Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2014

Rechnergestützte Wissenschaften Bachelor Information
Fächer des Basisjahres
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-0232-10LAnalysis IIO8 KP4V + 2UR. Pink
KurzbeschreibungEinführung in die mehrdimensionale Differential- und Integralrechung.
Lernziel
InhaltIntegralrechnung in mehreren Variablen, gewöhnliche Differentialgleichungen II, Differentialrechnung der Funktionen mehrerer Variablen, Vektoranalysis.
SkriptChristian Blatter: Ingenieur-Analysis (Kapitel 4-6)
401-0302-10LKomplexe AnalysisO4 KP4GC. Busch, F. Da Lio
KurzbeschreibungGrundlagen der Komplexen Analysis in Theorie und Anwendung, insbesondere globale Eigenschaften analytischer Funktionen. Einführung in die Integraltransformationen mit Anwendung in Signaltheorie und Netzwerkanalyse.
Lernziel
InhaltBeispiele analytischer Funktionen, konforme Abbildungen, Cauchyscher Integralsatz, Taylor- und Laurententwicklungen, Singularitäten analytischer Funktionen, Residuenkalkül. Fourierreihen und Fourier-Transformation, Laplace-Transformation.
LiteraturM. 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 / BesonderesVoraussetzungen: Analysis I und II
402-0040-00LPhysik I Information O5 KP4V + 2UD. Pescia
KurzbeschreibungTeil 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.
LernzielVermittlung der physikalischen Grundlagen von Mechanik, Schwingungsphänomenen, Wellen, Elektrostatik und Magnetostatik.
InhaltTeil 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.
SkriptDie 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
529-4000-00LChemie für CSE Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O4 KP3GW. H. Koppenol
KurzbeschreibungEinführung in die Chemie mit Aspekten aus der anorganischen und physikalischen Chemie.
Lernziel- Einfache Modelle der chemischen Bindung, der dreidimensionalen Struktur von Molekülen und der molekularen Chiralität 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.
InhaltChemische Bindung und molekulare Struktur (VSEPR), Reaktionen, Gleichgewicht, Elektrochemie, chemische Kinetik.
LiteraturC.E. Mortimer, U. Müller, Chemie, 10. Auflage, Thieme: Stuttgart 2010
252-0002-00LDatenstrukturen & Algorithmen Information O7 KP4V + 2UP. Widmayer
KurzbeschreibungEs werden grundlegende Entwurfsmuster für Algorithmen (wie z.B. Induktion, divide-and-conquer, backtracking, dynamische Programmierung), klassische algorithmische Probleme (wie z.B. Suchen, Sortieren) und Datenstrukturen (wie z.B. Listen, Hashverfahren, Suchbäume) behandelt. Das Zusammenspiel von Algorithmen und Datenstrukturen wird anhand von Geometrie- und Graphenproblemen illustriert.
LernzielVerständnis des Entwurfs und der Analyse grundlegender Algorithmen und Datenstrukturen.
InhaltEs 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. Weiterhin wird Adaptivität bei Datenstrukturen (wie etwa Splay-Bäume) und bei Algorithmen (wie etwa online-Algorithmen) beleuchtet. Das Zusammenspiel von Algorithmen und Datenstrukturen wird anhand von Geometrie- und Graphenproblemen illustriert.
LiteraturTh. Ottmann, P.Widmayer: Algorithmen und Datenstrukturen, Spektrum-Verlag, 5. Auflage, Heidelberg, Berlin, Oxford, 2011
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung:
252-0021-00L Einführung in die Programmierung
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
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-0674-00LNumerical Methods for Partial Differential Equations
Not meant for BSc/MSc students of mathematics.
O8 KP4V + 2U + 1AS. Mishra
KurzbeschreibungDerivation, properties, and implementation of fundamental numerical methods for a few key partial differential equations: convection-diffusion, heat equation, wave equation, conservation laws. Implementation in MATLAB in one and two spatial dimensions.
LernzielMain 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.

