Vật lý tính toán: Giải quyết vấn đề bằng các giải pháp Python

VitalSource là nhà cung cấp công nghệ học thuật cung cấp Routledge. com khách hàng truy cập vào trình đọc sách điện tử miễn phí, Bookshelf. Hầu hết sách điện tử của chúng tôi được bán dưới dạng ePub, có sẵn để đọc trong ứng dụng Bookshelf. Ứng dụng cung cấp cho người đọc quyền tự do truy cập tài liệu của họ mọi lúc, mọi nơi và khả năng tùy chỉnh các tùy chọn như kích thước văn bản, loại phông chữ, màu trang, v.v. Để tìm hiểu thêm về Sách điện tử của chúng tôi, hãy truy cập các liên kết bên dưới

Dự án này nhằm mục đích cung cấp một ví dụ về khả năng của tôi dưới dạng một thử thách. Thử thách đưa ra lời giải cho tất cả các bài tập trong cuốn sách Computational Physics của Mark Newman

Với các giải pháp của mình, tôi cố gắng cung cấp một ví dụ về khả năng của mình trong các lĩnh vực sau

  • giải quyết vấn đề
  • dịch các khái niệm toán học sang mã
  • thiết kế hướng đối tượng
  • làm chủ trăn
  • trực quan hóa dữ liệu
  • đồ họa 3D
  • hoạt hình
  • mô hình tính toán

Có thể tìm thấy các câu hỏi ban đầu và tài liệu có thể tải xuống khác từ cuốn sách trong liên kết đến tác giả được cung cấp ở trên

Tóm tắt chung

Chương 1. Giới thiệu

Chương 1 không có bài tập nên không có trong dự án này. Chương này nhằm mục đích giới thiệu cho người đọc các khái niệm cơ bản sẽ được trình bày trong phần còn lại của cuốn sách

chương 2. Lập trình Python cho các nhà vật lý

Chương 2 giới thiệu các khái niệm khác nhau về lập trình python từ phép gán biến đến hàm do người dùng định nghĩa và phương pháp tính toán hồi quy. Các bài tập trong chương này tập trung vào giải quyết vấn đề và dịch các phương trình toán học và khái niệm vật lý thành mã. Từ các bài toán về động học 2 chiều và độ cao của quỹ đạo vệ tinh đến tính toán các hệ số nhị thức sử dụng "n chọn k" với Tam giác Pascal và lập trình các giải pháp đệ quy và tính toán các số nguyên tố

Chương 3. Đồ họa và trực quan

Chương 3 giới thiệu các phương pháp trực quan hóa dữ liệu bao gồm biểu đồ, biểu đồ mật độ Trực quan hóa 3-D và Hoạt hình

Chương 4. Độ chính xác và tốc độ

Chương 4 đề cập đến những hạn chế của máy tính. Chương này đề cập đến các phương pháp ước tính độ chính xác của các phép tính và thời gian tính toán các giải pháp sẽ mất bao lâu tùy thuộc vào số bước cần thiết

Chương 5. Tích phân và đạo hàm

Chương 5 là cái nhìn đầu tiên về vật lý tính toán phù hợp với các phương pháp thực hiện tích phân và đạo hàm. Các kỹ thuật được đề cập bao gồm quy tắc hình thang, quy tắc Simpson và các phương pháp nâng cao hơn như phương pháp thích ứng bao gồm tích phân Romberg và phép cầu phương Gaussian. Một số ứng dụng tác giả sử dụng cho bài tập là nhiệt dung chất rắn, bức xạ nhiệt, tính tĩnh điện, xử lý ảnh

Chương 6. Giải pháp cho phương trình tuyến tính và phi tuyến tính

Chương 6, như tiêu đề gợi ý, giải quyết các hệ phương trình tuyến tính và phi tuyến tính và cách tìm nghiệm bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này bao gồm các phương trình tuyến tính đồng thời, giá trị riêng và vectơ riêng, xử lý phương trình phi tuyến tính và cực đại và cực tiểu của các hàm

Chương 7. biến đổi Fourier

Chương 7 tập trung vào các chủ đề liên quan đến chuỗi Fourier như biến đổi Fourier rời rạc, biến đổi cosin và sin rời rạc và biến đổi Fourier nhanh

