Введение в задачи молекулярной динамики на языке Julia

2026/2027

ID 1231722

Статус: Общеуниверситетский факультатив

Кто читает: Департамент прикладной математики

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3, 4 модуль

Охват аудитории: для всех

Преподаватели: Писарев Василий Вячеславович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 30

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Julia – современный высокопроизводительный язык программирования, сочетающий преимущества динамической типизации и JIT компиляции. Язык хорошо подходит для научных вычислений за счет лаконичного синтаксиса (на уровне Python и Matlab), встроенной работы с многомерными массивами и высокой производительности скомпилированных программ. В курсе рассматривается реализация алгоритмов моделирования движения частиц на языке Julia и последующего анализа траекторий. Студенты знакомятся с численными алгоритмами для моделирования уравнений движения, реализацией структур данных в языке Julia (односвязные списки, система непересекающихся множеств Union-Find), а также некоторыми алгоритмами для обработки данных – поиск ближайших соседей, кластерный анализ, вычисление радиальных функций распределения. Будет демонстрироваться использование библиотек языка Julia для анализа производительности программ, динамического выделения памяти, профилирования программ. Будут показаны приемы повышения производительности вычислительных задач за счет выбора структур данных, снижения динамических выделений памяти при работе алгоритмов, использования многопоточных вычислений.

Цель освоения дисциплины

Получение навыков программирования на языке Julia на примере реализации достаточно крупного программного проекта
Ознакомление с основами молекулярного моделирования для расчета свойств веществ
Обучение основам оптимизации производительности компьютерных программ

Планируемые результаты обучения

Уметь профилировать и оптимизировать алгоритмы, анализировать их эффективность.
Использовать язык программирования Julia на базовом уровне
Реализовывать численные алгоритмы классической механики для молекулярного моделирования
Применять приемы для уменьшения динамического выделения памяти, повышения локальности данных в программах на языке Julia.
Применять классические алгоритмы для данных, полученных в численном моделировании
Строить 2D и 3D графики с помощью библиотек Makie и/или Plots.jl
Использовать среды Jupyter и/или Pluto.jl для интерактивного программирования на языке Julia
Вычислять температуру, давление, функции пространственного распределения для системы частиц

Содержание учебной дисциплины

Основы языка Julia
Основы молекулярного моделирования
Производительность программ на Julia
Обработка результатов моделирования

Элементы контроля

Домашнее задание: перенос учебной программы из формата ноутбука в формат скрипта
Защита практического задания: реализация потенциала взаимодействия или функции анализа траектории

Промежуточная аттестация

2026/2027 4th module
0.4 * Домашнее задание: перенос учебной программы из формата ноутбука в формат скрипта + 0.6 * Защита практического задания: реализация потенциала взаимодействия или функции анализа траектории

Список литературы

Авторы

Писарев Василий Вячеславович
Воронцова Татьяна Дмитриевна

Программа дисциплины