Referenzkarten, Version 17. Januar

Transcrição

Hochschule Geisenheim University - AG Modellierung und Systemanalyse
Referenzkarten Gm.Linux
Version: 21. Januar 2015
Inhaltsverzeichnis
1 Autorenteam
5
2 Hinweise zu diesen Referenzkarten
6
3 Grundlagen Gm.Linux
3.1 #R9: Quick Start (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Gm.Linux als virtuellen Computer einrichten . . . . . . . . . .
3.1.2 Mit Gm.Linux arbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.3 Vorteile und Nachteile dieses Verfahrens und Alternativen . .
3.2 #R1: Installation (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Systemvoraussetzungen, ISO-Datei, Offlinebetrieb . . . . . .
3.2.2 Alternative 1: Virtualisierte Installation . . . . . . . . . . . . .
3.2.3 Alternative 2: Installation auf Notebook oder Desktoprechner
3.2.4 Alternative 3: Installation auf Server . . . . . . . . . . . . . .
3.2.5 Alternative 4: Installation auf USB-Stick . . . . . . . . . . . .
3.3 #R8: Virtualisierung (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 Voraussetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2 Live-Betriebssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2.1 Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3 Betriebssystem installieren und ausführen . . . . . . . . . . .
3.3.3.1 Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4 Dateiaustausch mit virtuellem System . . . . . . . . . . . . .
3.3.4.1 Mit Terminalkommandos . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4.2 Samba-Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4.3 Einbindung eines USB-Sticks . . . . . . . . . . . . .
3.3.4.4 Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5 Alternativen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 #R10: Hinweise zur Bedienoberfläche (1/2015) . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Programme starten, Dateimanager, Menüs finden usw. . . .
3.4.2 Dokumentenbetrachter evince (z.B. für PDF-Dateien) . . . .
3.4.3 Umgang mit Terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Büroarbeit
4.1 #R11: Papierdokumente 2.0 (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Aktion 1: Papierdokument archivieren . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Aktion 2: Speicherbedarf reduzieren, PDF erzeugen . . . . . .
4.1.3 Aktion 3: Dokument durchsuchen, mailen, kopieren, faxen . . .
4.1.4 Varianten der o.a. Aktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 #R12: Elektronische Daten aus Papiergrafik erzeugen (10/2014) . . .
4.3 #R13: PDF-Dokumente bearbeiten (10/2014) . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Seiten entnehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Seiten zusammenfügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 Dokument verschlüsseln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.4 Weitere Operationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 #R14: Audio- und Videodaten (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Audioquelle aufnehmen und als mp3 speichern . . . . . . . . .
4.4.2 Videos konvertieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.3 Videos zusammenfügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 #R15: LaTex-Templates für Berichte und Dokumentationen (10/2014)
4.5.1 Templates ansehen und ausprobieren . . . . . . . . . . . . . .
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Inhaltsverzeichnis
4.5.2 Template für klassische Textdokumentation . . . . . .
4.5.3 Template für hybride Textdokumentation . . . . . . .
4.6 #R28 Dateien ver- und entschlüsseln mit PGP (wird ergänzt)
4.7 #R16: Vermischtes (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7.1 Andere Betriebssysteme verwenden . . . . . . . . . .
4.7.2 Sichere Passworte erzeugen . . . . . . . . . . . . . .
4.7.3 Internetseiten lokal speichern . . . . . . . . . . . . . .
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5 Statistik und Computeralgebra
5.1 #R2: Gm.HYDRA (1/2015) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1 Update: Vereinfachtes Verfahren ab Gm.Linux 3.0 . . . . . . . .
5.1.1.1 Bericht mit R- und Maxima-Code . . . . . . . . . . . . .
5.1.1.2 GmLinux-Referenzkarte schreiben . . . . . . . . . . . .
5.1.1.3 Hinweise zur Verwendung von TexStudio . . . . . . . .
5.1.2 Verfahren für Gm.Linux 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.3 Template 1: Tex und R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.4 Template 2: Tex und Maxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.5 Template 3: Tex, Hyperlinks und Literaturdatenbank . . . . . . .
5.1.6 Template 4: Schleifenkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.7 Dokumente kompilieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.7.1 Tex-Dokumente ohne Chunks . . . . . . . . . . . . . .
5.1.7.2 Tex-Dokumente mit Chunks . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.7.2.1 Empfohlene Verfahrensweise (Kile) . . . . . .
