, PageRank, Sicherheit. Speicher: Hierarchie, Dateisysteme, Caching, Hashing, Datenbanken. Rechnen: Virtualisierung, Prozesse, Threads, Concurrency, Scheduling, Locking, Synchronisation, gegenseitigen Ausschluss, Deadlocks, Konsistenz. | |||||
| Lernziel | siehe oben | |||||
| Inhalt | Computer gibt es in verschiedenen Grössen: Von Servern über Laptops, Tablets, Smartphones, Smartwatches, bis hin zu winzigen Microcontrollern in einer Waschmaschine. Menschen kaufen vor allem aus drei Gründen einen Computer: (i) Internetzugang, (ii) Datenspeicherung, und (iii) Berechnungen. Während der Internetzugang nicht zu ersetzen ist, werden Speicher- und Rechenmöglichkeiten immer mehr auf dedizierte Server (die "Cloud") ausgelagert. In dieser Vorlesung besprechen wir wie Computer Netzwerkzugang, Speicher und Berechnungen mittels eines Betriebssystems ermöglichen. Wir beginnen mit Netzwerken und besprechen das Internet-Protokoll, Adressierung, Routing, die Transportschicht, Flüsse, einige repräsentative Protokolle der Anwendungsschicht, und wie man diese mit Sockets implementiert. Ausserdem diskutieren wir die tieferen Schichten, Markov-Ketten und PageRank, sowie ausgewählte Themen der Sicherheit. Bezüglich Speicher sprechen wir über die Speicherhierarchie, Dateisysteme, Caching, effiziente Datenstrukturen wie Hashing und Datenbanken. Beim Rechnen behandeln wir die Virtualisierung der Prozessoren mit Prozessen und Threads. Wir konzentrieren uns auf Concurrency und untersuchen Scheduling, Locking, Synchronisation, gegenseitigen Ausschluss, Deadlocks und Konsistenz. Die Vorlesung wird verschiedene Lehrparadigmen benutzen. Hauptsächlich diskutieren wir an der Tafel, unterstützt durch ein Skript. Gegebenenfalls verwenden wir auch Slides oder machen Demos. Einige wenige Vorlesungsstunden werden als "Flipped Classroom" durchgeführt. Es werden jede Woche schriftliche Übungen angeboten. Man lernt Teile der Vorlesung am besten vor einem tatsächlichen Computer. Zusätzlich zur Vorlesung bieten wir deshalb spannende praktische Übungen als Fachpraktikum an. | |||||
| Skript | Vorhanden, in Englischer Sprache | |||||
| Block G4 Studierende, die aus einem anderen ETH-Studiengang in das zweite Studienjahr des Bachelor-Studiengangs RW übergetreten sind und deren Basisprüfung das Fach "Physik I" nicht umfasst, müssen im Prüfungsblock G4 anstelle von "Physik II" (402-0034-10L) den Jahreskurs "Physik I und II" (402-0043-00L und 402-0044-00L) aus dem Bachelor-Studiengang Chemie belegen und die entsprechende Prüfung ablegen. | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 402-0034-10L | Physik II | W | 4 KP | 2V + 2U | W. Wegscheider | |
| Kurzbeschreibung | Zweisemestrige Einfuehrung in die Grundlagen und Denkweise der Physik: Elektrizitaet und Magnetismus, Licht, Wellen, Quantenphysik, Festkoerperphysik, Halbleiter. Vertiefung in ausgewaehlte Themen der modernen Physik von grosser technologischer oder industrieller Bedeutung. | |||||
| Lernziel | Foerderung des wissenschaftlichen Denkens. Verstaendnis der physikalischen Konzepte und Phaenomene, welche der modernen Technik zugrunde liegen. Ueberblick ueber die Themen der klassischen und modernen Physik. | |||||
| Inhalt | Einfuehrung in die Quantenphysik, Absorption und Emission, Festkoerper, Halbleiter. | |||||
| Skript | Notizen zum Unterricht werden verteilt. | |||||
| Literatur | Paul A. Tipler, Gene Mosca, Michael Basler und Renate Dohmen Physik: für Wissenschaftler und Ingenieure Spektrum Akademischer Verlag, 2009, 1636 Seiten, ca. 80 Euro. Paul A. Tipler, Ralph A. Llewellyn Moderne Physik Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2009, 982 Seiten, ca. 75 Euro. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Testatbedingung: Keine | |||||
| 402-0044-00L | Physik II | W | 4 KP | 3V + 1U | T. Esslinger | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die Denk- und Arbeitsweise in der Physik unter Zuhilfenahme von Demonstrationsexperimenten: Elektrizität und Magnetismus, Licht, Einführung in die Moderne Physik. | |||||
| Lernziel | Vermittlung der physikalischen Denk- und Arbeitsweise und Einführung in die Methoden in einer experimentellen Wissenschaft. Der Studenten/in soll lernen physikalische Fragestellungen im eigenen Wissenschaftsbereich zu identifizieren, zu kommunizieren und zu lösen. | |||||