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.
Inhalt1 Case Study: A Two-point Boundary Value Problem
1.1 Introduction
1.2 A model problem
1.3 Variational approach
1.4 Simplified model
1.5 Discretization
1.5.1 Galerkin discretization
1.5.2 Collocation
1.5.3 Finite differences
1.6 Convergence
2 Second-order Scalar Elliptic Boundary Value Problems
2.1 Equilibrium models
2.1.1 Taut membrane
2.1.2 Electrostatic fields
2.1.3 Quadratic minimization problems
2.2 Sobolev spaces
2.3 Variational formulations
2.4 Equilibrium models: Boundary value problems
3 Finite Element Methods (FEM)
3.1 Galerkin discretization
3.2 Case study: Triangular linear FEM in two dimensions
3.3 Building blocks of general FEM
3.4 Lagrangian FEM
3.4.1 Simplicial Lagrangian FEM
3.4.2 Tensor-product Lagrangian FEM
3.5 Implementation of FEM
3.5.1 Mesh file format
3.5.2 Mesh data structures
3.5.3 Assembly
3.5.4 Local computations and quadrature
3.5.5 Incorporation of essential boundary conditions
3.6 Parametric finite elements
3.6.1 Affine equivalence
3.6.2 Example: Quadrilaterial Lagrangian finite elements
3.6.3 Transformation techniques
3.6.4 Boundary approximation
3.7 Linearization
4 Finite Differences (FD) and Finite Volume Methods (FV)
4.1 Finite differences
4.2 Finite volume methods (FVM)
5 Convergence and Accuracy
5.1 Galerkin error estimates
5.2 Empirical Convergence of FEM
5.3 Finite element error estimates
5.4 Elliptic regularity theory
5.5 Variational crimes
5.6 Duality techniques
5.7 Discrete maximum principle
6 2nd-Order Linear Evolution Problems
6.1 Parabolic initial-boundary value problems
6.1.1 Heat equation
6.1.2 Spatial variational formulation
6.1.3 Method of lines
6.1.4 Timestepping
6.1.5 Convergence
6.2 Wave equations
6.2.1 Vibrating membrane
6.2.2 Wave propagation
6.2.3 Method of lines
6.2.4 Timestepping
6.2.5 CFL-condition
7 Convection-Diffusion Problems
7.1 Heat conduction in a fluid
7.1.1 Modelling fluid flow
7.1.2 Heat convection and diffusion
7.1.3 Incompressible fluids
7.1.4 Transient heat conduction
7.2 Stationary convection-diffusion problems
7.2.1 Singular perturbation
7.2.2 Upwinding
7.3 Transient convection-diffusion BVP
7.3.1 Method of lines
7.3.2 Transport equation
7.3.3 Lagrangian split-step method
7.3.4 Semi-Lagrangian method
8 Numerical Methods for Conservation Laws
8.1 Conservation laws: Examples
8.2 Scalar conservation laws in 1D
8.3 Conservative finite volume discretization
8.3.1 Semi-discrete conservation form
8.3.2 Discrete conservation property
8.3.3 Numerical flux functions
8.3.4 Montone schemes
8.4 Timestepping
8.4.1 Linear stability
8.4.2 CFL-condition
8.4.3 Convergence
8.5 Higher order conservative schemes
8.5.1 Slope limiting
8.5.2 MUSCL scheme
SkriptLecture slides will be made available to the audience.
LiteraturChapters of the following books provide SUPPLEMENTARY reading
(Detailed references in course material):

* D. Braess. Finite Elements. Cambridge University Press, 2nd edition, 2001.
* S. Brenner and R. Scott. Mathematical theory of finite element methods. Texts in Applied
Mathematics. Springer Verlag, New York, 1994.
* A. Ern and J.-L. Guermond. Theory and Practice of Finite Elements, volume 159 of Applied
Mathematical Sciences. Springer, New York, 2004.
* Ch. Großmann and H.-G. Roos. Numerik partieller Differentialgleichungen. Teubner
Studienbücher Mathematik. Teubner, Stuttgart, 1992.
* W. Hackbusch. Elliptic Differential Equations. Theory and Numerical Treatment, volume 18 of
Springer Series in Computational Mathematics. Springer, Berlin, 1992.
* P. Knabner and L. Angermann. Numerical Methods for Elliptic and Parabolic Partial Differential
Equations, volume 44 of Texts in Applied Mathematics. Springer, Heidelberg, 2003.
* S. Larsson and V. Thomée. Partial Differential Equations with Numerical Methods, volume 45 of
Texts in Applied Mathematics. Springer, Heidelberg, 2003.
* R. LeVeque. Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems. Cambridge Texts in Applied Mathematics. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2002.