5.1.7.2.2 Alternative Verfahrensweise (RStudio) . . . . .
5.1.7.2.3 Alternative Verfahrensweise (RStudio und Kile)
5.2 Versuchsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 #R26: Screening Designs (11/2014) . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2 #R3: D-optimaler Versuchsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2.1 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2.2 Erstellung eines vollfaktoriellen Versuchsplans . . . . .
5.2.2.3 Erstellung des D-optimalen Versuchsplans . . . . . . .
5.3 #R27 GUI’s für R-Anwendungen mit Shiny programmieren (11/2014) .
5.4 #R17 t-Test (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 #R18 Varianzanalyse (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6 #R19 Regressionsverfahren (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7 #R20 Neuronale-Netze-Verfahren (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . .
5.8 #R21 Big Data (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9 #R22 Dimensionsreduktion und Klassifikation (wird ergänzt) . . . . . . .
5.10 #R23 Six Sigma (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6 Differentialgleichungsmethoden
6.1 #R4 Temperaturverteilung berechnen (10/2014) . . . . . .
6.1.1 Lehrbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2 Preprocessing: Geometrie erzeugen . . . . . . . .
6.1.3 Temperaturverteilung berechnen . . . . . . . . . .
6.1.4 Postprocessing: Grafische Darstellung der Lösung
6.2 #R6 Einphasenströmung (10/2014) . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Lehrbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Preprocessing: Geometrie erzeugen . . . . . . . .
6.2.3 Strömung berechnen . . . . . . . . . . . . . . . . .
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c AG Modellierung, HS Geisenheim, 2014
Referenzkarten Gm.Linux, Version: 21. Januar 2015, :
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3
Inhaltsverzeichnis
6.3 #R7 Zweiphasenströmung (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.1 Lehrbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.2 Preprocessing: Geometrie erzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.3 Strömung berechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.4 Postprocessing: Grafische Darstellung der Lösung . . . . . . . . . . . . . .
6.4 #R5 Visualisierung mit ParaView (10/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.1 Start des Programms, wichtige Bedienungshinweise . . . . . . . . . . . . .
6.4.2 Tipps zur Bedienung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.3 Zustand sichern und laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.4 Videos erzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.4.1 Videos im ogv-Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.4.2 Videos im avi-Format erzeugen (hohe Qualität) . . . . . . . . . . .
6.4.4.3 ogv-Videos in avi-Videos konvertieren (mittlere Qualität)) . . . . .
6.4.4.4 ogv-Videos in avi-Videos konvertieren (hohe Qualität) . . . . . . .
6.4.5 Stromlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.5.1 Stromlinien an definierter Startfläche beginnen . . . . . . . . . . .
6.4.5.2 Schöne (”fancy”) Stromlinien erzeugen . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.6 Text einfügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.6.1 Beliebiger Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.6.2 Text mit variabler Zeitangabe in Videos . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.6.3 Text mit variabler Koordinatenangabe in Videos (z.B. y=1.5 cm) .
6.4.7 Videoszenarien definieren im Animation View . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.7.1 Verfahren, wenn nur Daten aus einer Zeitschicht dargestellt werden sollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.8 Mittelwert berechnen mit Integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.9 Vergleich von Daten aus zwei Simulationen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.10 Licht, Hintergrundhelligkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 #R29 Gittererzeugung in Helyxos (12/2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.1 Gitter lokal verfeinern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.1.1 Verfeinerung an einem Rand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.1.2 Verfeinerung in einem Volumenbereich . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.2 Nutzung von Symmetrien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.3 Gitter perfektionieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6 #R24 ODE’s lösen (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.7 #R25 Parameteridentifikation in ODE’s (wird ergänzt) . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8 #R30: Individuelle Post-Processing Utilities für OpenFOAM (1/2015) . . . . . . . .
6.8.1 Editieren & kompilieren des Templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.8.2 Nutzung des Templates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Referenzen
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4
1 Autorenteam
Alwin Hopf (HS Geisenheim)
Friedrich Geiger (HS Geisenheim bis 2012)
Marco Günther (htw Saarbrücken)
Claus Meister (HS Geisenheim bis 2012)
Jonas Müller (HS Geisenheim)
Dominik Schmidt (HS Geisenheim)
Kai Velten (HS Geisenheim)
Wenn Sie mit GmLinux eine eigene Verfahrensweise entwickelt haben, schreiben Sie bitte eine
Gm.Linux-Referenzkarte wie in Abschnitt 5.1.1.2 beschrieben. Wir nehmen Sie dann gerne an
dieser Stelle in unser Autorenteam auf.
