Υπολογιστική Φυσική Ι

Εξάσκηση

Πώς να μελετήσετε

Το μάθημα βασίζεται στην πρακτική εξάσκηση, και για την απόκτηση των απαραίτητων δεξιοτήτων για τις οποίες εκπαιδεύεστε πρέπει να εξασκηθείτε μπροστά στον υπολογιστή. Διαβάστε το βιβλίο εκτελώντας ταυτόχρονα τις εντολές και τις διαδικασίες που περιγράφονται. Αν η συμβουλή αυτή δεν ακολουθηθεί, θα δυσκολευτείτε στην κατανόηση, αλλά και στην ολοκλήρωση μιας οποιασδήποτε άσκησης.

Πώς να αποκτήσετε πρόσβαση στα απαραίτητα εργαλεία

Το υπολογιστικό περιβάλλον που είναι απαραίτητο για να εξασκηθείτε είναι διαθέσιμο στα εργαστήρια προσωπικών υπολογιστών της ΣΕΜΦΕ και στα ΔΕΠΥ του ΕΜΠ. Για να εξασκηθείτε με έναν δικό σας υπολογιστή, τα απόλύτως απαραίτητα εργαλεία είναι ένας καλός επεξεργαστής κειμένων για προγραμματιστές, ένας μεταγλωττιστής Fortran και ένα πρόγραμμα που να φτιάχνει της γραφικές παραστάσεις δεδομένων και συναρτήσεων. Στο μάθημα χρησιμοποιούνται:

• Περιβάλλον λειτουργικού συστήματος της οικογένειας GNU/Linux και τα βασικά του εργαλεία (τέτοιο περιβάλλον είναι διαθέσιμο και σε άλλα λειτουργικά συστήματα, δείτε παρακάτω).
• Ο μεταγλωττιστής Fortran gfortran, ο οποίος είναι ελεύθερα διαθέσιμος για τα κυριότερα λειτουργικά συστήματα υπό άδεια ελεύθερου λογισμικού στη θέση www.gfortran.org.
• Ο επεξεργαστής κειμένου Emacs, ο οποίος προσφέρει ισχυρά εργαλεία στους προγραμματιστές. Ο Emacs είναι ελεύθερα διαθέσιμος για τα κυριότερα λειτουργικά συστήματα υπό άδεια ελεύθερου λογισμικού στη θέση www.gnu.org/software/emacs/.
• Το πρόγραμμα απεικόνισης δεδομένων gnuplot. Το gnuplot είναι ελεύθερα διαθέσιμο για τα κυριότερα λειτουργικά συστήματα υπό άδεια ελεύθερου λογισμικού στη θέση www.gnuplot.info.
• Ο φλοιός tcsh. Ο tcsh είναι ελεύθερα διαθέσιμος για τα κυριότερα λειτουργικά συστήματα υπό άδεια ελεύθερου λογισμικού στη θέση www.tcsh.org.
• Τα προγράμματα awk, grep, sort, cat, head, tail, less. Βεβαιωθείτε ότι είναι διαθέσιμα στο υπολογιστικό σας περιβάλλον.

Αν έχετε ήδη εγκαταστήσει μια διανομή GNU/Linux στον υπολογιστή σας, όλο το παραπάνω λογισμικό μπορεί εύκολα και γρήγορα να εγκατασταθεί. Για παράδειγμα, σε μία διανομή τύπου Debian (όπως το Ubuntu) οι εντολές

• sudo apt install tcsh emacs gnuplot-qt gnuplot-doc
• sudo apt install gfortran gawk gawk-doc binutils
• sudo apt install manpages-dev coreutils liblapack3 liblapack-doc liblapack-dev libblas-dev

εγκαθιστούν όλα τα απαραίτητα εργαλεία.

Αν θέλετε να χρησιμοποιήσετε GNU/Linux στον υπολογιστή σας, χωρίς να κάνετε ξεχωριστή εγκατάσταση, μπορείτε να:

