Uniwersytet Warszawski - Centralny System UwierzytelnianiaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Metody modelowania matematycznego i komputerowego w naukach przyrodniczych

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 1100-4PM23 Kod Erasmus / ISCED: 11.953 / (0588) Interdyscyplinarne programy i kwalifikacje obejmujące nauki przyrodnicze, matematykę i statystykę
Nazwa przedmiotu: Metody modelowania matematycznego i komputerowego w naukach przyrodniczych
Jednostka: Wydział Fizyki
Grupy: Przedmioty kierunkowe na studiach drugiego stopnia na kierunku bioinformatyka
ZFBM, II stopień; Projektowanie molekularne i bioinformatyka
Punkty ECTS i inne: 5.00
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: angielski
Kierunek podstawowy MISMaP:

biologia
chemia
fizyka
informatyka
matematyka

Tryb prowadzenia:

w sali

Skrócony opis:

Omówione zostaną współczesne tendencje i strategie badań złożonych układów w naukach przyrodniczych z wykorzystaniem metod fizyki teoretycznej i nauk obliczeniowych w tym technik symulacyjnych. Przedstawione zostaną praktyczne zastosowania omówionych teoretycznych modeli.

Pełny opis:

Tematyka. Współczesne tendencje i strategie badań złożonych układów w naukach przyrodniczych z wykorzystaniem metod fizyki teoretycznej, informatyki stosowanej i technik symulacyjnych. Współczesne architektury komputerowe. Komputery klasyczne i kwantowe. Światowe i polskie centra superkomputerowe oraz przegląd badań i usług w nich realizowanych. Metody określania struktury złożonych układów (bio)molekularnych. Strukturalne bazy danych. Wieloskalowe metody modelowania i symulacje złożonych układów i procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych jako niezbędny element badań w celu zrozumienia ich struktury i funkcji. Przegląd wiodących metod i środowisk obliczeniowych stosowanych w naukach (bio)molekularnych i materiałowych. Wybrane kwantowe metody służące do generowania energii potencjalnej, w tym metody ab initio oraz DFT. Twierdzenie Hellmanna-Feynmana i siły molekularne. Analityczne przybliżenia energii potencjalnej. Związki fizyki układów (bio)molekularnych i nanoukładów. Systemy dynamiczne. Trajektorie w przestrzeni fazowej. Klasyfikacja systemów dynamicznych. Funkcje korelacji, w tym czasowe funkcje korelacji. Wybrane algorytmy dynamik molekularnych: klasycznej dynamiki molekularnej (MD), kwantowej dynamiki molekularnej (QD) i kwantowo-klasycznej dynamiki molekularnej (QCMD). Stabilność numeryczna algorytmów MD. Symulacje układów w stanach równowagi termodynamicznej: podstawowe zespoły statystyczne i właściwości termodynamiczne, mikroskopowy obraz ciśnienia i temperatury, symulacje energii swobodnej, całkowanie termodynamiczne. Mikroskopowe i mezoskopowe modele pól molekularnych. Równanie Poissona-Boltzmanna. Procesy dyfuzyjne. Równanie Fokkera-Plancka. Dynamika Brownowska. Oddziaływania hydrodynamiczne. Symulacje procesów kinetycznych, w tym szlaków metabolicznych i sygnałowych. Fizyka a ewolucja. Algorytmy genetyczne. Sieci neuronowe in silico i ich zastosowania. Analiza sygnałów. Relacje przyczynowości w dynamice układów złożonych. Nowe wyzwania.

Literatura:

• B. Lesyng, Notatki do wykładów, przesyłane regularnie przez USOSa.

• Molecular Conceptor, kurs komputerowy, dostępny w dydaktycznej pracowni.

• SCIGRESS, środowisko obliczeniowe dla badania złożonych układów (bio)mole-

kularnych i materiałowych (https://www.fqs.pl/en/chemistry/products/scigress/).

• A. Hinchliffe, Molecular Modeling for Beginers, Wiley, West Sussex, 2008.

• T. Schlick, Molecular Modeling and Simulation. An Interdisciplinary Guide.

Springer, New York, Dordrecht, Heidelberg, London, 2010.

• A. H. Zewail, Physical Biology. From Atoms to Medicine, Imperial College Press,

2008.

• K.A. Dill, S. Bromberg, Molecular Driving Forces. Statistical Thermodynamics in

Chemistry and Biology, Garland Science, 2003.

• U. Foryś, Matematyka w biologii, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2005.

• L. Susskind, Teoretyczne minimum. Co musisz wiedzieć, żeby zajmować się

fizyką, Pruszyński i S-ka, 2015.

• L. Susskind, Mechanika Kwantowa. Teoretyczne minimum. Co musisz wiedzieć

żeby zacząć zajmować się fizyką, Prószynski i S-ka, Warszawa, 2016.

Efekty uczenia się:

Celem wykładu oraz prezentacji w nim zawartych i ćwiczeń jest przedstawienie słuchaczom przeglądu metod, tendencji i strategii badania układów złożonych w naukach przyrodniczych z wykorzystaniem metod modelowania matematycznego i komputerowego, w tym z wykorzystaniem wielkoskalowych metod fizyki teoretycznej i nauk obliczeniowych. Wykład powinien dać dobre, merytoryczne przygotowanie do pełniejszego rozumienia i prowadzenia własnych, bardziej szczegółowych badań, złożonych układów i procesów.

Metody i kryteria oceniania:

Egzamin pisemny. 4-problemy/pytania do rozwiązania. 20 punktów do uzyskania. Minimum 10 punktów do uzyskania oceny pozytywnej. Od 11 punktów do 20 punktów liniowa skala przeliczenia punktów na ocenę.

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/21" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2020-10-01 - 2021-01-31
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Wykład, 60 godzin, 20 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Bogdan Lesyng
Prowadzący grup: Bogdan Lesyng
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Wykład - Egzamin
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski.