Programming for Physicists - NOFY056

• Title: Programování pro fyziky
• Guaranteed by: Laboratory of General Physics Education (32-KVOF)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2020 to 2022
• Semester: winter
• E-Credits: 5
• Hours per week, examination: winter s.:2/2, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Additional information: http://utf.troja.mff.cuni.cz/~ledvinka, http://geo.mff.cuni.cz/~lh/NOFY056
• Guarantor: RNDr. Ladislav Hanyk, Ph.D.; doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D.
• Is incompatible with: NMUE022
• In complex pre-requisite: NPRG041, NPRX041

Annotation

English

Last update: Mgr. Hana Kudrnová (05.05.2023)

One-semester basic course of programming for students of the 1st year of master and bachelor study of physics. Solution of selected simple problems is tought on examples, using accessible implementations of the Pascal language.

Czech

Last update: Mgr. Hana Kudrnová (05.05.2023)

Výchozí kurz programování pro studenty fyziky. Řešení problémů za použití metodiky strukturovaného procedurálního programování. Předvedení vybraných numerických algoritmů. Cvičení nad počítači pro nabývání praktických dovedností, od přípravy dat přes jejich numerické zpracování po vizualizaci výsledků.

Aim of the course

English

Last update: doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D. (03.05.2023)

Students ready to express a thought in a programming language (like Pascal, C, Fortran).

Czech

Last update: doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D. (03.05.2023)

Student schopný vyjádřit myšlenku pomocí programovacího jazyka (např. Pascal, C, Fortran).

Course completion requirements

Last update: RNDr. Ladislav Hanyk, Ph.D. (09.10.2017)

Pro absolvování předmětu je předepsán zápočet i zkouška.

Pro získání zápočtu je třeba zpracovat v požadovaném rozsahu práci zadanou vyučujícím (tj. vedoucím cvičení), obvykle jednu rozsáhlejší zápočtovou úlohu a/nebo několik průběžně zadávaných jednodušších úloh. Součástí hodnocení může být i ocenění účasti na cvičeních, splnit zápočet je však možné odevzdáním požadované práce i bez účasti na cvičeních. Vyučující může stanovit bodový systém, se kterým seznámí studenty na začátku semestru.

Konání zkoušky není podmíněno získáním zápočtu ani účastí na přednáškách.

Literature

English

Last update: doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D. (03.05.2023)

Lecture notes:

• http://utf.troja.mff.cuni.cz/~ledvinka

• http://geo.mff.cuni.cz/~lh/NOFY056

and also

• N. Wirth: Algoritmy a datové struktury, Alfa, Bratislava 1988

• J. Drózd, R. Kryl: Začínáme s programováním, Grada, Praha 1992

• P. Töpfer: Základy programování v úlohách, Scientia, Praha 1997

• P. Töpfer, D. Töpferová: Programování - Sbírka úloh, Fortuna, Praha 1998

• P. Satrapa: Pascal pro zelenáče, Neokortex, Praha 2000

• Příručky pro Turbo Pascal, Borland Pascal a Delphi, 1990-2003

Czech

Last update: doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D. (03.05.2023)

• Poznámky k přednáškám: http://utf.troja.mff.cuni.cz/~ledvinka, http://geo.mff.cuni.cz/~lh/NOFY056

• Virius M., Pascal - programování pro začátečníky, Grada, 2012

• Herout P., Učebnice jazyka C, Kopp, 2010

• Moler C., Numerical Computing with MATLAB, MathWorks, 2004, https://www.mathworks.com/moler.html

• Langtangen H. P., A Primer on Scientific Programming with Python, Springer, 2011

• Töpfer P., Algoritmy a programovací techniky, Prometheus, 1995

• Press W. H., Teukolsky S. A., Vetterling W. T., Flannery B. P., Numerical Recipes in C/Fortran: The Art of Scientific Computing, Second Edition, Cambridge University Press, 1992, http://www.nrbook.com/a/bookcpdf.php, http://www.nrbook.com/a/bookfpdf.php

Teaching methods

English

Last update: HANYK/MFF.CUNI.CZ (12.04.2008)

Lecture + practicals

Czech

Last update: HANYK/MFF.CUNI.CZ (12.04.2008)

Přednáška + praktická cvičení

Requirements to the exam

Last update: RNDr. Ladislav Hanyk, Ph.D. (09.10.2017)

Konání zkoušky není podmíněno získáním zápočtu ani účastí na přednáškách. Zkouška má písemnou a ústní část, student musí úspěšně vykonat obě části. Během písemné části student prokazuje schopnost algoritmizace několika drobnějších úloh pomocí vybraného programovacího jazyka, v ústní části je prověřena studentova znalost látky vyučované na přednáškách.

Syllabus

English

Last update: doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D. (03.05.2023)

1. Problems
Classical elementary algorithms (Euclid, Eratosthenes Sieve). Mathematical expressions (Horner scheme, errors), examples of evaluation and approximation of functions. Fundamental numerical algorithms (root finding, integration). Array handling, selected algorithms of linear algebra. Complexity of the algorithm. Searching and sorting, associative arrays. Queue and stack. Data input and output. Outline of 2D graphics (gnuplot, PostScript). Random numbers. Modularity, examples of application of library procedures and objects.

2. Programming language Pascal
Variables (and constants). Integer types, char, boolean, floating-point types. Expressions, operators, priority, standard functions. Assignment, input and output. Simple and stuctured statement. Conditions, loops. Program, procedure and function. Scope. Argument passing by value and reference, constant arguments. Structured data (array, structure, string). Inicialized variables. Binary operations and shortened evaluation of logical expressions. Text input and output. Typed files. Procedures and functions as arguments and variables. Modules (units), working with documentation of libraries. Dynamical data structures, pointers. A few words on objects.

3. Getting started with personal computer
Programs and data. Standard input and output, redirection, scripts. Basic utilities.

Czech

Last update: doc. Mgr. Tomáš Ledvinka, Ph.D. (03.05.2023)

Strukturované procedurální programování
Programovací jazyky, zdrojový text, spouštění programu, vývojové prostředí, příkazový řádek. Struktura programu. Proměnné a konstanty. Příkazy a příkazové konstrukce: přiřazovací příkaz, podmíněné příkazy, příkazy cyklu, příkazy skoku. Standardní datové typy. Výrazy a pravidla jejich vyhodnocování. Ukazatele. Pole, řetězce a jiné strukturované datové typy. Procedury a funkce, předávání argumentů, způsoby vracení výsledku funkce, globální data, lokalita. Modularizace programů.

Výbava numerického programátora
Vlastnosti reálných datových typů, šíření numerických chyb. Standardní matematické funkce, náhodná čísla. Vstup a výstup dat, formátování dat, textové a binární soubory. Použití numerických knihoven. Vizualizace výsledků. Přesměrování standardního vstupu a výstupu. Ladění.

Numerické algoritmy
Časová a paměťová složitost algoritmů. Celočíselné algoritmy: Eukleidův algoritmus, Eratosthenovo síto. Mini-algoritmy: řešení kvadratické rovnice, Hornerovo schéma. Numerická lineární algebra: maticové násobení, Gaussova eliminace, LU faktorizace. Polynomická aproximace. Numerické integrování: kvadraturní vzorce, Monte Carlo. Hledání kořenů: bisekce, Newtonova metoda tečen. Počáteční úloha pro soustavy obyčejných diferenciálních rovnic: Eulerova metoda, Rungovy-Kuttovy metody.

Nenumerické problémy
Dynamické datové struktury, vyhledávání, třídění.