Simulation und Modellierung mit Scilab

Name: Simulation und Modellierung mit Scilab | Eine Einführung in die Ingenieuranalyse
Brand: Hanser
Price: 34.99 EUR
Availability: OnlineOnly

Eine Einführung in die Ingenieuranalyse

Rudi Marek(Autor*in)

Hanser (Verlag)

1. Auflage

Erschienen am 8. März 2021

296 Seiten

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978-3-446-46936-5 (ISBN)

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Inhalt

Intro
Vorwort
Inhalt
1 Einführung
1.1 Das Knödelproblem
1.1.1 Problemstellung
1.1.2 Lösung durch Modellierung
1.1.3 Gewonnene Erkenntnisse
1.2 Grundbegriffe der Systemsimulation
1.2.1 Simulation
1.2.2 Modelle und Modellbildung
1.2.3 Validierung
1.2.4 Systeme
1.2.5 Zustandsgrößen und Bilanzgrößen
1.3 Bilanzierung
1.3.1 Allgemeine Aspekte
1.3.2 Energiebilanzen und Wärmetransport
1.3.3 Statisches Gleichgewicht
1.3.4 Bewegung und dynamisches Gleichgewicht
1.3.5 Fluidtechnische Bilanzen
1.4 Normierte Systeme
1.5 Aufgaben zum Selbststudium
2 Grundlagen von Scilab
2.1 Programmpaket Scilab
2.1.1 Historie
2.1.2 Funktionalität
2.1.3 Bezug und Dokumentation
2.1.4 Bestandteile
2.1.5 Hilfefunktion in Scilab
2.2 Erste Schritte mit Scilab
2.2.1 Scilab als einfacher Taschenrechner
2.2.2 Zuweisungen und Variablen
2.2.3 Konstanten
2.2.4 Rechenoperationen
2.2.5 Funktionen
2.2.6 Vektoren und Matrizen
2.2.7 Punkt-Operator
2.2.8 Lineare Gleichungssysteme und Links-Division
2.2.9 Bereichsvariablen
2.2.10 Scriptdateien
2.2.11 Kommentare
2.2.12 Benutzerdefinierte Funktionen
2.2.13 x,y-Diagramme
2.2.14 Variablen-Browserund Variablen-Editor
2.2.15 Abfangen von Fehlern
2.2.16 Debugging
2.3 Aufgaben zum Selbststudium
3 Grundlagen der Programmierung
3.1 Algorithmen
3.1.1 Definition und Eigenschaften
3.1.2 Ein alltäglicher Algorithmus
3.1.3 Ein sehr alter Algorithmus
3.1.4 Erweiterte Backus-Naur-Form
3.1.5 Darstellung von Algorithmen durch Pseudocode
3.2 Grundbegriffe der Programmierung
3.2.1 Top-Down-Methode
3.2.2 Black-Box-Darstellung
3.2.3 EVA-Prinzip
3.2.4 Unterprogramm (Subroutine, Routine)
3.2.5 Prozedur
3.2.6 Funktion
3.2.7 Methode
3.2.8 Modul
3.2.9 Iteration
3.2.10 Rekursion
3.2.11 Implementierung
3.2.12 Compiler
3.2.13 Interpreter
3.2.14 Programmfehler
3.2.15 Fehlersuche
3.2.16 Folgen von Programmfehlern
3.3 Strukturierte Programmierung
3.3.1 Ziele und Grundsätze
3.3.2 Kontrollstrukturen
3.3.3 Struktogramme (Nassi-Shneiderman-Diagramme)
3.4 Aufgaben zum Selbststudium
4 Programmierung mit Scilab
4.1 Bezeichner und Namenskonventionen
4.1.1 Variablen und Konstanten
4.1.2 Syntaxregeln und Programmierstil
4.1.3 Variablenarten
4.1.4 Datentypen
4.1.5 Gleitkommazahlen
4.1.6 Ganzzahlen
4.1.7 Boole'sche Variablen
4.1.8 Strings (Zeichenketten)
4.1.9 Listen
4.1.10 Strukturen
4.1.11 Dynamische Variablen
4.1.12 Abfrage der Variablenart
4.1.13 Bereichsvariablen
