Programmierpraktikum

Computerpraktikum Wintersemester 2024/2025

Allgemeines

Modul:

Zielgruppe:

• Bachelor-Studiengänge Mathematik (Studienrichtungen MaMa, MaIn, MaTM) im 5. Semester,
• Master-Studiengänge (Studienrichtung MaFM, MaWM)

Einführungsveranstaltung

Termin der Auftaktveranstaltung:

• Montag, 14. 10. 2024 um 09.15 in der W044 (neu: C25.044) in Präsenz.

Inhalt des Praktikums

• selbstständiges Bearbeiten einer Aufgabenstellung am Computer unter Anleitung eines Betreuers,
• Bei Programmieraufgaben ist in der Regel (mit Ausnahmen) keine spezielle Programmiersprache vorgeschrieben.
• Die Einarbeitung in bisher unbekannte Sprachen und Themen kann Bestandteil des Praktikums sein.
• Programm und Ergebnisse sind schriftlich zu dokumentieren.

Zeitraum

• ein Semester, Gesamtarbeitsaufwand bis ca. 180 Stunden

Abschluss

• Abgabe eines schriftlichen Belegs beim Betreuer, siehe dazu auch die unten stehenden Hinweise.

Aufgaben

• frei ... Aufgabe ist frei und kann bearbeitet werden
• vergeben ... Aufgabe ist vergeben und in Bearbeitung

  Nr.	Status	Thema	Betreuer
  1	frei	Toolbox zur hochdimensionalen schnellen Fourier-Transformation mit mehreren Rang-1 Gittern	L. Kämmerer F. Taubert D. Potts
  2	frei	Dimensionsinkrementelle Algorithmen zur hochdimensionalen Approximation	F. Taubert D. Potts
  3	frei	Schnelle Algorithmen zur Matrix-Vektor-Multiplikation Vergleich von zwei verschiedenen Zugänge zur schnellen Matrix-Vektor-Multiplikation mit voll besetzten Matrizen	D. Potts
  4	vergeben	Bau eines Data Science Clusters aus Raspberry Pis Das Thema kann zu zweit bearbeitet werden, die Programmiersprache ist Python oder Julia. (zur Zeit wegen Chipkrise und Mondpreisen für RasPis nicht bearbeitbar)	M. Stoll R. Unger
  5	frei	Erstellung eines Multilayer Autoren-Graphen Es geht darum aus Artikeln einer bestimmten Zeitschrift Autoren, Teilnehmer und Beiträge einer bestimmten Konferenz zu filtern und diese in einen Multilayer-Graph zu übertragen. Programmiersprache wäre Python.	M. Stoll
  6	frei	Centralities für Multilayer-Graphen Hier sollen verschiedene Multilayer Centratilies in Python implementiert und deren Performance verglichen werden.	M. Stoll
  7	frei	Zentralitäten und Orientierungen des deutschen Bahnnetzes Im Rahmen dieser Arbeit sollen Zentralitäten und Orientierungen des deutschen Personennah- und fernverkehrs bestimmt und visualisiert werden.	K. Bergermann M. Stoll
  8	frei	Shoot 'Em up Programmierung eines 2D-Sidescroller-Game im klassischen Look	R. Unger
  9	frei	Wer hat, der kann ;-) Umsetzung eines von Ihnen mitgebrachten Problems mit den Bedingungen Das Problem ist zur Umsetzung im Computerpraktikum geeignet Es fällt in etwa in mein Fach/Interessengebiet, so dass ich es betreuen kann Dies kann also erst nach detaillierter Absprache starten, aber durchaus für alle Beteiligten interessant werden.	R. Unger
  10	vergeben	Phasenplots Visualisierung von Phasenportraits komplexer Funktionen	R. Unger
  11	frei	Mikrocontroller Alles rund um Mikrocontroller-Programmierung, speziell mit avr-gcc auf Attiny/Atmega oder arm-gcc auf ARM Plattformen wie STM32F1xxx, STM32 F4xxx oder RP2040 (Pi-Pico). Wir nutzen NICHT die Arduino-IDE ;-)	R. Unger
  12	frei	Auswertung von Summen orthogonaler Funktionen auf der Kreisscheibe Es sollen Funktionen auf der Kreisscheibe B2 approximiert werden. Als Ansatz wird die Funktion als Reihe über Basisfunktionen dargestellt.	P. Schröter
  13	frei	Simulation von stochastischen Prozessen In R, Julia, Python oder Matlab sollen verschiedene stochastische Prozesse simuliert und visualisiert werden, etwa das Gesetz der Großen Zahlen, der zentrale Grenzwertsatz parametrische stochastische Prozesse	A. Pichler D. Uhlig
  14	frei	Minimalflächen Implementierung der Darstellungsformel von Weierstraß	P. Reiter
  15	frei	Untersuchung parametrisierter Flächen Visualisierung von Flächenkurven	P. Reiter
  16	frei	Visualisierung von Kontaktmengen	R. Coles
  17	frei	Biomass Estimation in Controlled Agriculture Environments	S. Neumayer