| Inhalt | Elektrizität und Magnetismus (elektrischer Strom, Magnetfelder, magnetische Induktion, Magnetismus der Materie, Maxwellsche Gleichungen) Optik (Licht, geometrische Optik, Interferenz und Beugung) Kurze Einführung in die Quantenphysik | |||||
| Skript | Die Vorlesung richtet sich nach dem Lehrbuch "Physik" von Paul A. Tipler | |||||
| Literatur | Paul A. Tipler and Gene Mosca Physik Springer Spektrum Verlag | |||||
| 151-0122-00L | Fluiddynamik für CSE | O | 5 KP | 3V + 1U | T. Rösgen | |
| Kurzbeschreibung | Es wird eine Einführung in die physikalischen und mathematischen Grundlagen der Fluiddynamik geboten. Themengebiete sind u.a. Dimensionsanalyse, integrale und differentielle Erhaltungsgleichungen, reibungsfreie und -behaftete Strömungen, Navier-Stokes Gleichungen, Grenzschichten, turbulente Rohrströmung. Elementare Lösungen und Beipiele werden päsentiert. | |||||
| Lernziel | Einführung in die physikalischen und mathematischen Grundlagen der Fluiddynamik. Vertrautmachen mit den Grundbegriffen, Anwendungen auf einfache Probleme. | |||||
| Inhalt | Phänomene, Anwendungen, Grundfragen Dimensionsanalyse und Ähnlichkeit; Kinematische Beschreibung; Erhaltungssätze (Masse, Impuls, Energie), integrale und differentielle Formulierungen; Reibungsfreie Strömungen: Euler-Gleichungen, Stromfadentheorie, Satz von Bernoulli; Reibungsbehaftete Strömungen: Navier-Stokes-Gleichungen; Grenzschichten; Turbulenz | |||||
| Skript | Eine erweiterte Formelsammlung zur Vorlesung wird elektronisch zur Verfügung gestellt. | |||||
| Literatur | Empfohlenes Buch: Fluid Mechanics, Kundu & Cohen & Dowling, 6th ed., Academic Press / Elsevier (2015) | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Leistungskontrolle: Sessionsprüfung Erlaubte Hilfsmittel: Lehrbuch (freie Auswahl, keine Aufgabensammlung), Formelsammlung IFD, 8 Seiten (=4 Blätter) eigene Notizen, Taschenrechner; Schriftlich; Dauer 1.5 Stunden Voraussetzungen: Physik, Analysis | |||||
| 529-0483-00L | Statistische Physik und Computer Simulation | O | 4 KP | 2V + 1U | M. Reiher | |
| Kurzbeschreibung | Die statistische Mechanik verbindet die detaillierte Beschreibung der mikroskopischen Viel-Teilchen-Dynamik mit der phänomenologischen, gemittelten Beschreibung des makroskopischen Benehmens eines Systems. Sie wird mittels Computersimulationen dargelegt. Prinzipien und Anwendungen der statistischen Mechanik und Gleichgewichts-Molekulardynamik; Monte-Carlo-Verfahren. | |||||
| Lernziel | Einführung in die statistische Mechanik mit Hilfe von Computersimulationen, erwerben der Fertigkeit Computersimulationen durchzuführen und die Resultate zu interpretieren. | |||||
| Inhalt | Die statistische Mechanik verbindet die detaillierte Beschreibung der mikroskopischen Viel-Teilchen-Dynamik mit der phänomenologischen, gemittelten Beschreibung des makroskopischen Benehmens eines Systems. Die statistisceh Mechanik wird mit Hilfe von Computersimulationen dargelegt. Prinzipien und Anwendungen der statistischen Mechanik und Gleichgewichts-Molekulardynamik; Monte-Carlo-Verfahren; Prinzipien und Anwendungen der stochastischen Dynamik; Einführung und Anwendungne der Nichtgleichgewichts-Molekulardynamik. | |||||
| Literatur | wird in der Vorlesung bekannt gegeben | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Da die Uebungen am Computer wesentlich andere Faehigkeiten vermitteln und pruefen als die Vorlesung und muendliche Pruefung, werden am Ende der Veranstaltung Ergebnisse einer kleinen Programmierarbeit von je zwei TeilnehmerInnen in einer 10 minuetigen Praesentation vorgestellt. Zusätzliche Informationen werden bei Veranstaltungsbeginn bekannt gegeben. | |||||
| Kernfächer | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 151-0116-00L | High Performance Computing for Science and Engineering (HPCSE) for CSE | O | 7 KP | 4G + 2P | P. Chatzidoukas, K. Papadimitriou | |
| Kurzbeschreibung | This course focuses on programming methods and tools for parallel computing on multi and many-core architectures. Emphasis will be placed on practical and computational aspects of Uncertainty Quantification and Propagation including the implementation of relevant algorithms on HPC architectures. | |||||
| Lernziel | The course will teach - programming models and tools for multi and many-core architectures - fundamental concepts of Uncertainty Quantification and Propagation (UQ+P) for computational models of systems in Engineering and Life Sciences. | |||||