4.1.14 Voreingestellte Variablen (Systemvariablen)
4.1.15 Übersicht über definierte Variablen
4.1.16 Löschen von Variablen
4.2 Operatoren
4.2.1 Arithmetische Operatoren
4.2.2 Vergleichsoperatoren
4.2.3 Logische Operatoren (Boole'sche Operatoren)
4.2.4 Punkt-Operatorund elementweise Operationen
4.3 Elemente der Codegestaltung
4.3.1 Kommentare
4.3.2 Fortsetzungszeilen
4.3.3 Automatische Formatierung des Codes
4.3.4 Automatische Syntaxvervollständigung
4.3.5 Abschalten des Konsolenechos
4.4 Matrizen und Vektoren
4.4.1 Eingabe von Matrizen
4.4.2 Besondere Matrizen
4.4.3 Abfrage und Modifikation von Matrizen
4.4.4 Zugriff auf Matrizen und Matrixelemente
4.4.5 Doppelpunkt-Operator
4.4.6 Dollar-Operator
4.4.7 Elementweise Operationen
4.4.8 Funktionen der Linearen Algebra
4.5 Verzweigungen (flow control)
4.5.1 If-Schleifen
4.5.2 Select-Case-Verzweigung
4.6 Schleifen (loops)
4.6.1 While-Schleifen
4.6.2 Ersatz für Repeat-Schleifen
4.6.3 For-Schleifen
4.6.4 Break-Anweisung
4.6.5 Continue-Anweisung
4.6.6 Return-Anweisung
4.7 Benutzerdefinierte Funktionen
4.7.1 Allgemeine Aspekte
4.7.2 Functions
4.7.3 Online-Funktionen
4.8 Vordefinierte Funktionen (Systemfunktionen)
4.9 Spezielle Befehle für Funktionen
4.9.1 Anzahl der Ein- und Ausgabeparameter
4.9.2 Ausgabe einer Fehlermeldung
4.9.3 Ausgabe einer Warnmeldung
4.9.4 Abbruch einer Schleife
4.9.5 Rücksprung zu übergeordneter Programmeinheit
4.9.6 Anhalten der Programmausführung
4.9.7 Haltepunkte
4.10 Funktionen für Strings
4.10.1 Konkatenation von Strings
4.10.2 Länge von Strings
4.10.3 Teile von Strings
4.10.4 Position von Teilstrings
4.10.5 Ersetzen von Teilstrings
4.10.6 Umwandlung numerischer Werte in Strings
4.10.7 Umwandlung von Strings in Zahlenwerte
4.10.8 Ausführen von Befehlen in Stringform
4.11 EinundAusgabe
4.11.1 Formatierte Ausgabe
4.11.2 Datenausgabe in Dateien
4.11.3 Einlesen von Daten
4.12 Darstellung von Funktionen und Daten
4.12.1 Raster- und Vektorgrafikformate
4.12.2 Grafikfenster in Scilab
4.12.3 Grafikobjekte (graphics entities)
4.12.4 x,y-Diagramme
4.12.5 3D-Diagramme
4.13 Aufgaben zum Selbststudium
5 Numerische Grundlagen
5.1 Allgemeines
5.1.1 Unterschiede Numerik - Analysis
5.1.2 Rundungsfehler (roundofferror, rounding error)
5.1.3 Auslöschung (cancelation)
5.1.4 Überlauf (overflow) und Unterlauf (underflow)
5.2 Zahlendarstellungen und Gleitpunktzahlen
5.2.1 Zahlensysteme
5.2.2 Festpunktdarstellung reeller Zahlen (fixed point)
5.2.3 Normierte Gleitpunktdarstellung reeller Zahlen (floatingpoint)
5.2.4 Rundung von Gleitpunktzahlen
5.2.5 IEEE-Standard 754
5.3 Kondition von Algorithmen
5.3.1 Allgemeine Überlegungen
5.3.2 Konditionszahl eines Algorithmus
5.4 Normen
5.4.1 Vektorräume, Metriken und Normen
5.4.2 Vektornormen
5.4.3 Matrixnormen
5.4.4 Verträglichkeit von Vektor- und Matrizennormen