However, study of supplementary literature is not important for for following the course.
Voraussetzungen / BesonderesMastery 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.
Coding skills at least in MATLAB are required.

Homework asssignments involve substantial coding, partly based on a finite element MATLAB library. The written examination will be computer based and will comprise coding tasks.
529-0431-00LPhysikalische Chemie III: Molekulare Quantenmechanik Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O4 KP4GB. H. Meier, M. Ernst
KurzbeschreibungPostulate 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.
LernzielEs 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 Quantenphänomenen in Atomen und Molekülen.
InhaltPostulate 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).
227-0014-00LTechnische Informatik II Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O4 KP2V + 2UB. Plattner, R. Baumann, S. Neuhaus
KurzbeschreibungKennenlernen der Architektur von Betriebssystemen und Rechnernetzen; Kennenlernen der Programmierung von gleichzeitigen Prozessen in Theorie und Praxis
LernzielKennenlernen der Architektur von Betriebssystemen und Rechnernetzen; Kennenlernen der Programmierung von gleichzeitigen Prozessen in Theorie und Praxis
InhaltAufgaben und Aufbau von Betriebssystemen; Parallelverarbeitung: Modellierung gleichzeitiger Prozesse, Systemsoftware- und Hardwareunterstützung. Probleme paralleler Prozesse: Synchronisation und gegenseitiger Ausschluss, Kommunikation zwischen Prozessen. Prozessverwaltung, Speicherverwaltung, Paging, segmentierter Speicher. Verteilte Systeme: Netzwerke, Kommunikationsdienste und Protokolle, Schichtenmodelle. Fallstudien relevanter Systeme.

Praktikum auf vernetzten Rechnern, Arbeit mit einem für den Studenten voll zugänglichen Betriebssystem, Softwareprogrammierung in C.
SkriptUnterlagen zur Übung, Vorlesungsunterlagen, Lehrbuch.
Voraussetzungen / BesonderesFür D-ITET Voraussetzungen: Technische Informatik I.
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.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0122-00LFluiddynamik für CSEO5 KP3V + 1UT. Rösgen
KurzbeschreibungEs 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.
LernzielEinführung in die physikalischen und mathematischen Grundlagen der Fluiddynamik. Vertrautmachen mit den Grundbegriffen, Anwendungen auf einfache Probleme.
InhaltPhänomene, 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
SkriptEine erweiterte Formelsammlung zur Vorlesung wird elektronisch zur Verfügung gestellt.
LiteraturEmpfohlenes Buch: Fluid Mechanics with Multimedia DVD, David R. Dowling, Ira M. Cohen & Pijush K. Kundu, 5th ed., Academic Press / Elsevier (2011).
Voraussetzungen / BesonderesLeistungskontrolle: 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
252-0834-00LInformationssysteme für IngenieureO4 KP2V + 1UR. Marti
KurzbeschreibungGrundlagen und Konzepte von Informationssystemen aus Anwendersicht. Im Zentrum sind strukturierte Daten: relationale Datenbanken, die Anfrage-Sprache SQL und der Entwurf relationaler Datenbank-Strukturen. Weitere Themen: Suche in Dokumentsammlungen und im Web (Information Retrieval) mit Schätzung der Relevanz und Autorität von Dokumenten bezügl. Freitext-Anfragen; XML als Datenaustausch-Format
LernzielNach dem Besuch der Lehrveranstaltung sollten Studierende in der Lage sein

