Podstawy fizyki obliczeniowej

przedmiot fakultatywny

- godziny realizowane z udziałem nauczyciela: 30 h;

- czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu: 15 h;

- czas wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 15 h;

W1 - posiada podstawową wiedzę niezbędną do opisu, symulacji i analizy zjawisk fizycznych, takich jak zdarzenia rzadkie w fizyce i biologii (np. przejścia fazowe, zmiany konformacyjne) (fizyka K_W01, fizyka techniczna K_W01);

W2 - rozumie rolę metod teoretycznych oraz symulacji komputerowych w metodologii badań naukowych; posiada świadomość ograniczeń technicznych i technologicznych w badaniach naukowych (fizyka K_W02, fizyka K_W06, fizyka techniczna K_W03);

W3 - zna podstawowe pakiety oprogramowania użytkowego do analizy i opracowania danych, zna zaawansowane narzędzia do poszukiwania informacji ważnych w biologii i fizyce (fizyka techniczna K_W07);

U1 - efektywnie poszukuje niezbędnych informacji do rozwiązywania problemów problemów fizycznych, takich jak szacowanie wartości oczekiwanych na podstawie symulacji komputerowych, oraz informatycznych, w szczególności problemów dotyczących implementacji nauczanych metod obliczeniowych; posiada umiejętność samodzielnego wyszukiwania i wykorzystywania informacji z zakresu informatyki i dziedzin powiązanych (fizyka K_U03);

U2 - posiada rozszerzone umiejętności samodzielnej pracy; potrafi określić niezbędny zakres wiedzy, jaki trzeba zdobyć, by zrealizować określony projekt; posiada umiejętność zdobywania wiedzy i wykorzystuje przy tym różnorodne techniki dostępu do informacji (fizyka K_U04);

U3 - potrafi planować i przeprowadzać proste eksperymenty, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski (fizyka techniczna K_U03, fizyka K_U03);

U4 - rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się powodowanego pojawianiem się nowych osiągnięć, nowych technologii (fizyka K_U09);

K1 - rozumie potrzebę wymiany informacji w grupach osób zajmujących się informatyką; rozumie możliwości, jakie daje edukacja akademicka (fizyka K_K01, K_K04; fizyka techniczna K_K01);

K2 - rozumie potrzebę ciągłego dokształcania powodowanego pojawianiem się nowych osiągnięć, nowych technologii, etc.; rozumie potrzebę wymiany informacji w grupach osób zajmujących się informatyką; rozumie możliwości, jakie daje edukacja akademicka (fizyka K_K01, fizyka techniczna K_K01);

K3 - rozumie potrzebę upowszechniania wiedzy inżynierskiej w formie dostępnej bez opłat; rozumie i docenia znaczenie prowadzenia badań oraz uczciwości intelektualnej (fizyka K_K03, fizyka techniczna K_K03);

- wykład konwersatoryjny
- wykład problemowy

- klasyczna metoda problemowa
- obserwacji

Kurs omawia podstawowe zagadnienia fizyki obliczeniowej.

1. Mechanika klasyczna.

1. 1. Próbkowanie.

1. 2. Zespoły statystyczne.

2. Monte Carlo.

2. 1. Próbkowanie wzmocnione.

2. 2. Metoda Metropolisa-Hastingsa.

3. Dynamika molekularna.

3. 1. Przestrzeń fazowa.

3. 2. Integrator Verleta.

3. 3. Zachowanie energii.

4. Zdarzenia rzadkie.

4. 1. Skale czasowe.

4. 2. Zmienne kolektywne.

4. 3. Energia swobodna.

5. Dynamika kwantowa.

5. 1. Metoda Borna-Oppenheimera.

5. 2. Metoda Ehrenfesta.

5. 3. Metoda Cara-Parrinello.

6. Elementy uczenia maszynowego w fizyce obliczeniowej.

6. 1. Metody gradientowe.

6. 2. Uczenie głębokie.

1. M. Tuckerman, Statistical Mechanics: Theory and Simulation.

2. D. Chandler, Introduction to Modern Statistical Mechanics.

3. D. W. Heerman, Computer Simulation Methods in Theoretical Physics.

4. T. Pang, An Introduction to Computational Physics.

5. D. Landau, K. Binder, A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics.

Zaliczenie zajęć (na ocenę) odbywa się na podstawie testu końcowego weryfikującego efekty uczenia się: W1, W2, W3, U1, U2, U3, U4.

Kryteria oceniania:

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5