5.5 Konditionszahlen von Matrizen
5.6 Aufgaben zum Selbststudium
6 Lösung nichtlinearer Gleichungen
6.1 Nichtlineare Gleichungen
6.2 Fixpunktiteration
6.3 Newton-Raphson-Verfahren
6.4 Nichtlineare Gleichungssysteme
6.5 Scilab-Funktion fsolve
6.6 Aufgaben zum Selbststudium
7 Lineare Gleichungssysteme
7.1 Matrixnotation
7.2 Lösungsverfahren
7.3 Gauß'scher Algorithmus
7.4 LU-Zerlegung
7.5 Cholesky-Zerlegung
7.6 Jacobi-Iteration(JI)
7.7 Gauß-Seidel-Iteration(GS)
7.8 Sukzessive Überrelaxation (SOR)
7.9 Verfahren der konjugierten Gradienten (CG)
7.10 Nachiteration (Iterative Verbesserung)
7.11 Aufgaben zum Selbststudium
8 Approximation
8.1 Numerische Integration (Quadratur)
8.1.1 Allgemeines
8.1.2 Trapezregel
8.1.3 SimpsonRegel
8.1.4 Monte-Carlo-Methode
8.1.5 Scilab-Funktion inttrap
8.1.6 Scilab-Funktion intsplin
8.1.7 Scilab-Funktion intg
8.1.8 Scilab-Funktion integrate
8.2 Regression und Ausgleichsrechnung
8.2.1 Allgemeines
8.2.2 Lineare Regression
8.2.3 Scilab-Funktion reglin
8.2.4 Quadratische Regression
8.2.5 Polynom-Regression(Ausgleichspolynome)
8.2.6 Nichtlineare Ausgleichsprobleme
8.2.7 Gauß-Newton Verfahren
8.2.8 Scilab-Funktion leastsq
8.2.9 Multivariate lineare Regression
8.3 Aufgaben zum Selbststudium
9 Interpolation
9.1 Allgemeines
9.2 Lineare Interpolation
9.3 Interpolation mit Polynomen
9.3.1 Festlegung des Interpolationspolynoms
9.3.2 Interpolationsformeln von Lagrange
9.3.3 Interpolationsschema von Aitken und Neville
9.3.4 Interpolationsformeln nach Newton
9.4 Stückweise Interpolation mit Splines
9.4.1 Allgemeines
9.4.2 Kubische Splines
9.4.3 Scilab-Funktion splin
9.5 Aufgaben zum Selbststudium
10 Differenzialgleichungen
10.1 Anfangswertprobleme
10.1.1 Richtungsfeld und Isoklinen
10.1.2 Euler-Cauchy-Verfahren
10.1.3 Verfahren von Heun
10.1.4 Runge-Kutta-Verfahren 4. Ordnung
10.1.5 Mehrschrittverfahren von Adams-Moulton
10.1.6 Scilab-Funktion ode
10.1.7 Differenzialgleichungen höherer Ordnung
10.2 Wachstum und Populationsdynamik
10.2.1 Unbegrenztes Wachstum einer Population
10.2.2 Begrenztes Wachstum einer Population
10.2.3 Räuber-Beute-Systeme (Predator-Prey)
10.3 Randwertprobleme
10.3.1 Diskretisierung
10.3.2 Finite Differenzen
10.4 Aufgaben zum Selbststudium
11 Simulationen mit Xcos
11.1 Grundlegende Aspekte
11.1.1 Programmkonzept und Programmstart
11.1.2 Elemente von Xcos
11.1.3 Arbeitsoberfläche
11.1.4 Paletten-Browser
11.1.5 Simulator
11.1.6 Format-Menü
11.2 Erste Schritte in Xcos
11.2.1 Einfaches Sinusdiagramm
11.2.2 Erweiterungen des Diagramms
11.2.3 Modell des ideal gerührten Behälters
11.2.4 Sprungantwort von Hoch- und Tiefpass
11.2.5 Schwingung mit Gleitreibung
11.2.6 Bernoulli-Balken mit Streckenlast
11.3 Aufgaben zum Selbststudium
12 Aufgaben zu verschiedenen Themengebieten
Literatur
Bildquellen
Index

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