1. nicht-triviale Anfragen auf bestehenden relationalen Datenbanken mit Hilfe von (Entry-Level) SQL beantworten zu können, sowie neue Inhalte hinzuzufügen bzw. bestehende Inhalte verändern und löschen zu können,

2. Sachverhalte eines Ausschnitts der realen Welt in einem Gegenstand-Beziehungsmodell (Entity-Relationship Model) zu formalisieren und daraus eine zweckmässige Struktur für eine relationale Datenbank herzuleiten

3. die Funktionsweise und Dienstleistungen eines Datenbanksystems in groben Zügen zu erklären

4. die Funktionsweise von Web Suchmaschinen wie Google in groben Zügen zu kennen

5. die wichtigsten Konzepte der Strukturierung von XML-Dokumenten sowie Anfragen auf XML-Dokumenten zu kennen und anzuwenden
InhaltDie Lehrveranstaltung vermittelt Grundlagen und Konzepte von Informationssystemen aus der Sicht eines Anwenders.

Im Zentrum stehen relationale Datenbanksysteme, die Abfrage- und Datenmanipulationssprache SQL, sowie der Entwurf bzw. die Strukturierung relationaler Datenbanken. Dieser Stoff wird auch in praktischen Übungen vertieft.

Weitere Themen sind der Umgang mit unstrukturierten und semistrukturierten Daten, die Integration von Daten aus verschiedenen autonomen Informationssystemen, sowie eine Übersicht der Architektur von Datenbanksystemen.

Inhalt:
1. Einleitung.
2. Das Relationenmodell.
3. Die Abfrage- und Datenmanipulationssprache SQL.
4. Entwurf relationaler Datenbanken mit Hilfe von Entity-Relationship Diagrammen. Grundideen der Normalisierung von Relationen.
5. Architektur relationaler Datenbanksysteme.
6. Information Retrieval: Suche von (Text-) Dokumenten. Indexing, Stopwort-Elimination und Stemming. Boole'sches Retrieval und das Verktorraum-Modell.
7. Web Information Retrieval: Web-Crawling. Ausnutzen der Web-Links zwischen Web-Seiten (Page Ranking). Das Zusammenspiel von Crawling, klassischem Information Retrieval und Page Ranking.
8. Modellierung semi-strukturierter Daten mit XML und einfache Anfragen mit XPath und XQuery.
9. Zugriff auf SQL-Datenbanken aus Programmen, Transaktionen.
10. Neuere Entwicklungen
LiteraturVorlesungsunterlagen (PowerPoint Folien, teilweise auch zusätzlicher Text) werden auf der Web-Site publiziert. Der Kauf eines Buches wird nicht vorausgesetzt.

Das Buch "Informationssysteme und Datenbanken, 7. Auflage" von C.A. Zehnder, erschienen im vdf-Verlag/Teubner-Verlag, 2002, umfasst in etwa den gleichen Stoff. Die Vorlesung ist aber nicht auf das Buch abgestimmt.

