Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2016

Rechnergestützte Wissenschaften Bachelor Information
Fächer des Basisjahres
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-0232-10LAnalysis IIO8 KP4V + 2UA. Iozzi
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 KP3V + 1UT. Bühler
KurzbeschreibungGrundlagen der Komplexen Analysis in Theorie und Anwendung, insbesondere globale Eigenschaften analytischer Funktionen. Einführung in die Integraltransformationen und Beschreibung einiger Anwendungen
LernzielErwerb von einigen grundlegenden Werkzeuge der komplexen Analysis.
InhaltBeispiele analytischer Funktionen, 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
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
402-0040-00LPhysik IO5 KP4V + 2UY. M. Acremann, D. 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 Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O4 KP3GE. C. Meister
KurzbeschreibungEinführung in die Chemie mit Aspekten aus der anorganischen, organischen 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. Housecroft, E.C. Constable, Chemistry. An Introduction to Organic, Inorganic and Physical Chemistry, Pearson: Harlow 2010
C.E. Mortimer, U. Müller, Chemie, 10. Auflage, Thieme: Stuttgart 2010
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 + 1AR. Hiptmair
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 Python in one dimension and in C++ in 2D.
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.
* Skills in the efficient implementation of finite element methods on unstructured meshes.

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 [optional]
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 in C++
3.5.1 Mesh file format (Gmsh)
3.5.2 Mesh data structures (DUNE)
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 [optional]
4 Finite Differences (FD) and Finite Volume Methods (FV) [optional]
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 [optional]
5.7 Discrete maximum principle [optional]
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 [optional]
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 [optional]
8.5.1 Slope limiting
8.5.2 MUSCL scheme
8.6. FV-schemes for systems of conservation laws [optional]
SkriptLecture documents and classroom notes will be made available to the audience as PDF.
LiteraturChapters of the following books provide SUPPLEMENTARY reading
(Detailed references in course material):

* D. Braess: Finite Elemente,
Theorie, schnelle Löser und Anwendungen in der Elastizitätstheorie, Springer 2007 (available online)
* S. Brenner and R. Scott. Mathematical theory of finite element methods, Springer 2008 (available online)
* 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: Numerical Treatment of Partial Differential Equations, Springer 2007
* 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.

Important: Coding skills in MATLAB and C++ are essential.

Homework asssignments involve substantial coding, partly based on a C++ finite element 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).
SkriptEin Vorlesungsskript in Deutsch wird abgegeben. Das Skipt ersetzt allerdings persönliche Notizen NICHT und deckt nicht alle Aspekte der Vorlesung ab.
227-0014-00LTechnische Informatik II Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O4 KP2V + 2UR. Wattenhofer
KurzbeschreibungWir 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.
Lernzielsiehe oben
InhaltComputer 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.
SkriptVorhanden, 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.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0034-10LPhysik IIW4 KP2V + 2UW. Wegscheider
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 IIW4 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).
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, Kundu & Cohen & Dowling, 6th ed., Academic Press / Elsevier (2015)
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
529-0483-00LStatistische Physik und Computer SimulationO4 KP2V + 1UM. Reiher
KurzbeschreibungDie 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.
LernzielEinführung in die statistische Mechanik mit Hilfe von Computersimulationen, erwerben der Fertigkeit Computersimulationen durchzuführen und die Resultate zu interpretieren.
InhaltDie 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.
Literaturwird in der Vorlesung bekannt gegeben
Voraussetzungen / BesonderesDa 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
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-0686-00LHigh Performance Computing for Science and Engineering (HPCSE) for CSE Information O7 KP4G + 2PP. Koumoutsakos, D. Rossinelli
KurzbeschreibungThis 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
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.
Vertiefungsgebiete
Astrophysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0394-00LTheoretical Astrophysics and CosmologyW10 KP4V + 2UL. M. Mayer, A. Refregier
KurzbeschreibungThis 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
InhaltThe 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
LiteraturSuggested 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 / BesonderesKnowledge of General Relativity is recommended.
Atmosphärenphysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
701-1216-00LNumerical Modelling of Weather and Climate Information W4 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
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 VerfahrenstechnikW4 KP2V + 2UP. Jenny
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, 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
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.
Grundkenntnisse in Matlab sind von Vorteil.
Regelungstechnik
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, M. Chli, M. Rufli
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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