计算物理

课程编码：070200M02045H 英文名称：Computational Physics 课时：40 学分：2.00 课程属性：一级学科普及课 主讲教师：郭璐

教学目的、要求：使物理类研究生通过该课程的学习，熟练掌握计算物理中常用的数值计算方法，并对第一性计算、分子模拟、有限元计算和粒子物理模拟的理论、方法及相关数据处理及分析方法有比较全面的了解，初步具备选择合适的算法或软件解决实际理论物理问题的能力。本课程的目的在于通过理论与实践相结合的训练方法，使学生在完成学习后即能采用适合的数值方法和工具，开展对物理、化学、材料等不同体系的理论研究工作。

1）四大力学；2）Linux/Unix 操作系统环境及命令；3）C/C++ 或FORTRAN编程语言；4）数值计算基本知识。

第一章 计算物理简介 3学时
第1节 课程及相关知识介绍
第2节 误差分析及其数值计算
第二章 函数近似方法 3学时
第1节 函数插值
第2节 数据拟合
第3节 相关与回归分析
第三章 数值微分积分 3学时
第1节 数值微分和数值积分方法
第2节 方程求根和函数极值
第3节 具体实例
第四章 常微分方程 3学时
第1节 常微分方程的初值问题的数值方法
第2节 常微分方程的边值问题和本征值问题的数值方法
第3节 具体实例
第五章 矩阵的数值方法 3学时
第1节 矩阵的基本性质及其应用
第2节 线性方程组的矩阵解法
第3节 矩阵本征值问题和具体实例
第六章 快速傅里叶变换 4学时
第1节 傅里叶变换的背景和物理意义
第2节 快速傅里叶变换及其逆变换的思想
第3节 快速傅里叶变换及其逆变换的算法
第4节 具体实例
第七章 数据的统计分析 2学时
第1节 常用统计抽样方法
第2节 统计数据的特征值、分布、图形化分析
第八章 蒙特卡罗方法 5学时
第1节 蒙特卡罗方法的基础知识
第2节 随机数与随机抽样
第3节 蒙特卡罗在确定性问题中的应用
第4节 蒙特卡罗在随机性问题中的应用
第5节 具体实例
第九章 偏微分方程的求解（一）：本征值问题的数值求解 3学时
第1节 本征值问题的求解
第2节 泛函变分方法
第十章 偏微分方程的求解（二）：有限差分法
第1节 有限差分法的思想和差分格式
第2节 数值计算方法
第3节 具体实例
第十一章 偏微分方程的求解（三）：有限元素方法 2学时
第1节 有限元方法思想和常微分方程的有限元方法
第2节 偏微分方程的有限元方法
第十二章 分子动力学方法 4学时
第1节 分子动力学方法介绍
第2节 分子动力学模拟的步骤
第3节 平衡态分子动力学模拟
第4节 量子分子动力学模拟
第十三章 期末考试 2学时
第1节 期末考试

郭璐，2003年获中国科学院理论物理研究所博士学位，2005年在日本茨城大学获第二个博士学位。2005年到2007年在德国法兰克福大学做洪堡学者（Humboldt Fellow）；2007年到2010年在日本东京大学做日本学术振兴会外国人特别研究员（JSPS Fellow）；2010年到2012年在日本理化学研究所做研究科学家（Research Scientist）。随后回国在中国科学院大学物理科学学院工作。主要研究方向为低能核反应、原子核结构、核天体物理等。在超重元素合成、多核子转移反应、新核素产生、奇特核结构、量子多体理论和相关计算方法等方面取得了具有国际影响力的研究成果。