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Unter wissenschaftlichem Rechnen (scientific computing) versteht man die Zuhilfenahme von Computersimulationen, um Fragestellungen aus der Natur- und Ingenierswissenschaften zu beantworten. Physikalische Modelle, wie zum Beispiel Differentialgleichungen oder Integrale, werden dafür diskretisiert und mittels numerischer Algorithmen auf einem Computer gelöst. Solche Simulationen können sich als sehr zeitaufwändig herausstellen, weshalb es notwendig ist sich über die effiziente Implementierung dieser Modelle Gedanken zu machen.

Wir werden unter anderem folgende Themen behandeln:

1) Einführung in eine kompilierte Programmiersprache (C++) und Unix, sowie den Vergleich mit interpretierten Sprachen wie zum Beispiel Matlab oder Python.

2) Die Funktionsweise von Computern (CPUs, Speicher, Caches, etc.) und die daraus folgenden Konsequenzen bezüglich einer effizienten Implementierung der Algorithmen.

3) Die Grundlagen des parallelen Rechnens (Stichwort: high performance computing).

In Projektarbeiten werden spezifische Modelle bzw. mathematische Algorithmen mithilfe der gelernten Techniken bearbeitet. Beispiele solcher Projekte sind Strömungen von Flügelprofilen, Berechnungen hochdimensionaler Integrale, Deformation von Stahlträgern, Berechnung der Energiezustände von Atomen, Wellenausbreitung sowie Simulation von Räuber-Beute-Modellen in zwei Dimensionen.

In der Lehrveranstaltung werden wir alle gelernten Inhalte unmittelbar an einem Computer in die Praxis umsetzen.