Закреплена за кафедрой | Кафедра теоретической кибернетики и прикладной математики |
---|---|
Направление подготовки | 02.03.01. Математика и компьютерные науки |
Профиль | Математические основы компьютерных наук |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 5 ЗЕТ |
Учебный план | 02_03_01_МиКН-1-2019 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 3 (5) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 18 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 34 | 34 | 34 | 34 |
Лабораторные | 18 | 18 | 18 | 18 |
Практические | 18 | 18 | 18 | 18 |
Сам. работа | 83 | 83 | 83 | 83 |
Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
Итого | 180 | 180 | 180 | 180 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра теоретической кибернетики и прикладной математики
Протокол от 05.07.2019 г. № 10
Заведующий кафедрой профессор, к.т.н. Хворова Л.А.
1.1. | Изучение основных приемов и методик разработки численных алгоритмов и применение на практике методов решения на ЭВМ различных математических задач, возникающих как в теории, так и в приложениях к физике, механике, химии,биологии, экономики, социологии и т.д. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01 |
УК-1 | Способен осуществлять поиск, критический анализ и синтез информации, применять системный подход для решения поставленных задач |
ОПК-1 | Способен консультировать и использовать фундаментальные знания в области математического анализа, комплексного и функционального анализа алгебры, аналитической геометрии, дифференциальной геометрии и топологии, дифференциальных уравнений, дискретной математики и математической логики, теории вероятностей, математической статистики и случайных процессов, численных методов, теоретической механики в профессиональной деятельности |
ПК-1 | Способен демонстрировать базовые знания математических и естественных наук, основ программирования и информационных технологий |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | Основные численные методы и алгоритмы решения математических задач из разделов – теория аппроксимации, численное интегрирование, линейная алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения, уравнения математической физики, иметь представление о существующих пакетах прикладных программ для решения соответствующих задач. |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | применять численные методы и алгоритмы, реализовывать эти алгоритмы на языке программирования высокого уровня. |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | методологией разработки численных методов для задач из указанных разделов. |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Методы минимизации функций | ||||||
1.1. | Методы минимизация функции одной переменной. Метод деления отрезка пополам. Метод дихотомии. Метод золотого сечения. Методы покрытий. | Лекции | 5 | 2 | Л2.1, Л1.1 | |
1.2. | Выпуклые функции одной переменной. Теорема о неравенствах. (Т1) Теорема о свойствах выпуклой функции. (Т2)Теорема об унимодальности выпуклой функции (Т3). Метод касательных. Методы поиска глобального минимума. Теорема о сходимости. | Лекции | 5 | 2 | Л2.1, Л1.1 | |
1.3. | Метод разделения переменных. Разностная задача на собственные значения. Метод быстрого преобразования Фурье. Применения метода быстрого преобразования Фурье для решения разностного уравнения Пуассона. | Лекции | 5 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
1.4. | Элементы выпуклого анализа. Теоремы о свойствах выпуклой функции многих переменных (Т1). Сильно выпуклые функции. Теорема о свойствах сильно выпуклой функции (Т6) Неравенство для Липшицевой функции (Л1). | Лекции | 5 | 2 | Л2.1, Л1.1 | |
1.5. | Методы минимизации функции многих переменных. Градиентный метод. Метод сопряженных градиентов. Минимизация квадратичного функционала. Теорема о свойствах метода сопряженных градиентов . Метод штрафных функций. | Лекции | 5 | 2 | Л2.1, Л1.1 | |
1.6. | Метод Ньютона решения нелинейных уравнений и систем. Метод покоординатного спуска. Метод проекции градиентов. Метод внешних штрафных функций. | Лекции | 5 | 2 | Л2.1, Л1.1 | |
1.7. | Минимизирующие последовательности. Выпуклые множества и выпуклые функции. | Практические | 5 | 4 | Л1.1 | |
1.8. | Проекция точки на множество. Градиентные методы. | Практические | 5 | 2 | Л1.1 | |
1.9. | Минимизация одномерной функции (без производных) | Лабораторные | 5 | 4 | Л3.1 | |
1.10. | Минимизация одномерной функции (с производными) | Лабораторные | 5 | 2 | Л3.1 | |
1.11. | Минимизация многомерной функции | Лабораторные | 5 | 4 | Л3.1 | |
1.12. | Разбор лекций, решение задач, выполнение домашних заданий. | Сам. работа | 5 | 40 | Л1.2 | |
Раздел 2. Методы решения краевых задач | ||||||
2.1. | Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для решения основных задач математической физики. Методы построения разностных схем. Основные понятия теории разностных схем. Сетка, сеточные функции. Конечно-разностные аппроксимации производных. Шаблон. | Лекции | 5 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
2.2. | Аппроксимация, устойчивость, сходимость. Теорема об эквивалентности. Корректность схемы. Регулярность схемы. Линейная разностная схема. Методы исследования устойчивости разностных схем. Необходимое условие устойчивости по начальным данным. Достаточное условие устойчивости. | Лекции | 5 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
