Theorie und Numerik partieller Differentialgleichungen III - Iterative Löser und Adaptivität

Zeit/Ort: Mo, Mi 10-12 Uhr, SR 226, Hermann-Herder-Str. 10
Dozent: Prof. Dr. S. Bartels
Sprechstunde Dozent: Di 12-13 Uhr, Zi. 209, Hermann-Herder-Str. 10
Tutorium & Praktikum: Christian Palus
Sprechstunde Assistent: n. V., Zi. 204, Hermann-Herder-Str. 10
E-Mail: christian.palus@mathematik.uni-freiburg.de

Aktuelles

  • Korrektur zu Blatt 7: Die Abschätzung in Aufgabe 4(ii) stimmt nicht. Eine korrigierte Version der Aufgabe finden Sie hier.

Inhalte

Sind Lösungen elliptischer partieller Differentialgleichungen nicht H2-regulär, so konvergieren Finite-Elemente-Methoden auf uniformen Triangulierungen nur mit reduzierter Geschwindigkeit. In der Vorlesung werden Konzepte diskutiert, um Triangulierungen lokal zu verfeinern und so eine bessere Auflösung von Eckensingularitäten zu erhalten. Dies kann einerseits auf Basis von a-priori-Informationen geschehen, das heißt es wird vorab entschieden, wo kleinere Netzweiten sinnvoll sind, oder es wird mit Hilfe von a-posteriori-Fehlerabschätzungen eine Folge von Gittern generiert, die kritische Bereiche automatisch identifiziert und entsprechend genauer auflöst. Neben diesen Aspekten werden iterative Verfahren zur effizienten Lösung der bei Finite-Elemente-Diskretisierungen auftretenden linearen Gleichungssysteme diskutiert. Unter Verwendung von Gitterhierarchien oder Gebietszerlegungen lässt sich dies häufig mit nahezu linearer Komplexität bewältigen.

In der praktischen Übung zur Vorlesung sollen die in der Vorlesung entwickelten und analysierten Algorithmen praktisch umgesetzt und getestet werden. Dies wird in der Programmiersprache C sowie mit Hilfe der kommerziellen Software MATLAB zur Lösung und Visualisierung mathematischer Probleme geschehen. Elementare Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt.

Notwendige Vorkenntnisse

Vorlesung Einführung in Theorie und Numerik partieller Differentialgleichungen. Vorlesungen zu Funktionalanalysis und partiellen Differentialgleichungen sind hilfreich, jedoch keine Voraussetzung.

Studienleistung/Prüfungsleistung

Es gelten die jeweiligen Bestimmungen aus den Modulhandbüchern.

Studienleistung Vorlesung:
  • Erreichen von mind. 50% der zu vergebenden Punkte.
  • Regelmäßige aktive Teilnahme an den Übungsgruppen bei höchstens zweimaligem Fehlen.
  • Mindestens einmaliges Vorrechnen einer Übungsaufgabe. Jeder Aufforderung dazu seitens der Tutoren ist nachzukommen.
Studienleistung Praktikum:
  • Erreichen von mind. 50% der zu vergebenden Punkte.
  • Regelmäßige aktive Teilnahme am Praktikum bei höchstens zweimaligem Fehlen. Insbesondere sollten Sie in der Lage sein, Ihre Programme auf Nachfrage im Praktikum zu erläutern.

Termine

Angelegenheit Termin Ort
Anmeldung Übungsgruppen erste Vorlesungswoche --
Erfassung Studienleistung Februar 2020 --

Übungsblätter

Abgabe der Lösungen in die Briefkästen im RZ.

Blatt Ausgabe Abgabe
Blatt 1 21.10.2019 28.10.2019, 10 Uhr
Blatt 2 28.10.2019 04.11.2019, 10 Uhr
Blatt 3 04.11.2019 11.11.2019, 10 Uhr
Blatt 4 11.11.2019 18.11.2019, 10 Uhr
Blatt 5 18.11.2019 25.11.2019, 10 Uhr
Blatt 6 25.11.2019 02.12.2019, 10 Uhr
Blatt 7 02.12.2019 09.12.2019, 10 Uhr
Blatt 8 09.12.2019 16.12.2019, 10 Uhr
Blatt 9 16.12.2019 13.01.2020, 10 Uhr
Blatt 10 13.01.2020 20.01.2020, 10 Uhr
Blatt 11 20.01.2020 27.01.2020, 10 Uhr
Blatt 12 27.01.2020 03.02.2020, 10 Uhr
Blatt 13 03.02.2020 10.02.2020, 10 Uhr

Praktische Übungen

Die Abgabe der Lösungen erfolgt per E-Mail (mit der jeweiligen Quellcode-Datei im Anhang) an den Tutor.

Projekt Ausgabe Abgabe
Projekt 1 28.10.2019 11.11.2019, 10 Uhr
Projekt 2 11.11.2019 25.11.2019, 10 Uhr
Projekt 3 25.11.2019 09.12.2019, 10 Uhr
Projekt 4 09.12.2019 07.01.2020, 10 Uhr
Projekt 5 13.01.2020 27.01.2020, 10 Uhr
Projekt 6 27.01.2020 10.02.2020, 10 Uhr

Dateien

Projekt 1: fe_matrices.m, p1_poisson.m, p1_graded.m, red_refine.m, show_p1.m, triang_cube.m

Projekt 2: fe_matrices.m, p1_adaptive.m, rgb_refine.m, show_p1.m, sides.m, triang_cube.m

Projekt 3: Keine neuen Dateien

Projekt 4: multigrid.m, xmas.m

Projekt 5: Keine neuen Dateien

Projekt 6: dirichlet_neumann.m, bpx_precond_cg.m

Übungsgruppen

Gruppe Tutor Zeit/Ort
1 Christian Palus Do 12-14 Uhr (s.t.), SR 226, Hermann-Herder-Str. 10

E-Mail Tutor: christian.palus@mathematik.uni-freiburg.de

Praktikum

Gruppe Tutor Zeit/Ort
1 Nico Weber Mi 14-16 Uhr, CIP Pool 201, Hermann-Herder-Str. 10

E-Mail Tutor: nico.weber@mathematik.uni-freiburg.de

Literatur

Software

  • Für die Arbeit mit MATLAB gibt es kostenlose Studentenlizenzen (siehe Informationen des RZ zur MATLAB-Lizenz). Damit können Sie MATLAB auf Ihrem Rechner installieren oder die Online-Version im Browser nutzen.
  • Eine kostenlose, weitestgehend kompatible Aternative zu MATLAB ist die Open-Source-Software GNU Octave.