Chương 8. Phương trình vi phân thường

Chương 8 như tiêu đề gợi ý chương này tập trung vào các kỹ thuật giải phương trình vi phân cấp một một biến, phương trình vi phân nhiều biến, phương trình vi phân cấp hai, sự biến thiên của bước và các bài toán giá trị biên

Chương 9. Phương trình vi phân từng phần

Chương 9 xây dựng trên các khái niệm đã thấy trong chương 8 nhưng lần này trọng tâm là các phương pháp giải vi phân từng phần. Chúng bao gồm các phương pháp thư giãn và các vấn đề về giá trị ban đầu

Chương 10. Quy trình ngẫu nhiên và phương pháp Monte Carlo

Chương 10 tập trung vào tính ngẫu nhiên và các quá trình ngẫu nhiên và cách sử dụng chúng để giải quyết các vấn đề trong vật lý. Các phương pháp được trình bày trong chương bao gồm. trình tạo số ngẫu nhiên, hạt giống, mã bí mật và số ngẫu nhiên Gaussian để đặt tên cho một số;

chương 11. Sử dụng những gì bạn đã học

Chương 11 không có bài tập nên không có trong dự án này. Chương này nhằm mục đích cung cấp cho người đọc các chủ đề để đọc và nghiên cứu thêm

cpresource

Thư mục này chứa các tài nguyên và bộ dữ liệu do tác giả cung cấp để sử dụng trong một số dự án được phát triển xuyên suốt cuốn sách. Các tệp từ thư mục này là cần thiết để thực thi nhiều chương trình ở trên

Sự nhìn nhận

Tôi xin cảm ơn Tiến sĩ. Ethan Deneault Phó Giáo sư Khoa Vật lý của Đại học Vật lý Tampa vì đã cố vấn, hướng dẫn, tư vấn và truyền cảm hứng cho tôi khi còn là sinh viên vật lý đại học;

Tôi muốn cảm ơn Brandon Shar vì đã tư vấn và hướng dẫn tôi các kỹ thuật lập trình nâng cao cũng như là một người cố vấn nghề nghiệp khi tôi tốt nghiệp và bắt đầu tìm kiếm công việc đầu tiên của mình

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tác giả, TS. Mark Newman Giáo sư Vật lý xuất sắc của Đại học Khoa Vật lý và Trung tâm Nghiên cứu Hệ phức hợp Đại học Michigan, vì đã viết cuốn sách này;

Giải quyết vấn đề tính toán trong Python là gì?

Giải bài toán bằng máy tính là quá trình lặp đi lặp lại để phát triển các giải pháp tính toán cho các bài toán . Các giải pháp này được thể hiện dưới dạng một chuỗi các bước hợp lý [i. e. chương trình] để người khác hiểu và để máy tính thực hiện.

Python được sử dụng như thế nào trong vật lý?

Lập trình Python . Bằng cách sử dụng Python, chúng tôi sẽ chỉ cho bạn cách giải các phương trình này bằng số. - Nó mang lại cho bạn sự độc lập và tự chủ trong việc phân tích bất kỳ loại dữ liệu thử nghiệm nào. to model simple or complicated phenomena. By using Python, we'll show you how to numerically solve these equations. - It gives you independence and self-reliance in analyzing any kind of experimental data.

Các ví dụ về vật lý tính toán là gì?

Các ứng dụng ví dụ bao gồm nhiệt dung của chất rắn, bức xạ nhiệt, tính toán tĩnh điện và xử lý hình ảnh .

Có vấn đề giải quyết trong vật lý?

Kỹ năng giải quyết vấn đề rõ ràng là cần thiết để thành công trong khóa học vật lý định lượng . Quan trọng hơn, khả năng áp dụng các nguyên tắc vật lý rộng rãi—thường được biểu diễn bằng các phương trình—vào các tình huống cụ thể là một dạng kiến ​​thức rất hiệu quả. Nó hiệu quả hơn nhiều so với việc ghi nhớ một danh sách các sự kiện.

Chủ Đề