WISB134 : Modellen en Simulatie
Docent(en):
Karma Dajani (Periode 3) en Thijs Ruijgrok (periode 4)
Werkcollege
begeleiders: Bas Fagginger Auer, Arjen Baarsma, Thijs van der Klauw
(studentassistent), Johnson Leow (studentassistent) en Kasper Dokter(studentassistent).
Tijd en Plaats:
blok 3 en 4
|
tijd |
plaats |
| hoorcollege |
woensdag 13.15-15 |
AARD KLEIN
|
werkcollege en
computer practicum |
woensdag 15.15-17.00
|
611 en
CZ514 |
computer practicum
en werkcollege |
woensdag 15.15-17
|
611 en CZ 503, 509, 510, 514 |
WerkCollege: WerkCollegeGroepen
groep 1-- begeleiders: Arjen Baarsma en Thijs van der Klauw--zaal 611.
groep 2--begeleiders: Bas Fagginger Auer, Johnson Leow en Kasper
Dokter-- computerzalen 514, 510, 509 en 503.
Dictaat: Modellen en
Simulatie door Frits Beukers
Als het dictaat nog niet
beschikbaar is in het eerste week, print dan de eerste hoofdstuk van
het Dictaat.
ECTS : 7.5 studiepunten
In dit vak staat de betekenis van de wiskunde voor
wetenschap en maatschappij centraal.
We maken kennis met wiskundige modellen voor verschijnselen
in de biologie, de mechanica en de economie.
Voor elk van deze probleemgebieden worden vervolgens wiskundige
technieken gepresenteerd die ontleend zijn aan de lineaire algebra,
de theorie van iteratie en differentievergelijkingen en de theorie
van differentiaalvergelijkingen.
Achtereenvolgens komen wat de wiskunde betreft aan de orde:
iteratie van functies, bifurcaties, Markovprocessen,
differentievergelijkingen lineair en niet-lineair,
differentiaalvergelijkingen
van eerste en tweede orde en optimalisatie d.m.v. de simplexmethode.
In tegenstelling tot wat je gewend bent van andere wiskundevakken
ligt
de nadruk niet zozeer op het zorgvuldig formuleren en bewijzen van
stellingen,
maar vooral op toepassingen waarbij de computer een sleutelrol vervult.
De typische gang bij het opstellen en toepassen van een wiskundig model
zou
je in drie fasen kunnen opsplitsen:
-
Geconfronteerd met een onopgelost
probleem
of onbegrepen fenomeen uit natuurkunde, scheikunde, biologie, economie
of
noem maar op, probeer je allereerst een vertaling te maken naar een
wiskundige
formulering. Je maakt hierbij doorgaans gebruik van vereenvoudigingen,
waarbij
je natuurlijk probeert te voorkomen dat de essentie van het probleem
verloren
gaat (modelvorming).
-
Vervolgens ga je het wiskundige
probleem,
al dan niet numeriek, analyseren. Hierbij zul je vaak je toevlucht
nemen
tot computers, maar niet voordat je zorgvuldig over het probleem hebt
nagedacht
(simulatie).
-
Tenslotte interpreteer je de wiskundige uitspraken binnen haar
wetenschappelijk context.
Dit is slechts een schets. In de praktijk zul je vaak tussen deze
fasen
heen en weer springen om je model waar nodig te corrigeren of te
verfijnen.
De eerste en derde fase lenen zich vooral voor bespreking tijdens een
hoorcollege of theoretisch practicum, terwijl je met de tweede fase het
best
ervaring kunt opdoen terwijl je achter een computer zit.
Als je deze werkwijze voor ogen houdt zul je begrijpen dat het
practicum
een integraal onderdeel van het vak uitmaakt, en dat tijdens het
praktikum
intensief gebruik zal worden gemaakt van de computer.
Van een aantal opgaven moet een verslag worden gemaakt.
Bij het college en de practica wordt gebruik gemaakt van het dictaat
Modellen en Simulatie van Frits Beukers, verkrijgbaar bij de
dictaatverkoop in het Minnaertgebouw.
Er dienen 3 verslagen ingeleverd te worden.
Schrijf een verslag als een "self-contained" document (van ca. 7 blz.),
dat wil zeggen als een goed gestructureerd verhaal met inleiding en
conclusie, en met tekst en uitleg waarin geen (impliciete of
expliciete)
verwijzingen naar de opgave uit het dictaat voorkomen.
Beantwoord uiteraard wel alle vragen voor zover je kunt.
Waar zeer op gelet wordt is dat het werkstukje goed is ingedeeld,
aantrekkelijk en duidelijk geschreven.
De lezer die men zich als doelgroep moet voorstellen is een eerste
jaars die
om een of andere reden niet aan dit praktikum meedoet.
De lezer weet dus nog niet waar het over gaat en is niet geinteresseerd
in het nakijken van opgaven.
Het verhaal moet voor deze lezer toch aantrekkelijk en duidelijk zijn.
Dus als er in het werkstukje iets staat als "we maken nu onderdeel 6",
dan moet je niet verbaasd zijn als het cijfer voor het werkstuk
onvoldoende
is.
De verslagen worden beoordeeld met 0-8 punten voor de inhoud en 0-2
punten
voor de presentatie.
De 10 is dus gereserveerd voor verslagen waarin niet alleen de
betreffende
vragen goed zijn opgelost, maar die ook goed gestructureerd en helder
geschreven zijn.
Een creatieve inbreng kan eveneens reden voor extra beloning zijn.
Het verslag moet in LaTeX gemaakt worden.
Naar aanleiding van vroeger ingeleverde opgaven heeft Arno Swart een
aantal
opmerkingen (pdf,
ps)
bij het schrijven van een verslag in LaTeX verzameld.
