Der Python-Kurs für Ingenieure und Naturwissenschaftler
Rheinwerk (Verlag)
978-3-8362-7316-9 (ISBN)
- Titel erscheint in neuer Auflage
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- NumPy, SciPy und Matplotlib
- Numerische Algebra, Differenzialgleichungen, Statistik, 3D-Animation
- Das Praxisbuch für Studium und Beruf
Dieses Handbuch bietet Ingenieuren und Wissenschaftlern einen praxisnahen Einstieg in die Programmierung mit Python.
Python ist die ideale Sprache für schnelle, unkomplizierte Lösungen von klar umrissenen Problemen. Grenzwerte bestimmen, Differenzialgleichungen lösen, Testreihen visualisieren und vieles mehr – die Ingenieurs- und Naturwissenschaften stecken voller Aufgaben, die Sie elegant mit Python lösen können. Wie das geht, lernen Sie in übersichtlich strukturierten Kapiteln mit kommentierten Codebeispielen, Übungen und Musterlösungen.
Für Studium und Beruf
Sie wissen bereits, wie Aufgaben der Mathematik, Physik oder der Ingenieurswissenschaften gelöst werden? In diesem Leitfaden finden Sie das nötige Rüstzeug, um die Rechnungen mit Python richtig abzubilden.
Module für alle Aufgaben
Ob Matplotlib, NumPy oder SciPy: Viele Python-Module helfen Ihnen beim wissenschaftlichen Arbeiten. Was unbedingt in Ihre Werkzeugkiste gehört, erfahren Sie hier.
Beispielrechnungen und Musterlösungen
Von der einfachen Kurvendiskussion über statistische Berechnungen bis zur Simulation eines Wälzlagerschadens: Anschauliche Beispiele mit umfangreichen Code-Kommentaren helfen Ihnen dabei, wissenschaftliche Probleme mit Python-Programmen zu lösen.
Aus dem Inhalt:
Python: Grundlagen und Sprachstruktur
Boolesche Algebra
Statistische Berechnungen
Rechnen mit komplexen Zahlen
Numerische Berechnungen mit NumPy
Computeralgebra mt SymPy
Funktionsdarstellungen mit Matplotlib
Simulationen mit SciPy
3D-Grafik mit VPython
Dr. Veit Steinkamp hat Elektrotechnik und Deutsch für das Lehramt studiert und gibt dieses Wissen an beruflichen Schulen und Fachhochschulen weiter. Er unterrichtet Elektrotechnik, Anwendungsentwicklung und Maschinenbautechnik und hat Lehraufträge in Theoretischer Elektrotechnik und den Grundlagen der Elektrotechnik durchgeführt.
Materialien zum Buch ... 14
1. Einführung ... 15
1.1 ... Entwicklungsumgebungen ... 16
1.2 ... Die Module von Python ... 19
1.3 ... Die Schlüsselwörter von Python ... 24
1.4 ... Ihr Weg durch dieses Buch ... 25
2. Programmstrukturen ... 27
2.1 ... Lineare Programmstruktur ... 27
2.2 ... Funktionen ... 36
2.3 ... Verzweigungsstrukturen ... 49
2.4 ... Wiederholungsstrukturen ... 54
2.5 ... Datenstrukturen ... 67
2.6 ... Objektorientierter Programmstil ... 79
2.7 ... Funktionaler Programmstil ... 85
2.8 ... Projektaufgabe: Dimensionierung einer Welle ... 88
2.9 ... Aufgaben ... 90
3. Numerische Berechnungen mit NumPy ... 93
3.1 ... NumPy-Funktionen ... 93
3.2 ... Vektoren ... 100
3.3 ... Matrizenmultiplikation ... 108
3.4 ... Lineare Gleichungssysteme ... 117
3.5 ... Polynome ... 123
3.6 ... Projektaufgabe: Blitzschutzsystem ... 132