| Inhalt | High Performance Computing: - Advanced topics in shared-memory programming - Advanced topics in MPI - GPU architectures and CUDA programming Uncertainty Quantification: - Uncertainty quantification under parametric and non-parametric modeling uncertainty - Bayesian inference with model class assessment - Markov Chain Monte Carlo simulation | |||||
| Skript | http://www.cse-lab.ethz.ch/index.php/teaching/42-teaching/classes/704-hpcse2 Class notes, handouts | |||||
| Literatur | - Class notes - Introduction to High Performance Computing for Scientists and Engineers, G. Hager and G. Wellein - CUDA by example, J. Sanders and E. Kandrot - Data Analysis: A Bayesian Tutorial, Devinderjit Sivia | |||||
| 252-0232-00L | Software Design | O | 6 KP | 2V + 1U | D. Gruntz | |
| Kurzbeschreibung | Im Kurs Software Design werden häufig verwendete Entwurfsmuster der objektorientierten Programmierung und des objektorientierten Designs vorgestellt und diskutiert. Die behandelten Muster werden mit Beispielen aus den Java Bibliotheken illustriert und in einem Projekt angewendet. | |||||
| Lernziel | Die Studierenden - kennen die Grundprinzipien der objektorientierten Programmierung und können diese anwenden. - kennen die wichtigsten objektorientierten Entwurfsmuster. - können diese anwenden um Designprobleme zu lösen. - erkennen in einem gegebenen Design die Verwendung von Entwurfsmustern. | |||||
| Inhalt | In der Vorlesung wird in die objektorientierte Programmierung eingeführt. Als Programmiersprache wird Java verwendet. Der Fokus liegt jedoch auf dem objektorientierten Design, d.h. auf Entwurfsmustern. Entwurfsmuster sind Lösungen für wiederkehrende Designprobleme. Die behandelten Muster werden mit Beispielen aus den Java Bibliotheken illustriert und in einem Projekt angewendet. | |||||
| Skript | kein Skript | |||||
| Literatur | - Gamma, Helm, Johnson, Vlissides; Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software; Addison-Wesley; 0-2016-3361-2 - Freeman, Freeman, Sierra; Head First Design Patterns, Head First Design Patterns; O'Reilly; 978-0596007126 | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Die Vorlesung Software Design ist für Studenten aus dem Studiengang Rechnergestützte Wissenschaften konzipiert, ist aber (sofern es die Studentenzahlen erlauben) auch für Studierende anderer Departemente offen. Es wird vorausgesetzt, dass die Studierenden im Grundstudium eine Informatikvorlesung besucht haben, in welcher das (strukturierte) Programmieren (z.B. mit C, C++ oder Fortran) eingeführt wurde. | |||||
| Vertiefungsgebiete | ||||||
| Astrophysik | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 402-0394-00L | Theoretical Astrophysics and Cosmology | W | 10 KP | 4V + 2U | L. M. Mayer, A. Refregier | |
| Kurzbeschreibung | This is the second of a two course series which starts with "General Relativity" and continues in the spring with "Theoretical Astrophysics and Cosmology", where the focus will be on applying general relativity to cosmology as well as developing the modern theory of structure formation in a cold dark matter Universe. | |||||
| Lernziel | ||||||
| Inhalt | The course will cover the following topics: - Homogeneous cosmology - Thermal history of the universe, recombination, baryogenesis and nucleosynthesis - Dark matter and Dark Energy - Inflation - Perturbation theory: Relativistic and Newtonian - Model of structure formation and initial conditions from Inflation - Cosmic microwave background anisotropies - Spherical collapse and galaxy formation - Large scale structure and cosmological probes | |||||
| Literatur | Suggested textbooks: H.Mo, F. Van den Bosch, S. White: Galaxy Formation and Evolution S. Carroll: Space-Time and Geometry: An Introduction to General Relativity S. Dodelson: Modern Cosmology Secondary textbooks: S. Weinberg: Gravitation and Cosmology V. Mukhanov: Physical Foundations of Cosmology E. W. Kolb and M. S. Turner: The Early Universe N. Straumann: General relativity with applications to astrophysics A. Liddle and D. Lyth: Cosmological Inflation and Large Scale Structure | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Knowledge of General Relativity is recommended. | |||||
