Kaufmann Zoltán, Kormányos Andor, Papp Eszter, Rakyta Péter, Stéger József, Udvarnoki Zoltán

Fizika numerikus módszerei II 2023/tavasz - feladatok

Konzultáció

Amelyik gyakorlaton nincs beszámolás, ott a teljes gyakorlat ideje konzultációra használható. Amelyik gyakorlaton beszámolás történik, ott a beszámolás után fennmaradt időben tudunk a megoldásokhoz tanácsokat adni.

A labor látogatása kötelező.



Házi feladatok

A házi feladatokat a k8plex-edu.elte.hu-ban levő mappájukban találhatják meg és ezen keresztül szedjük be. A megoldásokat úgy kell elkészíteni, hogy a k8plex-en le tudjanak futni.

A házi feladatok és az elméleti zh eredményei, érdemjegyek


1. feladat

Függvényillesztés és modell illeszkedés

A lineáris χ2-illesztés módszere olyan illesztési problémákat jelent, ahol az illesztendő függvény felírható tetszőleges függvények lineárkombinációjaként és az illesztési paraméterek a lineárkombináció együtthatóinak szerepét töltik be. A feladat első részében ezt a módszert használjuk egy adatsorra való illesztés elvégzésére. Ezután megvizsgáljuk, hogyan határozható meg az illesztési paraméterek hibája, továbbá, hogy egy polinomon illesztés esetén esetén mennyire jó a modell, amelyet használunk.

A feladatot tartalmazó jupyter notebook innen is letölthető.

Beküldési határidő: április 3, 7.00

2. feladat

Mozgásegyenletek numerikus integrálása

A feladatban egydimenziós harmonikus és anharmonikus oszcillátor mozgásegyenleteit oldjuk meg numerikusan. Erre egy adaptív Runge-Kutta eljárást implementáló Python függvényt használhatunk, amely a lépéshossz nagyságát hibabecslés alapján állítja be. A számolást elvégezhetjük az Euler módszerrel, illetve egy nem-adaptív Runge-Kutta eljárással is. Érdekes összehasonlítani, hogy az egyes módszereknél mennyire teljesül pl. az energiamegmaradás a mozgásegyenletek integrálása során.
A különböző potenciálokban való mozgás értelmezését segíti, ha Fourier-transzformáljuk az x(t) kitérés függvényt. Mivel az adaptív lépéshossz nem egyenletes időközönkét adja meg ennek a függvénynek az értékét, ezért interpoláció segítségével egyenletes időlépésen értelmezett adatokat gyártunk le, majd kiszámoljuk ezek frekvencia spektrumát.

A feladatot tartalmazó jupyter notebook innen is letölthető.
Az Runga-Kutta eljárást implementáló scipy.integrate.RK45 függvény használatára egy kidolgozott példát itt találhatnak.

Beküldési határidő: április 17, 7:00

3. feladat

Főkomponens analízis

Sokdimenziós adathalmazok esetén könnyen előfordulhat, hogy az egyes dimenziók nem teljesen függetlenek egymástól, de az összefüggések átlátása és kiderítése - a magas dimenziószám miatt - nem egyszerű. A feladatban egy adatelemzési módszert, az ún. főkomponens analízist (az angol rövidítéssel: PCA) tudjuk gyakorolni, amely segíthet a fenti típusú probléma kezelésében. Először egy alacsony dimenziós problémát tekintünk az Egri Vár törököktől való visszafoglalásának apropóján. Ezután pedig egy sokdimenziós feladat megoldásával foglalkozunk. Mivel az előző félévben macskás gif-t használó feladattal találkozhattak, a kiegyensúlyozottság jegyében most kutyás fényképekkel fogunk dolgozni.

A feladatot tartalmazó jupyter notebook innen is letölthető.

Beküldési határidő: május 1, 7:00

4. feladat

Passzív áramkörök numerikus vizsgálata

A feladatok során passzív áramköri elemekből összállított analóg szűrőket vizsgálunk, de az alkalmazott módszerek a jelfeldolgozás területén általánosan használhatók. A feladatok megoldása során az ahkab áramkörszimulációs csomagot vesszük igénybe, mely nagy időfelbontással számítja ki az áramkör egyes csomópontjaiban megjelenő jelalakokat (időfüggő feszültségeket), majd az eredményeket Fourier transzformáció segítségével analizáljuk.

A feladatot tartalmazó jupyter notebook innen is letölthető.

Beküldési határidő: május 15, 7:00

5. feladat

Időbeli folyamatok korrelációjának vizsgálata

Időbeli folyamatok vizsgálatakor érdekes kérdés, hogy két változó "mennyire egyszerre" változik, illetve a változások milyen időbeli eltolással követik egymást. Az időbeli folyamatok korrelációs függvényeinek vizsgálata fontos eszköz lehet a folyamatok mélyebb megértéséhez is. A feladatban a véletlenszerű folyamatok két fő fajtáját fogjuk vizsgálni. Az első esetben a rendszert leíró egyenlet véletlen változót tartalmaz. A második esetben, kaotikus rendszereknél viszont az egyenlet(ek) teljesen determinisztikus(ak), hosszú távon mégis véletlenszerű viselkedést mutathat(nak).

A feladatot tartalmazó jupyter notebook innen is letölthető.

Beküldési határidő: május 29, 7:00