Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Informatyki - Informatyka (S2)
specjalność: Sztuczna inteligencja

Sylabus przedmiotu Matematyka obliczeniowa:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Informatyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Matematyka obliczeniowa
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Metod Sztucznej Inteligencji i Matematyki Stosowanej
Nauczyciel odpowiedzialny Piotr Piela <Piotr.Piela@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Anna Barcz <Anna.Barcz@zut.edu.pl>, Marcin Korzeń <Marcin.Korzen@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL1 30 2,00,40zaliczenie
wykładyW1 30 2,00,60egzamin

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Wiedza z zakresu algebry liniowej i metod numerycznych.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Ukształtowanie umiejętności dobierania algorytmów obliczeniowych w zależności od postawionego zadania.
C-2Ukształtowanie umiejętności zmniejszania wpływu błędu obliczeń numerycznych na wynik końcowy.
C-3Ukształtowanie umiejętności tworzenia programów komputerowych wykorzystujących algorytmy numeryczne w różnego rodzaju zadaniach.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Wprowadzenie - zasady pracy i zaliczania.1
T-L-2Wykorzystanie środowiska Matlab/Simulink do rozwiązywania różnego rodzaju zadań obliczeniowych. Błędy obliczeń numerycznych. Szybkość działania, dokładności i przydatności algorytmów obliczeniwych.3
T-L-3Rozkłady macierzy. Wyznaczanie wartości własnych macierzy.2
T-L-4Rozwiązywanie układów równań liniowych.4
T-L-5Metody rozwiązywania układów równań nieliniowych.2
T-L-6Przybliżanie funkcji: interpolacja i aproksymacja funkcji dwóch zmiennych.4
T-L-7Numeryczne wyznaczanie pochodnych funkcji.2
T-L-8Całkowanie numeryczne funkcji dwóch zmiennych.2
T-L-9Rozwiązywanie równań i układów równań różniczkowych zwyczajnych.6
T-L-10Rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych.4
30
wykłady
T-W-1Złożoność obliczeniowa. Numeryczna algebra macierzy. Postacie macierzy (wstęgowe, rzadkie, blokowe, przekątniowe).4
T-W-2Algorytmy ortogonalizacji. Efektywne metody wyznaczania wartości własnych.2
T-W-3Rozkłady macierzy (LU, QR, SVD).2
T-W-4Metody rozwiązywania układów równań liniowych z macierzą gęstą.4
T-W-5Macierze rzadkie. Rozwiązywanie układów równań liniowych z macierzami rzadkimi.2
T-W-6Rozwiązywanie równań i układów równań nieliniowych.2
T-W-7Metody numerycznego obliczania pochodnych funkcji jednej i dwóch zmiennych.2
T-W-8Całkowanie numeryczne funkcji jednej i wielu zmiennych.2
T-W-9Interpolacja funkcji jednej i dwóch zmiennych.2
T-W-10Aproksymacja funkcji wielu zmiennych.2
T-W-11Rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych. Dobór kroku całkowania, zbieżność i stabilność metod.4
T-W-12Rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych.2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w laboratoriach30
A-L-2Przygotowanie do zajęć8
A-L-3Praca własna nad zadaniami dodatkowymi10
A-L-4Konsultacje do laboratoriów2
50
wykłady
A-W-1Udział w wykładach30
A-W-2Udział w konsultacjach do wykładu2
A-W-3Przygotowanie do egzaminu16
A-W-4Udział w egzaminie2
50

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład z prezentacją i przykładami
M-2Ćwiczenia laboratoryjne - samodzielna praca studenta, burza mózgów, analiza i omówienie działania algorytmów

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Wykład - egzamin pisemny (pytania testowe jednokrotnego wyboru oraz pytania otwarte), zaliczenie po uzyskaniu 50% maksymalnej liczby punktów
S-2Ocena formująca: Ćwiczenia laboratoryjne - ocena ciągła pracy studenta, zadania realizowane na poszczególnych zajęciach oceniane są w formie punktów, ocena końcowa uzależniona od liczby zgromadzonych punktów.