2.3. | Разностные схемы для одномерного уравнения теплопроводности с постоянными коэффициентами. Явная схема. Метод гармоник исследования устойчивости. Условная и абсолютная устойчивость. Неявная схема. Однопараметрическое семейство разностных схем для уравнения теплопроводности. Схема с весами и ее исследование. | Лекции | 5 | 4 | Л1.2, Л2.1 | |
2.4. | Разностные схемы для волнового уравнения. Схема «крест». Аппроксимация и устойчивость схемы «крест». Однопараметрическое семейство разностных схем для волнового уравнения. Схема с весами для волнового уравнения. Исследование свойств схемы с весами. Метод прямых для волнового уравнения. | Лекции | 5 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
2.5. | Разностная схема решения задачи Дирихле для уравнения Пуассона. Реализация. Метод последовательных приближений. Аппроксимация и устойчивость схемы для уравнения Пуассона. | Лекции | 5 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
2.6. | Двухслойные операторно-разностные схемы. Канонический вид двухслойных разностных схем. Устойчивость по начальным данным и правой части. Равномерная устойчивость по начальным данным. Теорема об устойчивости по правой части. | Лекции | 5 | 4 | Л1.2, Л2.1 | |
2.7. | Прямые и итерационные методы решения сеточных уравнений. Методы решения сеточных уравнений для эллиптических задач. Методы Якоби, Зейделя, верхней релаксации на примере задачи Дирихле для уравнения Пуассона. Попеременно-треугольный метод. Применение для решения разностной задачи для уравнения Пуассона в прямоугольнике. | Лекции | 5 | 4 | Л1.2, Л2.1 | |
2.8. | Итерационные методы вариационного типа. Метод минимальных невязок. Метод минимальных поправок. Метод скорейшего спуска. | Лекции | 5 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
2.9. | Решение однородных и неоднородных разностных уравнений. | Практические | 5 | 8 | Л1.2, Л1.1 | |
2.10. | Аппроксимация и устойчивость разностных схем. | Практические | 5 | 4 | Л1.2, Л1.1 | |
2.11. | Разбор лекций, решение задач, выполнение домашних заданий. | Сам. работа | 5 | 43 | Л1.1 | |
2.12. | Численное решение начально-краевой задачи для уравнения теплопроводности. | Лабораторные | 5 | 4 | Л3.1 | |
2.13. | Численное решение начально-краевой задачи для волнового уравнения. | Лабораторные | 5 | 4 | Л3.1 | |
2.14. | Экзамен | 5 | 27 | Л1.2 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
СМ. ПРИЛОЖЕНИЕ |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
СМ. ПРИЛОЖЕНИЕ |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
СМ. ПРИЛОЖЕНИЕ |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | Кузиков С.С. | Элементы методов вычислительной математики : учебное пособие | Изд-во АлтГУ, 2013 | elibrary.asu.ru |
Л1.2 | Кузиков С.С., Хворова Л.А. | Введение в численные методы: учеб. пособие | Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2008 | |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Самарский А.А. | Введение в численные методы: учеб. пособие для вузов | СПб.: Лань, 2009 | |
6.1.3. Дополнительные источники | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л3.1 | Журавлева В.В., Кузиков С.С. | Лабораторный практикум по численным методам: учебно-методическое пособие | АлтГУ, 2015 | elibrary.asu.ru |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Сайт библиотеки АлтГУ: www.lib.asu.ru; | |||
Э2 | электронно-библиотечная система издательства «Лань»: www.e.lanbook.com; | |||
Э3 | электронно-библиотечная система "Университетская библиотека online": www.biblioclub.ru; | |||
Э4 | свободная энциклопедия «Википедия»: http://ru.wikipedia.org | |||
Э5 | Курс в системе Moodle "Численные методы" | portal.edu.asu.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
Программное обеспечение для проведения лабораторных работ: Microsoft office Excel, Microsoft office Word, Adobe Reader. Scilab, Visual Studio. Microsoft Windows 7-Zip | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
Сайт библиотеки АлтГУ: www.lib.asu.ru Электронная база данных ZBMATH: https://zbmath.org/ |
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
320Л | медиатека, читальный зал – помещение для самостоятельной работы | Учебная мебель на 15 посадочных мест; персональные компьютеры с выходом в информационно-телекоммуникационную сеть Интернет и электронную информационно-образовательную среду; |
203Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка ASUS модель i5-6500 - 14 единиц |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
Для эффективного изучения теоретической части дисциплины необходимо: - построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала; - систематически проверять свои знания по контрольным вопросам; - усвоить содержание ключевых понятий; - систематически работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам. Для эффективного изучения практической части дисциплины настоятельно рекомендуется: - систематически осуществлять подготовку к практическим занятиям по предложенным преподавателем темам; - своевременно выполнять практические индивидуальные задания. Самостоятельная работа: - Поиск ответов на вопросы для самостоятельной работы позволит вам расширить и углубить свои знания по курсу, применить теоретические знания в решении задач практического содержания, закрепить изученное ранее. - При возникновении вопросов обратитесь к преподавателю в день консультаций на кафедру. Итоговый контроль: - Для подготовки к зачету/экзамену возьмите перечень примерных вопросов у методиста кафедры. - В списке вопросов выделите те, которые были рассмотрены на лекциях, семинарских занятиях, и вопросы для самостоятельной работы. Для более детального изучения используйте рекомендуемую литературу. |