Компьютерная математика

Краткое содержание учебной дисциплины, модуля / Brief summary

Назначение, характеристика, структура пакета MATLAB. Интерфейс пользователя.

Встроенные типы данных. Векторы, матрицы, многомерные массивы.

Элементы программирования.

Сценарии, функции, переменные.

Основы объектно-ориентированного программирования, классы и объекты.

Высокоуровневая и дескрипторная графика.

Средства создания приложений с графическим интерфейсом пользователя.

Импорт и экспорт данных.

Вычисления в MATLAB. Обработка данных.

Компьютерное моделирование и Simulink.

Динамические системы.

Решатели (Solver) и интеграторы (Integrator).

Взаимодействие и обмен данными между MATLAB и Simulink.

S-функции.

Управляемые подсистемы.

Системы, управляемые событиями. 

Диаграммы состояний.

Purpose, characteristics, structure of MATLAB package. User interface.

Built-in data types. Vectors, matrices, multidimensional arrays.

Elements of programming.

Scripts, functions, variables.

Basics of object-oriented programming, classes and objects.

High-level and descriptor graphics.

Means of creating applications with graphical user interface.

Data import and export. 

Calculations in MATLAB. Data processing.

Computer modeling and Simulink.

Dynamic systems.

Solvers and Integrators.

Interaction and data exchange between MATLAB and Simulink.

S-functions.

Controlled subsystems.

Event-driven systems.

Stateflow diagrams.

Формируемые компетенции / The formed competences

базовые профессиональные компетенции:

БПК-3. Применять теоретические знания и навыки в самостоятельной

исследовательской деятельности;

БПК-6. Применять современные технологии и базовые конструкции языков программирования для реализации алгоритмических прикладных задач и разработки веб-проектов;

БПК-9. Применять инновационные информационные технологии и современные языки программирования.

специализированные компетенции:

СК-1. Осуществлять анализ контекста и поставленной проблемы, аргументированно выбирать оптимальный способ ее решения, согласовывать частичные проекты решения в общую согласованную архитектуру, выполнять реализацию проекта с учетом оценки накопленных и поступающих данных;

СК-6. Применять современные компьютерные математические системы для проведения вычислительного (компьютерного) эксперимента.

basic professional competencies: 

BPC-3. Apply theoretical knowledge and skills in independent research activity;

BPC-6. Apply modern technologies and basic constructions of programming languages for realization of algorithmic applied tasks and development of web-projects;

BPC-9. Apply innovative information technologies and modern programming languages.

specialized competencies:

SC-1. Analyze the context and the problem posed, make a reasoned choice of the best way to solve it, coordinate partial solution projects into a common coherent architecture, implement the project taking into account the evaluation of accumulated and incoming data;

SC-6. Apply modern computer mathematical systems to conduct computational (computer) experiment.

Результаты обучения (знать, уметь, владеть) / Learning outcomes (know, can, be able)

знать:

– идеологию системы и принципы работы в ней; инструментальные средства, элементы управления, интерфейс; структуры данных; особенности построения функций пользователя; особенности построения имитационных моделей и

проведения экспериментов; возможности визуализации исследований и оформления результатов исследований в виде публикаций;

– особенности языков программирования, графических языков моделирования в среде каждого пакета;

уметь:

– применять современный математический аппарат в эффективной интеграции с инструментальными компьютерными математическими средствами; 

– создавать и исследовать математические, компьютерные, имитационные модели различных уровней абстракции; 

– разрабатывать и анализировать алгоритмы, методы и программные решения по тематике выполняемых исследований; 

– квалифицированно применять языки программирования и графические языки моделирования современных систем компьютерной математики; 

– проводить анализ результатов исследований, строить информационные модели в средах современных математических пакетов; 

– готовить материалы к публикации, в том числе в электронных изданиях, по тематике и результатам проводимых исследований; 

– самостоятельно расширять компьютерные математические знания с дальнейшим их использованием при построении и анализе математических и компьютерных моделей широкого круга теоретических и прикладных задач.

владеть:

– методами и приемами построения моделей объектов, данных, процессов, систем; 

– методами и приемами динамического междисциплинарного моделирования сложных технических систем; 

– инструментом Simulink для модельно-ориентированного проектирования, графическим языком Stateflow для создания комбинаторной логики и логики принятия решений при построении имитационных моделей динамических систем; 

– методами исследований и решения проблем математического содержания с использованием математических компьютерных приложений.

know: 

— system ideology and principles of work in it; tools, controls, interface; data structures; peculiarities of building user functions; peculiarities of building simulation models and conducting experiments; possibilities of visualization of researches and registration of research results in the form of publications.

conducting experiments; possibilities of visualization of researches and registration of research results in the form of publications;

— peculiarities of programming languages, graphical modeling languages in the environment of each package; 

be able to: 

— apply modern mathematical apparatus in effective integration with instrumental computerized mathematical tools;

— create and investigate mathematical, computer, simulation models of various levels of abstraction;

— develop and analyze algorithms, methods and software solutions on the subject of the research to be performed;

— skillfully apply programming languages and graphic languages modeling modern computer mathematics systems;

— analyze research results, build information

models in the environments of modern mathematical packages;

— prepare materials for publication, including in electronic editions, on the subject and results of the conducted research;

— independently expand computer mathematical knowledge with further use them in the construction and analysis of mathematical and computer models of a wide range of theoretical and computer models of a wide range of theoretical and applied problems. 

possess: 

— methods and techniques of building models of objects, data, processes, systems;

— methods and techniques of dynamic interdisciplinary modeling of complex technical systems; and complex technical systems;

— Simulink tool for model-oriented design, Stateflow graphical language for creating combinatorial logic and logic of decision-making logic for                                                               building simulation models of dynamic systems;

— methods of research and solving problems with mathematical content using mathematical computer applications.

Семестр изучения учебной дисциплины, модуля / Semester of study

3

3

Пререквизиты / Prerequisites

«Математический анализ», «Алгебра и теория чисел», «Геометрия», «Методы программирования»

«Mathematical Analysis», «Algebra and Number Theory», «Geometry», «Programming Methods»

Трудоемкость в зачетных единицах (кредитах) / Credit units

3

3

Количество аудиторных часов и часов самостоятельной работы / Academic hour of students’ class work, 

hours of self-directed learning

всего 108 часов, в том числе 72 аудиторных часов, из них: лекции – 36 часов, лабораторные занятия – 30 часов, управляемая самостоятельная работа – 6 часов.

total 108 hours, including 72 hours of students’ class work, including: lectures – 36 hours, laboratory classes – 30 hours, self-directed learning – 6 hours.

Требования и формы текущей и промежуточной аттестации / Requirements and forms of current and interim certification

Текущая аттестация: отчет по лабораторной работе с устной защитой; отчет по заданиям УСР с устной защитой; контрольный опрос; контрольная работа.

Промежуточная аттестация: экзамен

Current certification: report on laboratory work with oral defense; report on the self-directed learning tasks with oral defense; control questioning; control work.

Interim certification: exam