Einführung in das wissenschaftliche Rechnen mit C++

Studierende mit grundlegender Programmiererfahrung erhalten in diesem Modul eine Einführung in die Entwicklung numerischer Algorithmen in C++. In der ersten Hälfte der Vorlesung liegt der Schwerpunkt vor allem auf den Grundlagen der Programmiersprache und den Aspekten, welche C++ von Sprachen wie Python oder Matlab unterscheidet. Nach Einführung der Grundlagen liegt der Fokus hierbei vor allem auf dem bewussten Speichermanagement. Dies geschieht nach modernen Best-Practices unter der Vermeidung von klassischen Pointern („Raw-Pointers") sondern vor allem unter der Verwendung von Referenztypen und Idiomen wie RAII („Resource Acquisition is Initialization"). Effekte von Speicherlokalität im Kontext der numerischen Linearen Algebra werden diskutiert und in der Übung über Experimente verdeutlicht, wobei auf die Datenstrukturen der STL (Standard Template Library) zurückgegriffen wird. Die zweite Hälfte der Vorlesung befasst sich mit der Entwicklung komplexer Algorithmen aus verschiedenen Anwendungsbereichen unter Verwendung der Bibliotheken „Eigen" (für Linearen Algebra) und openMP (für paralleles Rechnen). Hierbei liegt der Fokus auf einem Verständnis der beiden Bibliotheken, dem Festigen der Grundlagen und dem Sammeln breiter Erfahrung mit Problemstellungen aus Stochastik, dem numerischen Lösen von Differentialgleichungen und der Berechnung von Approximationen.