5
2 Hinweise zu diesen Referenzkarten
• Damit diese Referenzkarten mit begrenztem Aufwand aktualisiert und wichtige Themen ergänzt werden können, werden jeweils nur grobe Handlungsanweisungen dargestellt, die für
erfahrene Computernutzer ausreichen sollten.
• Unter modellierung.hs-geisenheim.de werden demnächst die Kontaktdaten eines “Gm.LinuxHiwis” mitgeteilt, der als Ansprechpartner für Fragen zur Verfügung steht.
• Download der aktuellen Versionen: hs-geisenheim.de/gmlinux
• Vertiefende Beispiele zu den Referenzkarten #1-#8: [guenther2014mathematische].
• Dieser Text wurde mit dem Verfahren in Referenzkarte #R15 erstellt.
• Probleme, Fragen, Verbesserungsvorschläge usw. jederzeit gerne an:
[email protected]
6
3 Grundlagen Gm.Linux
7
3.1
#R9: Quick Start (10/2014)
3.1 #R9: Quick Start (10/2014)
Diese Referenzkarte beschreibt eine Verfahrensweise, die es erlaubt, schnell, einfach, ohne Installationsaufwand und ohne Modifikation des Original-Betriebssystems auf gängigen Plattformen
(Windows, Mac, Linux) mit Gm.Linux zu arbeiten. Hierzu wird im Original-Betriebssystem einfach
ein Fenster erzeugt, in dem Gm.Linux “virtualisiert” läuft.
3.1.1 Gm.Linux als virtuellen Computer einrichten
1. Moderner, schneller 64-bit-Prozessor (z.B. modernes Notebook/Desktop, kein Netbook/Tablet usw.), mindestens 4 GB RAM. Alle Virtualisierungsoptionen des Prozessors müssen
aktiviert sein (Einstellung in Windows 7 z.B. in den BIOS-Optionen, hierzu beim Start des
Rechners rechnerspezifisch z.B. ESC, F1, F2, F8 oder F12 drücken).
2. Aktuelle Gm.Linux-ISO-Datei (z.B. gmlinux203.iso) unter hs-geisenheim.de/gmlinux laden
und auf dem Computer abspeichern.
3. Virtualbox von virtualbox.org laden und installieren. Wählen Sie unter Download das “platform package” (GPL-2-Lizenz, Open Source).
4. Virtualbox starten (in Windows 7 z.B. über Startmenü, Programme ...).
5. Neue Maschine definieren (Symbol “Neu”).
6. Name: Gm.Linux, Typ: Linux, Version: Ubuntu (64 bit).
7. Speichergröße: mindestens 2 GB, besser ab 4 GB.
8. Festplatte: “Keine Festplatte” wählen, Warung ignorieren und fortfahren.
9. Im linken Auswahlfenster Gm.Linux wählen, dann “Ändern”, dann “Massenspeicher”, dann
in der Spalte “Massenspeicher” auf das CD-Symbol klicken, dann in der Spalte “Attribute”
auf das CD-Symbol klicken, dann “Datei für virtuelles CD/DVD-Medium” wählen, dort die
ISO-Datei aus Punkt 2. wählen.
10. Unter “System”, “Prozessor” die Option “PAE/NX” aktivieren.
11. Optional für den Datenaustausch mit dem eigenen Rechner unter “Netzwerk” wählen: “Angeschlossen an: Netzwerkbrücke”. Dateiordner auf dem eigenen Rechner für Netzwerkzugriff
freigeben (z.B. in Windows 7 den Ordner “Bibliotheken, Dokumente, Öffentliche Dokumente”). Hierzu z.B. in Windows 7 im Explorer (Windows-Taste+E) mit der rechten Maustaste
auf den freizugebenden Ordner und dort “Eigenschaften, Freigabe“ wählen.
3.1.2 Mit Gm.Linux arbeiten
1. Virtualbox starten, dann Doppelklick auf Gm.Linux. Bootvorgang abwarten. Empfehlung: Im
Menü Anzeige ”skalierten Modus“ wählen, dann Fenster maximieren.