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
I_2A_B01_W01
W wyniku przeprowadzonych zajęć studenci będą w stanie dobierać odpowiednie algorytmy obliczeniowe z uwzględnieniem ich złożoności obliczeniowej i szybkości działania oraz identyfikować i ograniczać błędy generowane podczas obliczeń numerycznych.
I_2A_W01C-1T-W-11, T-W-6, T-W-12, T-W-10, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-2, T-W-8, T-W-9, T-W-1, T-W-7M-1S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
I_2A_B01_U01
W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć samodzielnie rozwiązywać problemy obliczeniowe, uwzględniając dobór odpowiednich algorytmów i ich implementację w wybranym środowisku programistycznym oraz wpływ błędów na uzyskane wyniki.
I_2A_U04, I_2A_U06C-1, C-3T-L-9, T-L-8, T-L-6, T-L-4, T-L-10, T-L-5, T-L-2, T-L-7, T-L-3M-2S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
I_2A_B01_W01
W wyniku przeprowadzonych zajęć studenci będą w stanie dobierać odpowiednie algorytmy obliczeniowe z uwzględnieniem ich złożoności obliczeniowej i szybkości działania oraz identyfikować i ograniczać błędy generowane podczas obliczeń numerycznych.
2,0Student nie potrafi dobierać algorytmów obliczeniowych w zalezności od postawionego zadania.
3,0Student potrafi wybrać algorytm obliczeniowy w zalezności od postawionego zadania z grupy podanych algorytmów.
3,5Student potrafi samodzielnie dobrać algorytm obliczeniowy w zalezności od postawionego zadania.
4,0Student potrafi dobierać algorytmów obliczeniowych w zalezności od postawionego zadania z uwzględnieniem ich złożoności.
4,5Student potrafi dobierać algorytmów obliczeniowych w zalezności od postawionego zadania z uwzględnieniem ich złożoności i szybkości działania.
5,0Student potrafi uzasadnić wybór algorytmu obliczeniowego w zależności od postawionego zadania i okreslić złożoność i szybkość działania wybranego algorytmu.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
I_2A_B01_U01
W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć samodzielnie rozwiązywać problemy obliczeniowe, uwzględniając dobór odpowiednich algorytmów i ich implementację w wybranym środowisku programistycznym oraz wpływ błędów na uzyskane wyniki.
2,0Student nie potrafi rozwiązywać problemów obliczeniowych.
3,0Student potarafi rozwiązywać proste problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.
3,5Student potarafi rozwiązywać złożone problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.
4,0Student potarafi rozwiązywać złożone problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.
4,5Student potarafi rozwiązywać złożone problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym oraz potrafi dobrać algorytm ograniczając wpływ błędów na otrzymane wyniki.
5,0Student potarafi przeprowadzić analizę i ocenę jakości rozwiązania złożonych problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.

Literatura podstawowa

  1. Kincaid D., Cheney W., Analiza numeryczna, WNT, Warszawa, 2006, III
  2. Kiełbasiński A., Schwetlick H., Numeryczna algebra liniowa, WNT, Warszawa, 1992, II
  3. Fortuna Z., Macukow B., Wąsowski J., Metody numeryczne, WNT, Warszawa, 1993, II

Literatura dodatkowa

  1. Bożek B., Metody obliczeniowe i ich komputerowa realizacja, Wydawnictwa AGH, Kraków, 2005, I
  2. Mrozek B., Mrozek Z., Matlab i Simulink. Poradnik użytkownika, Helion, Gliwice, 2004, III
  3. Matulewski J., Dziubak T., Sylwestrzak M., Płoszajczak R., Grafika, Fizyka, Metody numeryczne, PWN, Warszawa, 2010, I
  4. Kiciak P., Podstawy modelowania krzywych i powierzchni, WNT, Warszawa, 2005, II
  5. Rosenwasser E., Yosupov R., Sensitivity of automatic control systems, CRC Press, Washington, 2000
  6. Palczewski A., Równania różniczkowe zwyczajne, WNT, Warszawa, 2004, II
  7. Matulewski J., Dziubak T., Sylwestrzak M., Płoszajczak R., Grafika, Fizyka, Metody numeryczne, PWN, Warszawa, 2010, I
  8. Popov O., Metody numeryczne i optymalizacja, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2003, II

