Annalisa DE CARO | FISICA COMPUTAZIONALE AVANZATA
Annalisa DE CARO FISICA COMPUTAZIONALE AVANZATA
cod. 0522600059
FISICA COMPUTAZIONALE AVANZATA
0522600059 | |
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO" | |
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE | |
FISICA | |
2023/2024 |
ANNO CORSO 1 | |
ANNO ORDINAMENTO 2021 | |
SECONDO SEMESTRE |
SSD | CFU | ORE | ATTIVITÀ | |
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FIS/03 | 4 | 32 | LEZIONE | |
FIS/03 | 2 | 24 | LABORATORIO |
Obiettivi | |
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L'INSEGNAMENTO HA L'OBIETTIVO DI CONSOLIDARE LA FORMAZIONE DEGLI STUDENTI NELL'UTILIZZO DEGLI STRUMENTI COMPUTAZIONALI SIA DI BASE CHE AVANZATI NECESSARI PER STUDIARE SISTEMI FISICI, MA ANCHE STATISTICI E BIOLOGICI, DAI PIÙ SEMPLICI AI PIÙ COMPLESSI. CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE L’INSEGNAMENTO INTENDE FORNIRE ALLO STUDENTE CONOSCENZE AVANZATE RIGUARDANTI I METODI NUMERICI FONDAMENTALI PER LA RISOLUZIONE DI DIVERSE TIPOLOGIE DI PROBLEMI IN FISICA E LA CAPACITÀ DI COMPRENDERE/APPRENDERE AUTONOMAMENTE ULTERIORI NOZIONI AVANZATE. IN PARTICOLARE, È PREVISTO LO STUDIO DI ALGORITMI PER L’INDIVIDUAZIONE DI NUMERI PRIMI, PER L’INTEGRAZIONE DI FUNZIONI, PER LO STUDIO DI SISTEMI STATISTICI CON EVOLUZIONE CASUALE E HAMILTONIANA, PER L’ANALISI DI DATI NUMERICI, PER LA DIAGONALIZZAZIONE DI MATRICI, PER LA DEFINIZIONE E LA RISOLUZIONE DI HAMILTONIANE, PER LA GENERAZIONE DI NUMERI "PSEUDO-CASUALI", PER L'IMPLEMENTAZIONE DEL METODO MONTE CARLO, PER LO SVILUPPO AUTONOMO E/O TRAMITE PACCHETTI PRE-COMPILATI DI SISTEMI DI INTELLIGENZA ARTIFICIALE E APPRENDIMENTO SUPERVISIONATO ANCHE TRAMITE L’UTILIZZO DI RETI NEURALI DEEP PER LA SIMULAZIONE DI SISTEMI REALI E COMPLESSI. IL CORSO PREVEDE L’IMPIEGO DEL PYTHON E DEL C++ QUALI LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE EVOLUTI E L’APPRENDIMENTO SIA DELLA SINTASSI DEI LINGUAGGI CHE DEI DIVERSI PARADIGMI DI PROGRAMMAZIONE (PROCEDURALE, MODULARE, FUNZIONALE, ORIENTATA AGLI OGGETTI) CHE ESSI SUPPORTANO, IN MANIERA CHE LO STUDENTE POSSA COMPRENDERE/APPRENDERE AUTONOMAMENTE ALTRI LINGUAGGI EVOLUTI. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE L’INSEGNAMENTO INTENDE CONSOLIDARE LA CAPACITÀ DELLO STUDENTE DI RISOLVERE, A UN LIVELLO PROFESSIONALE, PROBLEMI IN FISICA, MA ANCHE IN ALTRE BRANCHE DELLA SCIENZA, TRAMITE L’UTILIZZO DI METODI NUMERICI E ALGORITMI E DELLA LORO CODIFICA IN TERMINI DI PROGRAMMI PER COMPUTER. IN PARTICOLARE, LO STUDENTE DOVRÀ MATURARE LA CAPACITÀ DI TRATTARE FUNZIONI E DATI NUMERICI TRAMITE INTEGRAZIONE, INTERPOLAZIONE SPLINE E MINIMI QUADRATI, DI STUDIARE LA DINAMICA DI SISTEMI QUANTISTICI INTERAGENTI TRAMITE IL METODO LANCZOS, DI UTILIZZARE IL METODO MONTE CARLO PER CALCOLARE INTEGRALI IN SPAZI MULTI-DIMENSIONALI, SIMULARE SISTEMI COMPLESSI E APPARATI SPERIMENTALI, PROPAGARE GLI ERRORI DI MISURE SPERIMENTALI ANCHE MOLTO COMPLESSE E SVILUPPARE E GESTIRE SISTEMI DI INTELLIGENZA ARTIFICIALE PER IL CONTROLLO E LA PREDIZIONE DEL COMPORTAMENTO DI SISTEMI DI INTERESSE FISICO, BIOLOGICO, SOCIALE E IN MOLTI ALTRI CAMPI . DOVRÀ, INOLTRE, ACQUISIRE UNA CONOSCENZA AVANZATA DEI LINGUAGGI PYTHON E C++ PER LA CONCRETA APPLICAZIONE DELLE NOZIONI ACQUISITE. |
Prerequisiti | |
