Der Python-Kurs für Ingenieure und Naturwissenschaftler

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.

Beispielrechnungen und Lösungswege für Studium und Beruf

Materialien zum Buch ... 141.  Einführung ... 151.1 ... Entwicklungsumgebungen ... 161.2 ... Die Module von Python ... 201.3 ... Die Schlüsselwörter von Python ... 251.4 ... Ihr Weg durch dieses Buch ... 262.  Programmstrukturen ... 292.1 ... Lineare Programmstruktur ... 292.2 ... Funktionen ... 382.3 ... Verzweigungsstrukturen ... 472.4 ... Wiederholungsstrukturen ... 522.5 ... Datenstrukturen ... 672.6 ... Funktionaler Programmstil ... 812.7 ... Objektorientierter Programmstil ... 842.8 ... Projektaufgabe: Dimensionierung einer Welle ... 912.9 ... Aufgaben ... 933.  Numerische Berechnungen mit NumPy ... 953.1 ... NumPy-Funktionen ... 953.2 ... Vektoren ... 1063.3 ... Matrizenmultiplikation ... 1143.4 ... Lineare Gleichungssysteme ... 1223.5 ... Projektaufgabe: Blitzschutzsystem ... 1263.6 ... Aufgaben ... 1294.  Funktionsdarstellungen und Animationen mit Matplotlib ... 1314.1 ... 2D-Funktionsplots ... 1314.2 ... 3D-Funktionsplots ... 1744.3 ... Vektoren ... 1794.4 ... Figuren, Linien und Pfeile darstellen ... 1834.5 ... Animationen ... 1914.6 ... Projektaufgabe: Stirling-Kreisprozess ... 2004.7 ... Projektaufgabe: Animation eines Fadenpendels ... 2074.8 ... Projektaufgabe: Animation eines Getriebes ... 2114.9 ... Aufgaben ... 2155.  Symbolisches Rechnen mit SymPy ... 2195.1 ... Mathematische Grundoperationen ... 2235.2 ... Matrizen multiplizieren ... 2305.3 ... Gleichungen ... 2335.4 ... Vereinfachungen von Ausdrücken ... 2395.5 ... Reihenentwicklung ... 2415.6 ... Partialbrüche ... 2425.7 ... Kettenbrüche ... 2445.8 ... Grenzwerte ... 2485.9 ... Differenzieren ... 2525.10 ... Integrieren ... 2555.11 ... Differenzialgleichungen ... 2605.12 ... Laplace-Transformation ... 2705.13 ... Projektaufgabe: Sprungantwort einer Kettenschaltung ... 2795.14 ... Projektaufgabe: Durchbiegung eines einseitig eingespannten Balkens ... 2815.15 ... Projektaufgabe: Reaktionskinetik ... 2875.16 ... Projektaufgabe: Zweimassenschwinger ... 2915.17 ... Aufgaben ... 2946.  Numerische Berechnungen und Simulationen mit SciPy ... 2976.1 ... Nullstellen numerisch berechnen ... 2986.2 ... Optimierungen ... 3006.3 ... Interpolationen ... 3026.4 ... Numerisches Differenzieren ... 3046.5 ... Numerisches Integrieren ... 3126.6 ... Differenzialgleichungen numerisch lösen ... 3276.7 ... Diskrete Fourier-Transformation ... 3496.8 ... Schreiben und Auslesen von Sounddateien ... 3566.9 ... Signalverarbeitung ... 3596.10 ... Projektaufgabe: Simulation eines Wälzlagerschadens ... 3656.11 ... Projektaufgabe: Räuber-Beute-Modell ... 3686.12 ... Projektaufgabe: Simulation einer Epidemie ... 3736.13 ... Aufgaben ... 3757.  3D-Grafik und Animationen mit VPython ... 3797.1 ... Das Koordinatensystem ... 3807.2 ... Grundkörper, Punkte und Linien ... 3827.3 ... Körper bewegen sich ... 3977.4 ... Animation von Schwingungen ... 4117.5 ... Ereignisverarbeitung ... 4167.6 ... Projektaufgabe: Animation eines gekoppelten Federpendels ... 4197.7 ... Projektaufgabe: Animation von zwei gekoppelten Fadenpendeln ... 4227.8 ... Aufgaben ... 4258.  Rechnen mit komplexen Zahlen ... 4278.1 ... Mathematische Operationen ... 4288.2 ... Die eulersche Formel ... 4308.3 ... Rechnen mit komplexen Widerständen ... 4328.4 ... Funktionsplots mit komplexen Größen ... 4358.5 ... Projektaufgabe: Elektrisches Energieübertragungssystem ... 4398.6 ... Aufgaben ... 4459.  Statistische Berechnungen ... 4479.1 ... Messwerte erzeugen, abspeichern und auslesen ... 4499.2 ... Häufigkeitsverteilung ... 4549.3 ... Lageparameter ... 4579.4 ... Streuungsparameter ... 4619.5 ... Normalverteilung ... 4659.6 ... Schiefe ... 4689.7 ... Regressionsanalyse ... 4709.8 ... Projektaufgabe: Simulation einer Qualitätsregelkarte ... 4759.9 ... Aufgaben ... 48010.  Boolesche Algebra ... 48310.1 ... Logische Verknüpfungen ... 48410.2 ... Gesetze der booleschen Algebra ... 48810.3 ... Schaltungssynthese ... 49010.4 ... Projektaufgabe: Siebensegmentcodierung ... 49510.5 ... Aufgaben ... 49811.  Interaktive Programmierung mit Tkinter ... 50111.1 ... Interaktionen mit Befehlsschaltflächen, Textfeldern und Bezeichnungsfeldern ... 50311.2 ... Der Layout-Manager von Tkinter ... 50511.3 ... Auswahl mit Radiobutton ... 51211.4 ... Slider ... 51411.5 ... Die Zeichenfläche Canvas ... 51511.6 ... Projektaufgabe: Drehfrequenzregelung eines fremderregten Gleichstrommotors ... 52111.7 ... Aufgaben ... 534Anhang ... 535A.1 ... Glossar: Grundbegriffe der praktischen Informatik ... 535A.2 ... Ableitungen elementarer Funktionen ... 536A.3 ... Stammfunktionen elementarer Funktionen ... 537A.4 ... Fourier-Reihen wichtiger elektrotechnischer Spannungsverläufe ... 538A.5 ... Korrespondenztabelle wichtiger inverser Laplace-Transformationen ... 539A.6 ... Literaturverzeichnis ... 540Index ... 543