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Wprowadzenie - zasady pracy i zaliczania.1
T-L-2Wykorzystanie środowiska Matlab/Simulink do rozwiązywania różnego rodzaju zadań obliczeniowych. Błędy obliczeń numerycznych. Szybkość działania, dokładności i przydatności algorytmów obliczeniwych.3
T-L-3Rozkłady macierzy. Wyznaczanie wartości własnych macierzy.2
T-L-4Rozwiązywanie układów równań liniowych.4
T-L-5Metody rozwiązywania układów równań nieliniowych.2
T-L-6Przybliżanie funkcji: interpolacja i aproksymacja funkcji dwóch zmiennych.4
T-L-7Numeryczne wyznaczanie pochodnych funkcji.2
T-L-8Całkowanie numeryczne funkcji dwóch zmiennych.2
T-L-9Rozwiązywanie równań i układów równań różniczkowych zwyczajnych.6
T-L-10Rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych.4
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Złożoność obliczeniowa. Numeryczna algebra macierzy. Postacie macierzy (wstęgowe, rzadkie, blokowe, przekątniowe).4
T-W-2Algorytmy ortogonalizacji. Efektywne metody wyznaczania wartości własnych.2
T-W-3Rozkłady macierzy (LU, QR, SVD).2
T-W-4Metody rozwiązywania układów równań liniowych z macierzą gęstą.4
T-W-5Macierze rzadkie. Rozwiązywanie układów równań liniowych z macierzami rzadkimi.2
T-W-6Rozwiązywanie równań i układów równań nieliniowych.2
T-W-7Metody numerycznego obliczania pochodnych funkcji jednej i dwóch zmiennych.2
T-W-8Całkowanie numeryczne funkcji jednej i wielu zmiennych.2
T-W-9Interpolacja funkcji jednej i dwóch zmiennych.2
T-W-10Aproksymacja funkcji wielu zmiennych.2
T-W-11Rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych. Dobór kroku całkowania, zbieżność i stabilność metod.4
T-W-12Rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych.2
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w laboratoriach30
A-L-2Przygotowanie do zajęć8
A-L-3Praca własna nad zadaniami dodatkowymi10
A-L-4Konsultacje do laboratoriów2
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Udział w wykładach30
A-W-2Udział w konsultacjach do wykładu2
A-W-3Przygotowanie do egzaminu16
A-W-4Udział w egzaminie2
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięI_2A_B01_W01W wyniku przeprowadzonych zajęć studenci będą w stanie dobierać odpowiednie algorytmy obliczeniowe z uwzględnieniem ich złożoności obliczeniowej i szybkości działania oraz identyfikować i ograniczać błędy generowane podczas obliczeń numerycznych.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_2A_W01Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie matematyki stosowanej i inżynierii obliczeniowej
Cel przedmiotuC-1Ukształtowanie umiejętności dobierania algorytmów obliczeniowych w zależności od postawionego zadania.
Treści programoweT-W-11Rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych. Dobór kroku całkowania, zbieżność i stabilność metod.
T-W-6Rozwiązywanie równań i układów równań nieliniowych.
T-W-12Rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych.
T-W-10Aproksymacja funkcji wielu zmiennych.
T-W-3Rozkłady macierzy (LU, QR, SVD).
T-W-4Metody rozwiązywania układów równań liniowych z macierzą gęstą.
T-W-5Macierze rzadkie. Rozwiązywanie układów równań liniowych z macierzami rzadkimi.
T-W-2Algorytmy ortogonalizacji. Efektywne metody wyznaczania wartości własnych.
T-W-8Całkowanie numeryczne funkcji jednej i wielu zmiennych.
T-W-9Interpolacja funkcji jednej i dwóch zmiennych.
T-W-1Złożoność obliczeniowa. Numeryczna algebra macierzy. Postacie macierzy (wstęgowe, rzadkie, blokowe, przekątniowe).
T-W-7Metody numerycznego obliczania pochodnych funkcji jednej i dwóch zmiennych.
Metody nauczaniaM-1Wykład z prezentacją i przykładami
