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Calcolo Scientifico in Python - Ottimizzazione ed equazioni differenziali per la modellistica

  • Matematica/Math

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Calcolo Scientifico in Python - Ottimizzazione ed equazioni differenziali per la modellistica

Metodi computazionali avanzati: dall'ottimizzazione nonlineare alla simulazione di modelli meccanici
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Information

Course tags
Matematica/Math
Language
Italian
Modality
Self paced
Credits
Nessuno
Course open
Marzo 2026
Training hours
20
Certificate
Attendance Certificate
Admission fee
Free

IL CORSO APRE A DICEMBRE 2025

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Description

Il corso avanzato si propone di illustrare metodi computazionali più complessi, che richiedono conoscenze matematiche più avanzate. In particolare questo corso presenta diversi algoritmi di ottimizzazione nonlineare, evidenziandone vantaggi e svantaggi a seconda delle applicazioni, ed espone i concetti base della simulazione di semplici modelli della meccanica del continuo, mediante differenze finite ed elementi finiti.

Libri di testo e letture consigliate

Libri di testo:

  • Dispense del corso erogate sotto forma di slides PDF e iPython notebooks


Letture consigliate:

  • Hans Petter Langtangen, “A Primer on Scientific Programming with Python”, Springer, 2016
  • Documentazione Numpy https://docs.scipy.org/doc/numpy/contents.html
  • Documentazione Scipy   https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/
  • Documentazione Matplotlib https://matplotlib.org/contents.html
  • Scipy Lecture Notes  http://www.scipy-lectures.org
  • Scipy CookBook http://scipy-cookbook.readthedocs.io/index.html
  • CUDA C Programming Guide: https://docs.nvidia.com/cuda/cuda-c-programming-guide/
  • Numba for CUDA GPUs: http://numba.pydata.org/numba-doc/0.38.0/cuda/index.html

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Educators

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Fabio Marcuzzi

Fabio Marcuzzi is Assistant Professor in the Department of Mathematics at the University of Padova. His main research activities include: numerical linear algebra for data analysis and system identification, computational inverse problems, scientific computing on embedded/GPU architectures. He teaches "Numerical Methods for Data Analysis" for the Master of Science in Mathematics, and "Computational Inverse Problems" for the Ph.D. School on Information Engineering at the University of Padova; both have labs in Python since 2008. More info on his scientific activity can be found at URL: http://www.math.unipd.it/~marcuzzi

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Course outline

Calcolo Scientifico in Python - Ottimizzazione ed equazioni differenziali per la modellistica

Introduzione al corso e presentazione dei docenti
Forum del corso
Materiali per gli studenti del MOOC
Ottimizzazione nonlineare e applicazione al fitting ai minimi quadrati nonlineari
Ottimizzazione nonlineare e applicazione al fitting ai minimi quadrati nonlineari
Root-finding 1-dimensionale
Root-finding 1-dimensionale
Root-finding N-dimensionale
Root-finding N-dimensionale
Minimi quadrati nonlineari senza vincoli
Minimi quadrati nonlineari senza vincoli
Introduzione all'ottimizzazione vincolata, moltiplicatori di Lagrange e condizioni KKT
Introduzione all'ottimizzazione vincolata, moltiplicatori di Lagrange e condizioni KKT
Trattamento dei vincoli: tecniche di Penalizzazione, Lagrangiana aumentata e Barriera
Trattamento dei vincoli: tecniche di Penalizzazione, Lagrangiana aumentata e Barriera
Minimi quadrati nonlineari vincolati: Il metodo di eliminazione dei vincoli
Minimi quadrati nonlineari vincolati: Il metodo di eliminazione dei vincoli
Stima delle condizioni iniziali di modelli nonlineari dinamici (ODEs)
Stima delle condizioni iniziali di modelli nonlineari dinamici (ODEs)
Introduzione ai modelli della meccanica del continuo retti da PDE: applicazioni e metodi numerici
Equazione del calore, Differenze finite 1D
Equazione del calore, Differenze Finite 1D
Equazione del calore, Differenze finite 2D (seriale)
Equazione del calore, Differenze finite 2D (seriale)
Equazione del calore, Differenze finite 2D (parallelo)
Equazione del calore, Differenze finite 2D (parallelo)
Esempio della corda, FEM 1D
Esempio della corda, FEM 1D
Modello di ordine ridotto: troncamento modale
Modello di ordine ridotto: troncamento modale
Flusso di Stokes, FEM 2D
Flusso di Stokes, FEM 2D
Navier Stokes, FEM 2D
Navier Stokes, FEM 2D
Numerical methods for nonlinear optimization
Simulazione numerica di modelli differenziali alle derivate parziali.pdf
Questionario week 1
Questionario week 2
Indicazioni
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Learning outcomes

  • Risolvere numericamente problemi di ottimizzazione nonlineare;
  • Progettare e implementare semplici algoritmi su discretizzazioni dello spazio (“mesh”);
  • Simulare al calcolatore semplici modelli del continuo, statici e dinamici.

IL CORSO APRE A DICEMBRE 2025

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Target audience

I destinatari del corso sono studenti, laureati, ricercatori di qualunque disciplina, interessati al calcolo scientifico ad un livello intermedio/avanzato, tipico ormai di tutti i settori delle scienze applicate e dell'ingegneria.

Conoscenze pregresse necessarie sono: 
Conoscenze di base di programmazione, in particolare in linguaggio Python; 
Conoscenze di base di matematica, tipiche dei primi due anni delle lauree triennali di tipo scientifico o ingegneristico.

Verrà indicato del materiale introduttivo per colmare eventuali lacune. Per quanto riguarda il linguaggio Python, si raccomanda vivamente di consultare il materiale nel sito www.python.org

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Attestato di partecipazione

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