3.7 ... Aufgaben ... 136
4. Funktionsdarstellungen und Animationen mit Matplotlib ... 137
4.1 ... 2D-Funktionsplots ... 137
4.2 ... 3D-Funktionsplots ... 170
4.3 ... Vektoren ... 176
4.4 ... Figuren, Linien und Pfeile darstellen ... 180
4.5 ... Animationen ... 189
4.6 ... Projektaufgabe: Animation eines Getriebes ... 197
4.7 ... Aufgaben ... 200
5. Symbolisches Rechnen mit SymPy ... 201
5.1 ... Mathematische Grundoperationen ... 204
5.2 ... Matrizen multiplizieren ... 210
5.3 ... Gleichungen ... 214
5.4 ... Vereinfachungen von Ausdrücken ... 220
5.5 ... Reihenentwicklung ... 221
5.6 ... Partialbrüche ... 222
5.7 ... Kettenbrüche ... 225
5.8 ... Grenzwerte ... 228
5.9 ... Differenzieren ... 233
5.10 ... Integrieren ... 236
5.11 ... Differenzialgleichungen ... 242
5.12 ... Laplace-Transformation ... 251
5.13 ... Projektaufgabe: Sprungantwort einer Kettenschaltung ... 260
5.14 ... Aufgaben ... 262
6. Numerische Berechnungen und Simulationen mit SciPy ... 265
6.1 ... Nullstellen numerisch berechnen ... 267
6.2 ... Optimierungen ... 269
6.3 ... Interpolationen ... 271
6.4 ... Numerisches Differenzieren ... 273
6.5 ... Numerisches Integrieren ... 281
6.6 ... Differenzialgleichungen numerisch lösen ... 298
6.7 ... Diskrete Fourier-Transformation ... 322
6.8 ... Schreiben und Auslesen von Sounddateien ... 330
6.9 ... Signalverarbeitung ... 332
6.10 ... Projektaufgabe: Simulation eines Wälzlagerschadens ... 339
6.11 ... Projektaufgabe: Räuber-Beute-Modell ... 343
6.12 ... Projektaufgabe: Simulation einer Epidemie ... 353
6.13 ... Aufgaben ... 356
7. 3D-Grafik und Animationen mit VPython ... 359
7.1 ... Das Koordinatensystem ... 361
7.2 ... Grundkörper, Punkte und Linien ... 363
7.3 ... Körper bewegen sich ... 378
7.4 ... Animation von Schwingungen ... 392
7.5 ... Ereignisverarbeitung ... 397
7.6 ... Projektaufgabe: Animation eines gekoppelten Federpendels ... 400
7.7 ... Projektaufgabe: Animation eines Doppelpendels ... 403
7.8 ... Aufgaben ... 407
8. Rechnen mit komplexen Zahlen ... 409
8.1 ... Mathematische Operationen ... 410
8.2 ... Die eulersche Formel ... 412
8.3 ... Rechnen mit komplexen Widerständen ... 414
8.4 ... Funktionsplots mit komplexen Größen ... 416
8.5 ... Projektaufgabe: Elektrisches Energieübertragungssystem ... 421
8.6 ... Aufgaben ... 427
9. Statistische Berechnungen ... 429
9.1 ... Messwerte erzeugen, abspeichern und auslesen ... 431
9.2 ... Häufigkeitsverteilung ... 436
9.3 ... Lageparameter ... 440
9.4 ... Streuungsparameter ... 443
9.5 ... Normalverteilung ... 447
9.6 ... Schiefe ... 451
9.7 ... Regressionsanalyse ... 453
9.8 ... Projektaufgabe: Simulation einer Qualitätsregelkarte ... 457
9.9 ... Aufgaben ... 463
10. Boolesche Algebra ... 465
10.1 ... Logische Verknüpfungen ... 466
10.2 ... Gesetze der booleschen Algebra ... 470
10.3 ... Schaltungssynthese ... 472
10.4 ... Projektaufgabe: Siebensegmentcodierung ... 477
10.5 ... Aufgaben ... 480
11. Interaktive Programmierung mit Tkinter ... 481