Als weiterführende Literatur kann z.B. folgendes Standardwerk (ca. 1350 Seiten!) empfohlen werden:
A. Silberschatz, H.F. Korth, S. Sudarshan:
Database System Concepts, 6th Edition, McGraw-Hill, 2010.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung:
Elementare Kenntnisse von Mengenlehre und logischen Ausdrücken.
Kenntnisse und minimale Programmiererfahrung in einer Programmiersprache wie z.B. Pascal, C, oder Java.
402-0034-10LPhysik II Information W4 KP2V + 2UC. Degen
KurzbeschreibungZweisemestrige 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.
LernzielFoerderung des wissenschaftlichen Denkens. Verstaendnis der physikalischen Konzepte und Phaenomene, welche der modernen Technik zugrunde liegen. Ueberblick ueber die Themen der klassischen und modernen Physik.
InhaltEinfuehrung in die Quantenphysik, Absorption und Emission, Festkoerper, Halbleiter.
SkriptNotizen zum Unterricht werden verteilt.
LiteraturPaul 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 / BesonderesTestatbedingung: Keine
402-0044-00LPhysik II Information W4 KP3V + 1UM. R. Meyer
KurzbeschreibungIntroduction to the concepts and tools in physics with the help of demonstration experiments: electromagnetism, optics, introduction to modern physics.
LernzielThe concepts and tools in physics, as well as the methods of an experimental science are taught. The student should learn to identify, communicate and solve physical problems in his/her own field of science.
InhaltElectromagnetism (electric current, magnetic fields, electromagnetic induction, magnetic materials, Maxwell's equations), Optics (light, geometrical optics, interference and diffraction), and Introduction to quantum physics
SkriptThe lecture follows the book "Physics for Scientists and Engineers" by Paul A. Tipler and Gene Mosca (6th edition).
LiteraturPhysics for Scientists and Engineers" by Paul A. Tipler and Gene Mosca (6th edition). There is also a similar book in German published by Spektrum Akademischer Verlag authored under the permission of Tipler and Mosca.
Voraussetzungen / BesonderesFor the exam, a self-written summary sheet, hand-held calculator, and translation dictionary (to English).
Kernfächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
252-0232-00LSoftware Design Information O6 KP2V + 1UD. Gruntz
KurzbeschreibungIm 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.
LernzielDie 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
InhaltIn 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.
Skriptkein 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 / BesonderesDie 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.
401-0686-00LHigh Performance Computing for Science and Engineering (HPCSE) for CSE Information O7 KP3G + 2PP. Koumoutsakos, M. Troyer
Kurzbeschreibung
Lernziel
Vertiefungsgebiete
Astrophysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0394-00LTheoretical Astrophysics and CosmologyW10 KP4V + 2UL. M. Mayer
KurzbeschreibungThis is the second of a two course series which started 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
InhaltHere is the rough plan of the topics we plan to cover. The actual pace may vary relative to this plan.

Week 1: overview of homogeneous cosmology I: spacetime geometry, redshift, Hubble law, distances
Week 2: overview of homogeneous cosmology I: dynamics of expansion, accelerated expansion, horizons
Week 3: thermal history of the universe and recombination
Week 4: cosmic microwave background anisotropies I: first look
Week 5: creation of matter: baryogenesis
Week 6: creation of nuclei: nucleosynthesis
Week 7: dark matter
Week 8: inflation: homogeneous limit
Week 9: newtonian perturbation theory I
Week 10: newtonian perturbation theory II: notion of collisionless fluid dynamics
Week 11: relativistic perturbation theory
Week 12: the current model
of structure formation and initial perturbations at inflation
Week 13: cosmic microwave background anisotropies II
Week 14: gravitational lensing
Week 15: spherical collapse and galaxy formation theory
LiteraturSuggested textbooks:
primary textbooks: H.Mo, F. Van den Bosch, S. White: Galaxy Formation and Evolution and S. Carroll: An Introduction to
General Relativity and Space Time
secondary textbooks: S. Weinberg: Gravitation and Cosmology
V. Mukhanov: Physical Foundations of Cosmology
E. W. Kolb and M. S. Turner: The Early Universe
S. Carroll: An introduction to General Relativity Spacetime and Geometry
N. Straumann: General relativity with applications to astrophysics
S. Dodelson: Modern Cosmology
A. Liddle and D. Lyth: Cosmological Inflation and Large Scale Structure
Voraussetzungen / Besonderesweb site: Link
Atmosphärenphysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
701-1216-00LNumerical Modelling of Weather and ClimateW4 KP3GC. Schär, U. Lohmann
KurzbeschreibungThe 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.
LernzielThe 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.
InhaltThe 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.
SkriptSlides and lecture notes will be made available at
Link
LiteraturList of literature will be provided.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: to follow this course, you need some basic background in numerical methods (e.g., "Numerische Methoden in der Umweltphysik", 701-0461-00L)
Chemie und Biologie
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
529-0474-00LQuantenchemieW6 KP3GM. Reiher
KurzbeschreibungEinfuehrung 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.
LernzielChemie kann inzwischen vollstaendig am Computer betrieben werden, eine intellektuelle Leistung, fuer 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 vollstaendiges Bild der Quantenchemie vermittelt werden, das alles Ruestzeug zur Verfuegung stellt, um selbst solche Berechnungen durchfuehren zu koennen (sei es begleitend zum Experiment oder als Start in eine Vertiefung dieser Theorie).
InhaltGrundlegende Konzepte der Vielteilchen-Quantenmechanik. Entwicklung der Mehrelektronentheorie für Atome und Molekuele; beginnend bei der harmonischen Naeherung fuer das Kern-Problem und bei der Hartree-Fock-Theorie fuer das elektronische Problem ueber Moeller-Plesset-Stroerungstheorie und Konfigurationswechselwirkung zu Coupled-Cluster und Multikonfigurationsverfahren. Dichtefunktionaltheorie. Verwendung quantenchemischer Software und Problemloesungen mit dem Computer.
SkriptEin Skript zu allen Vorlesungsstunden wird zur Verfuegung gestellt (das Skript wird ab dem FS 2014 in vollstaendig ueberarbeiteter Form vorliegen und die aufgearbeitete Theorie wird durch praktische Beispiele kontinuierlich begleitet).
LiteraturLehrbücher:
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 / BesonderesVoraussetzungen:einfuehrende Vorlesung in Quantenmechanik (z.B. Physikalische Chemie III: Quantenmechanik)
Fluiddynamik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0208-00LBerechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik Information W4 KP2V + 2UL. Kleiser
KurzbeschreibungEs 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.
LernzielKenntnisse und praktische Erfahrungen mit der Anwendung der wichtigsten Diskretisierungs- und Lösungsverfahren für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik
InhaltAufbauend auf den Lehrveranstaltungen über Fluiddynamik, Thermodynamik, Numerische Mathematik (benötigtes Wahlfach, 4. Semester) und Informatik I (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
SkriptEin Skript steht zur Verfügung
Literaturwird zu Beginn der Vorlesung mitgeteilt
Voraussetzungen / BesonderesUebungen:
Es werden theoretische und praktische (Programmier-)Aufgaben mit Anwendungen aus Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik gestellt. Eine aktive Teilnahme ist unerlässlich.