2. Anleitung zur Arbeit mit Gm.Linux: Referenzkarten unter hs-geisenheim.de/gmlinux und das
Buch: Marco Günther, Kai Velten, Mathematische Modellbildung und Simulation, Wiley-VCH,
2014.
3. Gm.Linux-Dateien mit dem eigenen Rechner austauschen: Dateimanager in Gm.Linux wählen (Symbolleiste links), dann ”Browse Network“ (linke Spalte), dann über den Rechnernamen den wie in Punkt 11 in Abschnitt 3.1.1 freigegebenen Ordner wählen.
4. Wichtig: Virtuellen Rechner nicht herunterfahren (einfach Fenster schließen).
3.1.3 Vorteile und Nachteile dieses Verfahrens und Alternativen
1. Vorteile: schnell zu realisieren (”Quick Start“), wenig Risiken für das System wegen Livebetrieb, daher für Anfänger empfehlenswert.
2. Nachteile: In Gm.Linux gespeicherte Daten, Einstellungen usw. sind bei jedem Neustart verloren (Daten daher wie in Punkt 3 in Abschnitt 3.1.2 beschrieben sichern!); in Virtualbox
kein Copy-and-Paste, Einstellung der Bildschirmauflösung usw. möglich; Geschwindigkeitsverlust durch Virtualisierung kann bei komplexen Berechnungen relevant sein.
3. Alternativen ohne diese Nachteile: siehe die Referenzkarten #R1 (Installation) und #R8 (Virtualisierung).
8
3.2
#R1: Installation (10/2014)
3.2 #R1: Installation (10/2014)
Diese Referenzkarte beschreibt Alternativen zur Nutzung von Gm.Linux im Live-Betrieb (Referenzkarte # R9 ”Quick Start“). Für diese Alternativen entfallen die in #R9 genannten Nachteile.
3.2.1 Systemvoraussetzungen, ISO-Datei, Offlinebetrieb
• Systemvoraussetzungen, ISO-Datei: Siehe Referenzkarte # R9 ”Quick Start“.
• System ist für Offlinebetrieb vorgesehen. Mit einigen Programmen kann es Probleme geben,
wenn im Onlinebetrieb Updates installiert werden,
3.2.2 Alternative 1: Virtualisierte Installation
Analoges Verfahren wie in Referenzkarte # R9 ”Quick Start“, aber:
1. In Abschnitt 3.1.1, Punkt 8: (Virtuelle) Festplatte mit mindestens 20 GB festlegen. Dies erzeugt eine 20 GB große Datei auf der Festplatte.
2. In Abschnitt 3.1.1 entfallen: Punkt 9, Punkt 10.
3. Beim ersten Start von Gm.Linux wählen Sie: ”install - start the installer directly“, danach führt
eine grafische Assistentin durch die Installation.
4. Nach der Installation und Neustart des virtuellen Systems kann Gm.Linux wie in Abschnitt 3.1.2
beschrieben genutzt werden. Auch Daten können jetzt im virtuellen System gespeichert werden.
5. Um ”paste and copy“ und verbesserte Grafik nutzen zu können: Menü ”Geräte, Medium mit
Gasterweiterungen einlegen“, dann Gasterweiterungen installieren.
3.2.3 Alternative 2: Installation auf Notebook oder Desktoprechner
• Diese Alternative hat gegenüber Abschnitt 3.2.2 den Vorteil, dass die volle Leistungsfähigkeit
der Prozessoren zur Verfügung steht; wichtig z.B. für rechenintensive Strömungssimulationen.
• Achtung! Hier wird das Original-Betriebssystem des Rechners gelöscht und mit Gm.Linux
überschrieben (Parallelinstallation z.B. mit Windows für Linux-Kenner möglich).
• Gm.Linux-ISO-Datei auf eine CD brennen oder auf USB-Stick installieren (Abschnitt 3.2.5).
• Rechner starten, Bootmenü aufrufen, vom Installationsmedium starten, dann die Option “install – start the installer directly”.
3.2.4 Alternative 3: Installation auf Server
• Jedes Notebook und jeder Desktoprechner kann auch als Gm.Linux-Server genutzt werden:
Der Server wird beliebig im Netzwerk aufgestellt, mit Netzwerkkabel verbunden und dann
von einem anderen Rechner aus mit Remote-Desktop-Software gesteuert.
