F7785 Numerické metody v astrofyzice

Přírodovědecká fakulta
jaro 2018
Rozsah
2/2. 3 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
Mgr. Viktor Votruba, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Zdeněk Janák (cvičící)
Mgr. Jiří Květoň, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: Mgr. Viktor Votruba, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
M1100 Matematická analýza I && M2100 Matematická analýza II && F2182 Lineární a multilin. algebra
Úspěšné absolovování předmětu Matematická analýza I,II či ekvivalentních. Doporučujeme také absolovování předmětu Praktikum z astronomie 1 a Úvod do fyziky hvězd.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Jiné omezení: L
Cíle předmětu
Hlavním cílem předmětu je seznámení s numerickými metodami, běžně používanými v astrofyzikálních aplikacích a jejich osvojení na takové úrovni, aby je po absolovování předmětu mohli sami používat.
Osnova
  • Základy práce s jazykem PYTHON, instalace prostředí a vědeckých knihoven NumPy, SciPy, AstroPy, AstroML a scikit-learn.
  • Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic s počáteční podmínkou a okrajový podmínkami, metody a jejich aplikace na problém hvězdných pulsací.
  • Základy numerického řešení parciálních diferenciálních rovnic metodou sítí, základní schémata a aplikace na rovnici advekce-difůze.
  • Numerická astrohydrodynamika, Eulerovy rovnice a jejich numerické řešení. Tvorba vlastního kódu a řešení problému slunečního větru a větru horkých hvězd.
  • Metody optimalizace problému, heuristické metody a genetické algoritmy, princip fungování a knihovna PIKAIA. Aplikace na problém určení orbitálních elementu spektroskopické dvojhvězdy z křivky změřených radiálních rychlostí.
  • Data-mining, princip práce s velkými objemy dat, metody s učením a bez učení. Aplikace na klasifikaci světelných křivek typu Mira z přehlídky Northern Sky Survey.
  • Použití protokolů Virtuální observatoře pro automatický přístup k astronomických datovým archívům, selekce datových zdrojů a inteligentní dotazování archívů. Aplikace sestrojení HR diagramu.
  • Týmová práce a sdílení projektů s pomocí GIT repozitářů a práce s nimi. Aplikace - vlastní projekty dle výběru.
Literatura
    doporučená literatura
  • BODENHEIMER, Peter. Numerical methods in astrophysics : an introduction. New York: Taylor & Francis, 2007, 329 s. ISBN 9780750308830. info
Výukové metody
2 hodiny klasických přednášek + 2 hodiny cvičení týdně
Metody hodnocení
Předpokladem pro zkoušku je zápočet za aktivní účast na cvičení, což obnáší účast na minimálně 80 % cvičení, plnění domácích úkolů a zhotovení vlastního projektu zadaného na cvičení. Studenti kombinovaného studia se mohou domluvit s vedoucím cvičení na jiném režimu, který nevyžaduje fyzickou účast na cvičení. Při vlastní ústní zkoušce bude posluchači zadán konkrétní problém, který bude muset umět vyřešit. K dispozici bude předinstalovaný počítač, resp. bude moci pracovat na vlastním počítači. Poznámky z přednášky i cvičení bude moci použít.
Další komentáře
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
Výuka probíhá každý týden.
L.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2016, jaro 2021.