| Atmosphärenphysik | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 701-1216-00L | Numerical Modelling of Weather and Climate | W | 4 KP | 3G | U. Lohmann, L. Schlemmer | |
| Kurzbeschreibung | The guiding principle of this lecture is that students can understand how weather and climate models are formulated from the governing physical principles and how they are used for climate and weather prediction purposes. | |||||
| Lernziel | The guiding principle of this lecture is that students can understand how weather and climate models are formulated from the governing physical principles and how they are used for climate and weather prediction purposes. | |||||
| Inhalt | The course provides an introduction into the following themes: numerical methods (finite differences and spectral methods); adiabatic formulation of atmospheric models (vertical coordinates, hydrostatic approximation); parameterization of physical processes (e.g. clouds, convection, boundary layer, radiation); atmospheric data assimilation and weather prediction; predictability (chaos-theory, ensemble methods); climate models (coupled atmospheric, oceanic and biogeochemical models); climate prediction. Hands-on experience with simple models will be acquired in the tutorials. | |||||
| Skript | Slides and lecture notes will be made available at Link | |||||
| Literatur | List of literature will be provided. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Prerequisites: to follow this course, you need some basic background in atmospheric science, numerical methods (e.g., "Numerische Methoden in der Umweltphysik", 701-0461-00L) as well as experience in programming | |||||
| Chemie | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 529-0474-00L | Quantenchemie | W | 6 KP | 3G | M. Reiher | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in Konzepte der Elektronenstruktur-Theorie und in die Methoden der numerischen Quantenchemie; begleitende Übungen mit Papier und Bleistift, sowie Anleitungen zu praktischen Berechnungen mit Quantenchemie-Programmen am Computer. | |||||
| Lernziel | Chemie kann inzwischen vollständig am Computer betrieben werden, eine intellektuelle Leistung, für die 1998 der Nobelpreis an Pople und Kohn verliehen wurde. Diese Vorlesung zeigt, wie das geht. Erarbeitet wird dabei die Vielteilchen-Quantentheorie von Mehrelektronensystemen (Atome und Molekuele) und ihre Implementierung in Computerprogramme. Es soll ein vollständiges Bild der Quantenchemie vermittelt werden, das alles Rüstzeug zur Verfügung stellt, um selbst solche Berechnungen durchführen zu können (sei es begleitend zum Experiment oder als Start in eine Vertiefung dieser Theorie). | |||||
| Inhalt | Grundlegende Konzepte der Vielteilchen-Quantenmechanik. Entwicklung der Mehrelektronentheorie für Atome und Molekuele; beginnend bei der harmonischen Naeherung für das Kern-Problem und bei der Hartree-Fock-Theorie für das elektronische Problem über Moeller-Plesset-Stroerungstheorie und Konfigurationswechselwirkung zu Coupled-Cluster und Multikonfigurationsverfahren. Dichtefunktionaltheorie. Verwendung quantenchemischer Software und Problemlösungen mit dem Computer. | |||||
| Skript | Ein Skript zu allen Vorlesungsstunden wird zur Verfügung gestellt (das Skript wird ab dem FS 2014 in vollständig überarbeiteter Form vorliegen und die aufgearbeitete Theorie wird durch praktische Beispiele kontinuierlich begleitet). | |||||
| Literatur | Lehrbücher: F.L. Pilar, Elementary Quantum Chemistry, Dover Publications I.N. Levine, Quantum Chemistry, Prentice Hall Hartree-Fock in Basisdarstellung: A. Szabo and N. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, McGraw-Hill Bücher zur Computerchemie: F. Jensen, Introduction to Computational Chemistry, John Wiley & Sons C.J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry, John Wiley & Sons | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Voraussetzungen:einführende Vorlesung in Quantenmechanik (z.B. Physikalische Chemie III: Quantenmechanik) | |||||
| Fluiddynamik | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 151-0208-00L | Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik | W | 4 KP | 2V + 2U | P. Jenny | |