• Achtung! Hier wird das Original-Betriebssystem des Rechners gelöscht und m it Gm.Linux
überschrieben (Parallelinstallation z.B. mit Windows für Linux-Kenner möglich).
• Gm.Linux-ISO-Datei auf eine CD brennen oder auf USB-Stick installieren (Abschnitt 3.2.5).
• Rechner starten, Bootmenü aufrufen, vom Installationsmedium starten, dann die Option “install – start the installer directly”.
3.2.5 Alternative 4: Installation auf USB-Stick
1. USB-Stick mit mindestens 8 GB verwenden.
2. Achtung! Bei Fehlbedienung nachstehender Software kann Betriebssystem des Rechners
zerstört werden; wichtig u.a. Auswahl korrekter Laufwerkbuchstaben.
9
3.2
#R1: Installation (10/2014)
3. Installation der ISO-Datei auf dem USB-Stick in Ubuntu-Linux mit dem Programm “Startmedienersteller”.
4. Installation in Windows z.B. mit dem Universal-USB-Installer unter
http://www.chip.de/downloads/Universal-USB-Installer_56810883.html
5. Gm.Linux starten: Rechner starten, Bootmenü aufrufen, vom USB-Stick aus starten (dies
kann auch als Default im BIOS festgelegt werden).
6. Hinweis: Bei Installation mit dem Universal-USB-Installer in Windows hat sich gezeigt, dass
keine Dateien auf dem Stick gespeichert werden können. Vorläufiger Workaround: System
zunächst auf Stick 1 installieren, dann Gm.Linux mit Stick 1 starten, dann ISO-Datei mit
“Startmedienersteller” auf Stick 2 installieren.
10
3.3
#R8: Virtualisierung (10/2014)
3.3 #R8: Virtualisierung (10/2014)
Wichtig: Anfänger sollten statt dieser Referenzkarte zunächst die in Referenzkarte #R9 “Quick
Start” und in Abschnitt 3.2.2 beschriebenen einfacheren Verfahren nutzen.
3.3.1 Voraussetzungen
• BIOS-Virtualisierungsoptionen aktivieren, falls vorhanden.
• Windows: qemu installieren (z.B. http://wiki.qemu.org/Links).
• Verfahrensweisen wurden getestet für Gm.Linux und Windows 7. Für andere Systeme ggf.
Anpassungen erforderlich.
3.3.2 Live-Betriebssystem
• ISO-Datei des Betriebssystems (z.B. gmlinux2.iso) auf dem Rechner oder auf einem
Stick speichern.
• Terminal öffnen, dann Kommando:
kvm -M pc -m 4000 -cdrom [Pfad zur Datei]/gmlinux2.iso -vga std
• -m 4000 bedeutet Nutzung von 4 GB RAM durch die virtuelle Maschine, ggf. anpassen.
3.3.2.1 Windows
• Wie oben mit dem Kommando (Pfad c:\qemu ggf. anpassen):
c:\qemu\qemu -L c:\qemu -cdrom [Pfad zur Datei]\gmlinux2.iso
-m 4000
3.3.3 Betriebssystem installieren und ausführen
• Datei gmlinux2.img erzeugen, die eine virtuelle Maschine mit ca. 30 GB Festplattenspeicher enthält:
qemu-img create gmlinux2.img 30G
• Betriebssystem gmlinux2.iso in der virtuellen Maschine gmlinux2.img installieren:
kvm -hda [Pfad anpassen]/gmlinux2.img -cdrom [Pfad anpassen]/gmlinux.2.iso -boot d -m
4000 -vga std
• Nach Installation virtuelle Maschine starten:
kvm -hda [Pfad anpassen]/gmlinux2.img
-m 4000
-vga std
3.3.3.1 Windows
• Kommandos anpassen analog zu Abschnitt 3.3.2.1.
3.3.4 Dateiaustausch mit virtuellem System
3.3.4.1 Mit Terminalkommandos
11
3.3
#R8: Virtualisierung (10/2014)
# Host sendet an Gast
tar c DATEIEN | nc -v -l 8080
tar x < /dev/tcp/10.0.2.2/8080
# auf dem Host
# auf dem Gast
# Gast sendet an Host
nc -v -l 8080 | tar x
tar c DATEIEN > /dev/tcp/10.0.2.2/8080
# auf dem Host
# auf dem Gast
3.3.4.2 Samba-Server
• Falls erforderlich, Samba-Server und Konfigurationstool installieren:
sudo apt-get install system-config-samba
• system-config-samba aufrufen, Lese und Schreibrechte z.B. für Ordner [Pfad anpassen]/daten
freigeben.