• εγκαταστήσετε το Ubuntu σαν ένα οποιοδήποτε πρόγραμμα των Windows 11. Στα Windows 11 οι γραφικές εφαρμογές τρέχουν χωρίς να χρειαστεί να εγκαταστήσετε άλλα προγράμματα. Θα χρειαστεί η εγκατάσταση του WSL2 (Windows Subsystem for Linux, version 2):
  • Οδηγίες από την Canonical
  • Οδηγίες από Microsoft: εγκατάσταση wsl
  • Οδηγίες από Microsoft: Linux GUIs
  Η εγκατάσταση είναι πάρα πολύ απλή, ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα:
  • Βεβαιώνεστε πως έχετε Windows 11, OS Build 22000.X ή μεγαλύτερο
  • Ενεργοποιείτε την επιλογή Virtual Machine Platform (Πλατφόρμα εικονικής μηχανής) στα Windows Features (Δυνατότητες των Windows)
  • Επανεκκινείτε το λειτουργικό σύστημα, ανοίγετε το Windows Power Shell με δικαιώματα διαχειριστή, και δίνετε την εντολή:
    wsl --install
  • Επανεκκινείτε το λειτουργικό σύστημα, ανοίγετε το Windows Power Shell με δικαιώματα διαχειριστή, και δίνετε την εντολή:
    wsl --install -d Ubuntu
  • Στο Ubuntu παράθυρο που θα ανοίξει, δίνετε ένα όνομα χρήστη και κωδικό (σημειώστε τα!...). Στη συνέχεια, στο ίδιο παράθυρο, δίνετε τις εντολές:
    sudo -i (εισάγετε τον κωδικό που βάλατε)
    apt update
apt upgrade
apt install x11-apps gnome-terminal emacs gnuplot-qt gnuplot-doc xterm nautilus
apt install gawk gawk-doc manpages-dev coreutils gcc g++ gfortran gfortran-doc gcc-doc liblapack3 liblapack-doc liblapack-dev libblas-dev
• εγκαταστήσετε το Ubuntu σαν ένα οποιοδήποτε πρόγραμμα των Windows 10. Προσοχή, τα GUIs δεν τρέχουν αυτόματα, χρειάζονται εξωτερικά προγράμματα και ρύθμισεις. Είναι πιο εύκολο να τρέξετε το WSL1 και όχι το WSL2.
  • Για να γίνει αυτό, από το Windows Power Shell (με administrator rights), να τρέξετε τις εντολές:
    wsl --install (επανεκκίνηση)
    wsl --install -d Ubuntu-20.04 (επανεκκίνηση)
    wsl --set-version Ubuntu-20.04 1 (επανεκκίνηση)
  • Στο Ubuntu παράθυρο που θα ανοίξει, δίνετε ένα όνομα χρήστη και κωδικό (σημειώστε τα!...). Στη συνέχεια, στο ίδιο παράθυρο, δίνετε τις εντολές:
    sudo -i (εισάγετε τον κωδικό που βάλατε)
    apt update
apt upgrade
apt install x11-apps gnome-terminal emacs gnuplot-x11 gnuplot-doc xterm nautilus
apt install gawk gawk-doc manpages-dev coreutils gcc g++ gfortran gfortran-doc gcc-doc liblapack3 liblapack-doc liblapack-dev libblas-dev
exit
  • Για να τρέξουν οι γραφικές εφαρμογές, εγκαταστήστε τον VcXsrv Windows X Server. Εκκινήστε τον VcXsrv και επιλέξτε "Disable access control" στην 3η καρτέλα
  • Ξεκινήστε το Ubuntu, και στο παράθυρο δώστε, μόνο την πρωτη φορά, τις εντολές:
    export DISPLAY=localhost:0.0
echo "export DISPLAY=localhost:0.0" >> ~/.bashrc
gnome-terminal &
  Για περισσότερες οδηγίες, μπορείτε να επισκευτείτε τους παρακάτω συνδέσμους:
  • Οδηγίες από την Canonical
  • VcXsrv Windows X Server και η σχετική τεκμηρίωση: wiki1, wiki2, wiki3
  • Αναζητήστε σχετικά βίντεο εγκατάστασης για Windows 10, όπως λ.χ. εδώ, εδώ, ή εδώ
• εκκινήσετε τον υπολογιστή σας με ένα από τα πολλά Live USB/CDs/DVDs με κάποια εκδοχή του Linux (Λ.χ. το Ubuntu προσθέτοντας τα πακέτα που αναφέρονται παραπάνω). Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το πρόγραμμα UNetbootin ή το LinuxLive USB Creator για να φτιάξετε ένα bootable USB/DVD. Δε χρειάζεται δίκτυο εκτός αν πρέπει να εγκαταστήσετε τα πακέτα.
• Για Mac OS μπορείτε να εγκαταστήσετε το Homebrew και να δώσετε τις εντολες:
  • brew install tcsh emacs gnuplot gfortran gcc openblas lapack