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LA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI DI BASE DELLA FISICA CLASSICA E MODERNA, DELLA MECCANICA STATISTICA CLASSICA E QUANTISTICA, E DELLA ANALISI E FISICA MATEMATICA. |
Contenuti | |
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1. METODI FONDAMENTALI AVANZATI: FATTORIZAZIONE, INTEGRAZIONE GAUSSIANA, SPLINE, MINIMI QUADRATI. APPLICAZIONE A PROBLEMI FISICI. (ORE 8). 2. PROBLEMI DI FISICA MATEMATICA E MECCANICA STATISTICA: RANDOM WALKER, ISING (ORE 4). 3. DIAGONALIZZAZIONE DI MATRICI: ALGORITMO LANCZOS PER SISTEMI QUANTISTICI INTERAGENTI E LA MATRICE DENSITÀ. APPLICAZIONE A PROBLEMI FISICI. (ORE 2). 4. MACHINE LEARNING: NOZIONI DI BASE. ESEMPI BASATI SU REGRESSIONE POLINOIMIALE E SVILUPPO DI CODICI RELATIVI. FUNZIONE COSTO. DECOMPOSIZIONE BIAS-VARIANZA. GRADIENT DESCENT E SUE GENERALIZZAZIONI PER LA RICERCA DEI MINIMI DI UNA FUNZIONE COSTO. CENNI DI INFERENZA BAYESIANA. REGRESSIONE LINEARE E SUA FORMULAZIONE BAYESIANA. REGOLARIZATORI. APPLICAZIONI: RICONOSCIMENTO DELLE COSTANTI DI ACCOPPIAMENTO DI UN MODELLO DI ISING, SVILUPPO DI CODICI RELATIVI. COMPITI DI CLASSIFICAZIONE. PERCEPTRON. REGRESSIONE LOGISTICA. CROSS-ENTROPY E REGRESSIONE SOFTMAX. APPLICAZIONI: RICONOSCIMENTO DELLA FASE DI UN MODELLO DI ISING. SVILUPPO DI CODICI RELATIVI. RETI NEURALI: ARCHITETTURA E TRAINING. FEEDFORWARD ED ALGORITMO DI BACKPROPAGATION. APPLICAZIONI: SVILUPPO DI CODICI RELATIVI AI PROBLEMI DELLA REGRESSIONE POLINOMIALE E DEL MODELLO DI ISING. ESEMPI DI UTILIZZO DI PACCHETTI (MATHLAB) UTILIZZANTI RETI CONVOLUTIVE (ORE 20). 5. METODO MONTE CARLO: CENNI STORICI. GENERATORI DI NUMERI PSEUDO-RANDOM. ESEMPI APPLICATIVI (ORE 3) 6. SIMULAZIONE DI MISURE DI OSSERVABILI FISICHE (INCERTEZZE SPERIMENTALI) E DI SEMPLICI APPARATI SPERIMENTALI. PROPAGAZIONE DEGLI ERRORI IN STIME DI PARAMETRI SEMPLICI (ES.: CALCOLO DI UNA VELOCITÀ DA MISURE DI SPAZIO E DI TEMPO, ETC.) (ORE 5). 7. SIMULAZIONE DI MISURE DI OSSERVABILI FISICHE (INCERTEZZE SPERIMENTALI). SIMULAZIONE DI APPARATI SPERIMENTALI COMPLESSI (EFFICIENZA, RUMORE ELETTRONICO, ETC.). SIMULAZIONE DELL’INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA. STIME DI PARAMETRI COMPLESSI (ES.: SEPARAZIONE SEGNALE-FONDO IN GRAFICI DI MASSA INVARIANTE, ETC.) (ORE 7). 8. LINGUAGGIO C++ (ORE 5). 9. LINGUAGGIO PYTHON (ORE 6). |
Metodi Didattici | |
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IL CORSO PREVEDE 24 ORE DI LEZIONI FRONTALI IN AULA FINALIZZATE ALL’APPRENDIMENTO DELLE CONOSCENZE AVANZATE RIGUARDANTI I METODI NUMERICI E LA PROGRAMMAZIONE E 36 ORE DI LEZIONI DI TIPO ESERCITATIVO IN LABORATORIO INCENTRATE SULL’ILLUSTRAZIONE PRATICA DEL PROCESSO DI MODELLIZZAZIONE DEL PROBLEMA FISICO IN ESAME, SELEZIONE/ELABORAZIONE DEI METODI NUMERICI ED ALGORITMI NECESSARI ALLA SUA SOLUZIONE NUMERICA, DESIGN DEL CODICE A SECONDA DEL PARADIGMA DI PROGRAMMAZIONE SCELTO, REDAZIONE CONCRETA DEL CODICE IN C++ E PYTHON (SINTASSI DEL LINGUAGGIO), SUA COMPILAZIONE, ESECUZIONE E RELATIVA RACCOLTA E RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI RISULTATI. |
Verifica dell'apprendimento | |