11.1 ... Interaktionen mit Befehlsschaltflächen, Textfeldern und Bezeichnungsfeldern ... 483
11.2 ... Der Layout-Manager von Tkinter ... 488
11.3 ... Auswahl mit Radiobutton ... 497
11.4 ... Schieberegler ... 499
11.5 ... Die Zeichenfläche Canvas ... 504
11.6 ... Projektaufgabe: Drehfrequenzregelung eines fremderregten Gleichstrommotors ... 510
11.7 ... Aufgaben ... 523
Anhang ... 525
A.1 ... Glossar: Grundbegriffe der praktischen Informatik ... 525
A.2 ... Ableitungen elementarer Funktionen ... 526
A.3 ... Stammfunktionen elementarer Funktionen ... 527
A.4 ... Fourier-Reihen wichtiger elektrotechnischer Spannungsverläufe ... 528
A.5 ... Korrespondenztabelle wichtiger inverser Laplace-Transformationen ... 529
A.6 ... Literaturverzeichnis ... 530
Index ... 531
»Jeder ambitionierte Python-Entwickler kann hier noch eine Menge lernen.« iX - Magazin für professionelle Informationstechnik 202103
»Jeder ambitionierte Python-Entwickler kann hier noch eine Menge lernen.«
»Interessieren Sie sich für wissenschaftliche Anwendungen und möchten diese mit Python angehen, empfiehlt sich das exzellente Buch „Der Python-Kurs für Ingenieure und Naturwissenschaftler“. Autor Veit Steinkamp reißt typische Anwendungsfälle für Python-Programme in den Naturwissenschaften an. Dabei präsentiert er die Themen so breit gefächert und tiefgründig, dass selbst Ingenieure noch das ein oder andere vergessene Schmankerl aus Studienzeiten wiederentdecken.«
»Lohnende Lektüre für jeden Python-Programmierer, der es mit wissenschaftlichem Rechnen zu tun bekommt.«
»Das umfangreiche Lehrbuch für Ingenieur*innen und Studierende der Naturwissenschaften mit über 500 Seiten bietet eine solide Einführung in die Programmiersprache Python.«
»Das Buch richtet sich sehr gut vorrangig an Studierende oder entsprechende Wissenschaftler, die zahlenbasiert arbeiten und diese Aufgaben als kursbegleitende Übungsaufgabensammlung nutzen möchten.«
| Erscheinungsdatum | 23.10.2020 |
|---|---|
| Verlagsort | Bonn |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 168 x 240 mm |
| Einbandart | gebunden |
| Themenwelt | Mathematik / Informatik ► Informatik ► Netzwerke |
| Informatik ► Programmiersprachen / -werkzeuge ► Python | |
| Mathematik / Informatik ► Mathematik ► Angewandte Mathematik | |
| Naturwissenschaften | |
| Schlagworte | Anaconda • Boole Kirchhoff • Einstieg Einführung • Einstieg Einführung • Elektrotechnik • Hand-Buch Bücher Grundlagen Kurse Workshops Tutori • Hand-Buch Bücher Grundlagen Kurse Workshops Tutorials Anleitung Training Ausbildung Studium Beruf • Hand-Buch Bücher Grundlagen Kurse Workshops Tutori • Hand-Buch Bücher Grundlagen Kurse Workshops Tutorials Anleitung Training Ausbildung Studium Beruf • Maschinenbau • Mathematische Anwendung • NumPy • Physik • Programmieren Programmierung • Sympy • Visualisierung • Wissenschaftler |
| ISBN-10 | 3-8362-7316-0 / 3836273160 |
| ISBN-13 | 978-3-8362-7316-9 / 9783836273169 |
| Zustand | Neuware |
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