Die Lehrveranstaltung ist testatpflichtig.
Systems and Control
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0216-00LControl Systems II Information W6 KP4GR. Smith
KurzbeschreibungIntroduction to basic and advanced concepts of modern feedback control.
LernzielIntroduction to basic and advanced concepts of modern feedback control.
InhaltThis 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.
SkriptThe slides of the lecture are available to download
LiteraturSkogestad, Postlethwaite: Multivariable Feedback Control - Analysis and Design. Second Edition. John Wiley, 2005.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
Control Systems or equivalent
Robotik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0854-00LAutonomous Mobile Robots Information W5 KP4GR. Siegwart, P. Furgale, M. Hutter, M. Rufli, D. Scaramuzza
KurzbeschreibungThe objective of this course is to provide the basics required to develop autonomous mobile robots and systems. Main emphasis is put on mobile robot locomotion and kinematics, envionmen perception, and probabilistic environment modeling, localizatoin, mapping and navigation. Theory will be deepened by exercises with small mobile robots and discussed accross application examples.
LernzielThe objective of this course is to provide the basics required to develop autonomous mobile robots and systems. Main emphasis is put on mobile robot locomotion and kinematics, envionmen perception, and probabilistic environment modeling, localizatoin, mapping and navigation.
SkriptThis lecture is enhanced by around 30 small videos introducing the core topics, and multiple-choice questions for continuous self-evaluation. It is developed along the TORQUE (Tiny, Open-with-Restrictions courses focused on QUality and Effectiveness) concept, which is ETH's response to the popular MOOC (Massive Open Online Course) concept.
LiteraturThis lecture is based on the Textbook:
Introduction to Autonomous Mobile Robots
Roland Siegwart, Illah Nourbakhsh, Davide Scaramuzza, The MIT Press, Second Edition 2011, ISBN: 978-0262015356
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