De opdrachten zijn niet altijd eenvoudig; stel dus vragen aan de
practicumleider, werk liefst met een practicumpartner aan de oplossing,
maar maak je eigen verslag volgens je eigen voorkeur.
Onderschat de tijd die je kwijt bent aan het schrijven van de verslagen
niet.
Om te voorkomen dat (delen van) verslagen gewoon over worden
genomen, geldt
de volgende frauderegeling: waar gecopieerd is tellen de
beteffende
delen voor beide verslagen niet mee (we maken dus geen verschil tussen
`origineel' en `copie'!); indien dit voor een overgroot gedeelte van
een
verslag geldt, dan wordt het hele verslag met onvoldoende (0 punten)
beoordeeld.
Regels
bij het inleveren van de verslagen:
--Julie mogen met een practicumpartner
werken en ook het verslag schrijven (maximaal twee studenten per
verslag).
--Er is een strikt inleverregel: uiterlijk om 17 uur op de aangegeven
inleverdatum.
--stuur geen
pdf-file van het verslag. Je moet
het verslag outprinten en bij de practicumleider inleveren.
Aan het eind van het college is een tentamen.
Het eindcijfer komt tot stand door het gemiddelde te nemen van de
beoordelingen voor
- de 3 in te leveren verslagen
- en het (her)tentamen
mits op het laatste minimaal een 5 behaald is. Kortom, E
= (V1 + V2 + V3
+ max(T,H) )/4.
(Voorlopige)Rooster
- woensdag 10 februari.
Populatiegroei van één soort en recursies (1.1),
recursies in
één variabele (theorie)(1.2). Werkcollegeopgaven:
1.4.1-5.Bij een aantal opgaven zou het notebook iteratie
hulpzaam kunnen zijn.
Toegespitst op de logistische groei heeft Tammo Jan Dijkema dit notebook
met hulpzame commentaren voorzien.
Het eerste
verslag gaat over opgave 1.4.12, in te leveren op woensdag 10 maart
tijdens het werkcollege.
- woensdag 17 februari recursies in
één variabele (theorie)(1.2) afmaken + Logistische groei
(1.3). Werkcollegeopgaven:
1.4.6-10.
- woensdag 24 februari Lesliematrices en Markovketens (2.1),
matrixrecursie (theorie) (2.2). Werkcollegeopgaven:
2.6.2, 2.6.5-7.
- woensdag 3 maart. Stelling van Perron-Frobenius (2.3),
Lesliematrices en Markovketens (theorie) (2.4). Werkcollegeopgaven: 2.6.9,
2.6.10-12.
- woensdag 10 maart. Markovketens voorbeelden (2.5). Werkcollegeopgaven: 2.6.13,
2.6.15, 2.6.18.
Het
tweedeverslag gaat over opgave 2.6.20, in te leveren op woensdag 14
april tijdens het werkcollege. Neushoorns.nb
- woensdag 17 maart: Geen
colleges/werkcolleges, tentamen week.
- woensdag 24 maart: Algemene recursie in R^m, modellen
(3.1), stabiliteit (3.2). Werkcollegeopgaven:
3.4.1-4. Recursion2D.nb
- woensdag 31 maart: Differentiaalvergelijkingen van orde 1 en 2
(4.1), lineaire
differentiaalvergelijkingen met constante coëfficienten (4.2). Werkcollegeopgaven: 4.4.1-4
- woensdag 7 april: Harmonische oscillator, resonantie (4.3). Werkcollegeopgaven: 4.4.6,
4.4.8, 4.4.11-13. Meer informatie over de Tacoma brug:
http://ta.twi.tudelft.nl/nw/users/vuik/information/tacoma.html
http://www.cornelsen.de/physikextra/htdocs/Resonanz.html
http://www.bernd-nebel.de/bruecken/4_desaster/tacoma/tacoma.html
- woensdag 14 april: Stelsels differentiaalvergelijkingen (5.1),
autonome stelsels in R^2, het lineaire geval (5.2) en begin van het
algemene geval (5.3). Werkcollegeopgaven:
5.6.1, 5.6.3, 5.6.8.
Het
derdeverslag gaat over opgave 4.4.15 , in te leveren op woensdag 2 juni
tijdens het werkcollege. resonantie.nb
- woensdag 21 april: Geen
colleges of werkcolleges (Tentamen week).
- woensdag 28 april: Rest van 5.3, niet-autonome stelsels:
stelsels in R^3 (5.4), verband met recursies, numerieke
oplossing (5.5). Werkcollegeopgaven:
5.6.9-11, 5.6.14.
- woensdag 5 mei: Geen
colleges of werkcolleges (Bevrijdingsdag).
- woensdag 12 mei: Lineaire
programmering inleiding (6.1), lineaire ongelijkheden (6.2). Werkcollegeopgaven: 6.5.1,
6.5.5-7. Arno Swart heeft een matlab-programma
voor visualisatie van veelvlakken in R^3 geschreven.
De kleur duidt de waarde van de doelfunctie aan, rood is maximaal.
- woensdag 19 mei: Rest van (6.2), De simplex methode (6.3), het
algemene lineaire programmeringsprobleem (6.4). Werkcollegeopgaven: 6.5.4, 6.5.8-11, 6.5.14.
- woensdag 2 juni: Matrixspellen, een voorbeeld (7.1), Theorie
(7.2). Werkcollegeopgaven: 7.3.3-5.
- woensdag 9 juni: Simulated Annealing, Het
handelsreizigersprobleem (8.1-8.4). Werkcollegeopgaven: 8.6.1-4.
- woensdag 16 juni. Geen hoorcollege alleen werkcollege. TentamenOefenning.
Het tentamen zal in
week 25 plaatsvinden.