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Wykład - egzamin pisemny (pytania testowe jednokrotnego wyboru oraz pytania otwarte), zaliczenie po uzyskaniu 50% maksymalnej liczby punktów
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi dobierać algorytmów obliczeniowych w zalezności od postawionego zadania.
3,0Student potrafi wybrać algorytm obliczeniowy w zalezności od postawionego zadania z grupy podanych algorytmów.
3,5Student potrafi samodzielnie dobrać algorytm obliczeniowy w zalezności od postawionego zadania.
4,0Student potrafi dobierać algorytmów obliczeniowych w zalezności od postawionego zadania z uwzględnieniem ich złożoności.
4,5Student potrafi dobierać algorytmów obliczeniowych w zalezności od postawionego zadania z uwzględnieniem ich złożoności i szybkości działania.
5,0Student potrafi uzasadnić wybór algorytmu obliczeniowego w zależności od postawionego zadania i okreslić złożoność i szybkość działania wybranego algorytmu.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięI_2A_B01_U01W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć samodzielnie rozwiązywać problemy obliczeniowe, uwzględniając dobór odpowiednich algorytmów i ich implementację w wybranym środowisku programistycznym oraz wpływ błędów na uzyskane wyniki.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_2A_U04Potrafi wykorzystywać poznane metody, techniki i modele do rozwiązywania złożonych problemów
I_2A_U06Potrafi stosować metody analityczne i eksperymentalne do rozwiązywania złożonych problemów w tym obliczeniowych
Cel przedmiotuC-1Ukształtowanie umiejętności dobierania algorytmów obliczeniowych w zależności od postawionego zadania.
C-3Ukształtowanie umiejętności tworzenia programów komputerowych wykorzystujących algorytmy numeryczne w różnego rodzaju zadaniach.
Treści programoweT-L-9Rozwiązywanie równań i układów równań różniczkowych zwyczajnych.
T-L-8Całkowanie numeryczne funkcji dwóch zmiennych.
T-L-6Przybliżanie funkcji: interpolacja i aproksymacja funkcji dwóch zmiennych.
T-L-4Rozwiązywanie układów równań liniowych.
T-L-10Rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych.
T-L-5Metody rozwiązywania układów równań nieliniowych.
T-L-2Wykorzystanie środowiska Matlab/Simulink do rozwiązywania różnego rodzaju zadań obliczeniowych. Błędy obliczeń numerycznych. Szybkość działania, dokładności i przydatności algorytmów obliczeniwych.
T-L-7Numeryczne wyznaczanie pochodnych funkcji.
T-L-3Rozkłady macierzy. Wyznaczanie wartości własnych macierzy.
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne - samodzielna praca studenta, burza mózgów, analiza i omówienie działania algorytmów
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Ćwiczenia laboratoryjne - ocena ciągła pracy studenta, zadania realizowane na poszczególnych zajęciach oceniane są w formie punktów, ocena końcowa uzależniona od liczby zgromadzonych punktów.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi rozwiązywać problemów obliczeniowych.
3,0Student potarafi rozwiązywać proste problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.
3,5Student potarafi rozwiązywać złożone problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.
4,0Student potarafi rozwiązywać złożone problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.
4,5Student potarafi rozwiązywać złożone problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym oraz potrafi dobrać algorytm ograniczając wpływ błędów na otrzymane wyniki.
5,0Student potarafi przeprowadzić analizę i ocenę jakości rozwiązania złożonych problemy obliczeniowe w wybranym środowisku programistycznym.