  Empfehlungen und Hinweise

  Das Computerpraktikum lässt sich grob in vier Phasen einteilen:

  1. Algorithmenentwurf

  Zunächst gilt es, die Aufgabe zu verstehen und in einzelne Lösungsschritte zu zerlegen. Sinnvoll sind dazu folgende Fragestellungen
  • Welche Teilaufgaben/Unterprogramme gibt es?
  • Welche Algorithmen kommen für die Teilaufgaben in Frage?
  • Welche Algorithmen gibt es, etwa in Büchern?
  • Warum haben Sie dann Ihre(n) Algorithmus gewählt?

  2. Programmieren

  Zur Lösung Ihrer Aufgabe gilt es, vor Beginn der Implementierung
  • Das Programm zu strukturieren und modular zu gestalten
  • So weit nicht vom Betreuer vorgegeben, verwenden Sie die Programmiersprache Ihrer Wahl
  • Es kann nützlich sein, sich nach existierenden Lösungen insbesondere für Teilprobleme, umzuschauen

  3. Testen

  Ein häufig unterschätzter Abschnitt ist das Testen.
  • Funktioniert Ihr Programm?
  • Vergleichen Sie mit eventuell vorhandenen Programmen
  • Schreiben Sie Test-Fälle sowohl für den positiven Fall, als auch welche, bei denen Sie (bestimmte) Fehlermeldungen erwarten
  Selbst wenn der Abschnitt hier kurz ist, ist dieser Abschnitt üblicherweise zeitintensiv

  4. Bericht

  Ziel des Berichtes ist, dass ein/e Studierende/r Ihres Semesters nach dem Lesen das Programm verwenden kann und weiß, wozu es verwendet werden kann. Überlegen Sie vorher, was Sie beim Leser als bekannt voraussetzen können. Eine mögliche Gliederung ist etwa
  • Problemstellung
  • Algorithmus, sowie Entscheidungen aus Abschnitt 1
  • Zuverlässigkeit, Grenzen (etwa in der numerischen Genauigkeit)
  • Resultate und Interpretation
  • Offene Probleme und Fragestellungen
  Zu Resultaten gehört etwa ein Testlauf mit Laufzeitangaben, die auch Hardware, Betriebssystem, sowie Eingabedaten umfassen. Es gilt, das Experiment reproduzierbar zu beschreiben.

  Der Bericht sollte derart verfasst sein, dass alle Schritte nachvollziehbar sind und er als Grundlage des nächsten Praktikums dienen kann.

  Es empfiehlt sich, in LaTeX zu schreiben. Bei Algorithmen, Code, Ideen und Ansätzen aus anderen Quellen, denken Sie bitte daran, die Quellen mit anzugeben.

  Sonstiges

  • Eine ältere aber noch immer aktuelle Kurzanleitung zum Computerpraktikum:comp_prakt.pdf
  • Achten Sie bitte auf Lesbarkeit des Programmcodes,
    alternativ reichen Sie Ihr Praktikum beim The International Obfuscated C Code Contest und hoffen auf einen Gewinn ;-)