| Kurzbeschreibung | Es werden numerische Methoden für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik dargestellt und an einfachen Beispielen auf dem Rechner geübt. Inhalt: Problemlösungsprozess, physikalische und mathematische Modelle, Grundgleichungen, Diskretisierungsverfahren, numerische Lösung der Advektionsgleichung, Diffusionsgleichung und Poisson-Gleichung, turbulente Strömungen. | |||||
| Lernziel | Kenntnisse und praktische Erfahrungen mit der Anwendung der wichtigsten Diskretisierungs- und Lösungsverfahren für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik und der Energie- und Verfahrenstechnik | |||||
| Inhalt | Aufbauend auf den Lehrveranstaltungen über Fluiddynamik, Thermodynamik, Computational Methods for Engineering Application I (empfehlenswertes Wahlfach, 4. Semester) und Informatik (Programmieren) werden numerische Methoden für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik dargestellt und an einfachen Beispielen geübt. 1. Einleitung Uebersicht, Anwendungen Problemlösungsprozess, Fehler 2. Rekapitulation der Grundgleichungen Formulierung, Anfangs- und Randbedingungen 3. Numerische Diskretisierungsverfahren Finite-Differenzen- und Finite-Volumen-Verfahren Grundbegriffe: Konsistenz, Stabilität, Konvergenz 4. Lösung der grundlegenden Gleichungstypen Wärmeleitungs/Diffusionsgleichung (parabolisch) Poisson-Gleichung (elliptisch) Advektionsgleichung/Wellengleichung (hyperbolisch) und Advektions-Diffusions-Gleichung 5. Berechnung inkompressibler Strömungen 6. Berechnung turbulenter Strömungen | |||||
| Skript | Ein Skript steht zur Verfügung | |||||
| Literatur | wird zu Beginn der Vorlesung mitgeteilt | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Uebungen: Es werden theoretische und praktische (Programmier-)Aufgaben mit Anwendungen aus Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik gestellt. Eine aktive Teilnahme ist unerlässlich. Grundkenntnisse in Matlab sind von Vorteil. | |||||
| Systems and Control | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 227-0216-00L | Control Systems II | W | 6 KP | 4G | R. Smith | |
| Kurzbeschreibung | Introduction to basic and advanced concepts of modern feedback control. | |||||
| Lernziel | Introduction to basic and advanced concepts of modern feedback control. | |||||
| Inhalt | This course is designed as a direct continuation of the course "Regelsysteme" (Control Systems). The primary goal is to further familiarize students with various dynamic phenomena and their implications for the analysis and design of feedback controllers. Simplifying assumptions on the underlying plant that were made in the course "Regelsysteme" are relaxed, and advanced concepts and techniques that allow the treatment of typical industrial control problems are presented. Topics include control of systems with multiple inputs and outputs, control of uncertain systems (robustness issues), limits of achievable performance, and controller implementation issues. | |||||
| Skript | The slides of the lecture are available to download. | |||||
| Literatur | Skogestad, Postlethwaite: Multivariable Feedback Control - Analysis and Design. Second Edition. John Wiley, 2005. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Prerequisites: Control Systems or equivalent | |||||
| 227-0046-10L | Signal- und Systemtheorie II | W | 4 KP | 2V + 2U | J. Lygeros | |
| Kurzbeschreibung | Zeitkontinuierliche und zeitdiskrete lineare Systemtheorie, Zustandsraummethoden, Frequenzbereichmethoden, Steuerbarkeit, Beobachtbarkeit, Stabilität. | |||||
| Lernziel | Einführung in die Grundkonzepte der Systemtheorie | |||||
| Inhalt | Modellierung und Typenbezeichnung von dynamischen Systemen. Modellierung von linearen, zeitinvarianten Systemen durch Zustandsgleichungen. Lösung von Zustandsgleichungen durch Zeitbereich- und Laplacebereichmethoden. Stabilitäts-, Steuerbarkeits- und Beobachtbarkeitsanalyse. Beschreibung im Frequenzbereich, Bode- und Nyquistdiagramm. Abgetastete und zeitdiskrete Systeme. Weiterführende Themen: Nichtlineare Systeme, Chaos, Diskrete Ereignissysteme, Hybride Systeme. | |||||
| Skript | Kopie der Folien | |||||
| Literatur | Empfohlen: K.J. Astrom and R. Murray, "Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers", Princeton University Press 2009 http://www.cds.caltech.edu/~murray/amwiki/ | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | DIE VORLESUNG WIRD AUF ENGLISCH GEHALTEN. | |||||
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