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LA VERIFICA E LA VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI APPRENDIMENTO DELLO STUDENTE AVVERRANNO TRAMITE UNA PROVA FINALE CHE CONSISTERÀ NELLA DISCUSSIONE ORALE DI UN PROGETTO DI RICERCA, ASSEGNATO A FINE CORSO A UN GRUPPO DI DUE/TRE STUDENTI, RIGUARDANTE LA SOLUZIONE DI UN PROBLEMA FISICO NON MENZIONATO AL CORSO, MA RISOLVIBILE TRAMITE I METODI NUMERICI TRATTATI DURANTE IL CORSO. LA DISCUSSIONE ORALE È TESA A VALUTARE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE TEORICHE, L’AUTONOMIA DI ANALISI E GIUDIZIO, NONCHÉ LE CAPACITÀ ESPOSITIVE DELL’ALLIEVO. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE È ATTRIBUITO TENENDO CONTO DELL’EFFICIENZA DEI METODI UTILIZZATI, DELLA COMPLETEZZA ED ESATTEZZA DELLE RISPOSTE, NONCHÉ DELLA CHIAREZZA NELLA PRESENTAZIONE. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA INCERTEZZE NELL’APPLICAZIONE DEI METODI NUMERICI E NELL'INDIVIDUAZIONE DELLE METODICHE ATTE A CONTROLLARE L'ERRORE NUMERICO, E HA UNA LIMITATA CONOSCENZA DEI PRINCIPALI ALGORITMI. IL LIVELLO MASSIMO (30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI METODI NUMERICI E DEGLI ALGORITMI E MOSTRA UNA NOTEVOLE CAPACITÀ DI INDIVIDUARE E GESTIRE LE SORGENTI DI ERRORE NUMERICO PRESENTI NELLO SPECIFICO PROBLEMA CHE HA SCELTO DI AFFRONTARE. LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE. |
Testi | |
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COMPUTATIONAL PHYSICS: T. PANG; AN INTRODUCTION TO COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; CONTENUTI: 2ND ED. (2006), CODICI IN FORTRAN 90: 1ST ED. (1997). N.J. GIORDANO; COMPUTATIONAL PHYSICS; BENJAMIN CUMMINGS; 2ND ED. (2005). J. THIJSSEN; COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 2ND ED. (2007). R.H. LANDAU, J. PAEZ, C.C. BORDEIANU; A SURVEY OF COMPUTATIONAL PHYSICS: INTRODUCTORY COMPUTATIONAL SCIENCE; PRINCETON UNIVERSITY PRESS (2008). P.L. DEVRIES , J.E. HASBUN; A FIRST COURSE IN COMPUTATIONAL PHYSICS; JONES & BARTLETT PUBLISHERS; 2ND ED. (2010). A. KLEIN; INTRODUCTORY COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 2ND ED. (2010). R. FITZPATRICK; COMPUTATIONAL PHYSICS; LECTURE NOTES. MATHEMATICAL METHODS: K.F. RILEY, M.P. HOBSON, AND S.J. BENCE; MATHEMATICAL METHODS FOR PHYSICS AND ENGINEERING; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 3RD ED. (2006). S. HASSANI; MATHEMATICAL METHODS FOR STUDENTS OF PHYSICS AND RELATED FIELDS; SPRINGER SCIENCE+BUSINESS MEDIA, LLC; 2ND ED. (2009). H. SHIMA, AND T. NAKAYAMA; HIGHER MATHEMATICS FOR PHYSICS AND ENGINEERING; SPRINGER-VERLAG (2010). NUMERICAL METHODS AND ALGORITHMS: W.H. PRESS, S.A. TEUKOLSKY, H.A. BETHE, W.T. VETTERLING, AND B.P. FLANNERY; NUMERICAL RECIPES - THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; CONTENUTI: 3RD ED. (2007). A HIGH-BIAS,LOW-VARIANCE INTRODUCTION TO MACHINE LEARNING FOR PHYSICISTS: P.METHA, M. BUKOV, C-H. WANG, A.G.R. DAY, C. RICHARDSON, C.K. FISHER, D.J. SCHWAB (HTTPS://ARXIV.ORG/ABS/1803.08823). DISPENSE DEL DOCENTE SU MACHINE LEARNING. |
Altre Informazioni | |
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LA FREQUENZA DEL CORSO, PUR NON ESSENDO OBBLIGATORIA, È FORTEMENTE CONSIGLIATA. PER UNA PREPARAZIONE SODDISFACENTE SONO RICHIESTE, IN MEDIA, DUE ORE DI STUDIO PER CIASCUNA ORA DI LEZIONE SIA FRONTALE CHE DI LABORATORIO. |
BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-05]