От автоматизации эксперимента к решению уравнений (Python и Wolfram Mathematica)

2024/2025

Статус: Общеуниверситетский факультатив

Кто читает: Факультет физики

Когда читается: 3, 4 модуль

Охват аудитории: для всех

Преподаватели: Блуменау Марк Ильич, Никитин Илья Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 5

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Навыки программирования в том или ином виде необходимы практически каждому современному ученому. В первой части курса мы рассмотрим задачи автоматизации эксперимента, общения с лабораторными приборами и работы сполученными данными с помощью языка программирования Python. Во второй части курса будут рассмотрены задачичисленного и аналитического решения уравнений (в т.ч. решение задач методом размерности), взятия рядов и интегралов,построения качественных графиков и фитирования при помощи системы компьютерной алгебры Wolfram Mathematica. На дисциплину предусмотрен отбор. Предпочтение отдается студентам следующих направлений подготовки Московского кампуса:Направления для отбора на факультатив:• 03.03.02 Физика• 04.03.01 Химия• 06.03.01 Биология• 05.03.02 География• 01.03.01 Математика• 01.03.02 Прикладная математика и информатика• 01.03.04 Прикладная математика• 09.03.01 Информатика и вычислительная техника• 09.03.04 Программная инженерия• 10.03.01 Информационная безопасность• 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Цель освоения дисциплины

Научиться снимать данные с лабораторного оборудования при помощи Python • Овладеть базовыми конструкциями языка Wolfram Mathematica • Научиться обрабатывать данные и визуализировать полученные результаты

Планируемые результаты обучения

Научить снимать данные с лабораторного оборудования при помощи Python
Уметь Пакетами Matplotlib, SciPy, NumPy обрабатывать и визуализировать данные
Уметь численно и аналитически решать уравнения, брать суммы и интегралы с помощью языка Wolfram Mathematica
Уметь строить с помощью языка Wolfram Mathematica графики и кастомизировать их

Содержание учебной дисциплины

Numpy, Scipy, Matplotlib, Pandas.
Общение с приборами через pyserial и pyvisa. Работа с Arduino и Raspberry Pi Pico.
Общение с инструментами в локальной сети и сети Интернет. Общение с базами данных
Разделение потоков и использование нескольких ядер процессора в Python для работы с приборами
Зачем нужна Mathematica? Установка. Математические операции с символьными выражениями. Интеграция Wolfram Alpha. Функции. Чистые функции. Компиляция и параллелизм
Работа с единицами измерения. Решение задач методом размерности в Mathematica. Списки. Листы. Таблицы. Матрицы. Матричная экспонента.
Численное интегрирование и суммирование. Численное решение дифференциальных уравнений. Импортирова- ние данных. Графики в Mathematica. Кастомизация. Фитирование. Базовая работа с фигурами. Функция Manipulate
Установка библиотек. MaTeX. SciDraw. Кастомизация графиков в SciDraw.

Элементы контроля

Домашнее задание
Для получения 5 баллов достаточно идеально выполнить 4 домашних задания. Плохо решенные домашние задания можно компенсировать решением дополнительных задач. Оценка за данную часть не может превышать 5 баллов (т. е. формула min(5, накоп)).
Домашнее задание
Для получения 5 баллов достаточно выполнить 4 домашних задания. Оценка за данную часть не может превышать 5 баллов (т. е. формула min(5, накоп)).

Промежуточная аттестация

2024/2025 3rd module
1 * Домашнее задание
2024/2025 4th module
1 * Домашнее задание

Список литературы

Авторы

Панкратова Елена Игоревна
Блуменау Марк Ильич

Программа дисциплины