• Virtuelle Maschine starten mit:
kvm -hda [Pfad anpassen]/gmlinux2.img
=[Pfad anpassen]/daten
-m 4000
-vga std -net nic,vlan=0 -net user,smb
• Im virtuellen System den gemeinsamen Ordner mounten:
sudo mount -t cifs //10.0.2.2/daten ~/daten -o username=[anpassen],noexec
3.3.4.3 Einbindung eines USB-Sticks
lsusb
# [Beispielausgabe:] Bus 002 Device 006: ID 1307:0165 Transcend Information, Inc. 2GB
/4GB Flash Drive
sudo chmod a+rw /dev/bus/usb/002/006
kvm -hda [Pfad anpassen]/gmlinux2.img -m 4000 -vga std -usb -net nic,vlan=0 -net
user,vlan=0,hostname=emu -monitor pty -boot d -usb -usbdevice host:1307:0165
3.3.4.4 Windows
• Anpassung der Kommandos aus Abschnitt 3.3.4.2 und Abschnitt 3.3.4.3 analog zu Abschnitt 3.3.2.1 oder Nutzung einer grafischen Benutzeroberfläche, siehe Abschnitt 3.3.5.
3.3.5 Alternativen
• Grafische Benutzeroberflächen: http://wiki.qemu.org/Links
• Kommerzielle und halbkommerzielle Systeme wie Virtualbox (virtualbox.org), z.T. bessere Performance.
12
3.4
#R10: Hinweise zur Bedienoberfläche (1/2015)
3.4 #R10: Hinweise zur Bedienoberfläche (1/2015)
3.4.1 Programme starten, Dateimanager, Menüs finden usw.
1. Aufruf von Programmen: Windows-Taste, dann Programmnamen eintippen, Programm mit
Mausklick starten. Alternativ zur Windows-Taste das “Dash”-Symbol (Symbolleiste links ganz
oben) anklicken.
2. Dateimanager “nautilus”: Symbolleiste, links oben.
3. Mauszeiger ganz nach oben bewegen, um die standardmäßig nicht in die Fenster integrierten Menüs zu sehen.
4. Damit im virtualisierten Betrieb die Tastenkombinationen funktionieren, kann es sinnvoll sein,
zunächst mit Ctrl+Alt+F in den Vollbildmodus zu schalten.
3.4.2 Dokumentenbetrachter evince (z.B. für PDF-Dateien)
• Zoom auf Seitengröße mit f, auf Seitenbreite mit w.
3.4.3 Umgang mit Terminal
1. Terminal aufrufen: Ctrl+Alt+T.
2. Terminal in Verzeichnis beispiel aufrufen: Ctrl+Alt+T, dann “cd beispiel”; alternativ Verzeichnis im Dateimanager öffnen, rechte Maus, “Open in Terminal”.
3. Alte Befehle wiederholen: “Pfeiltaste oben”, “Pfeiltaste unten”.
4. Alte Befehle schnell durchsuchen: Erste Buchstaben des Befehls tippen, dann Tasten “Bild
oben”, “Bild unten”.
5. Kommandos aus den Referenzkarten sind vordefiniert und können wie in Punkt 3 und Punkt 4
aufgerufen werden.
6. Autovervollständigung: Beim Eintippen von Kommandos, Dateinamen usw. immer nur die
ersten Buchstaben tippen, dann TAB-Taste zum Vervollständigen nutzen.
7. History alter Befehle durchsuchen: Ctrl+R, dann Suchwort, ggf. nochmals Ctrl+R um die
Ergebnisliste weiter zu durchsuchen.
13
4 Büroarbeit
14
4.1
#R11: Papierdokumente 2.0 (10/2014)
4.1 #R11: Papierdokumente 2.0 (10/2014)
Diese Referenzkarte beschreibt moderne und effektive Lösungen, um Papierdokumente zu archivieren, zu durchsuchen, zu mailen, zu kopieren, in eine Textverarbeitung zu übertragen oder zu
faxen. Diese Verfahren können u.a. die zeitraubende Arbeit mit Scannern und Scannersoftware
ersetzen.
4.1.1 Aktion 1: Papierdokument archivieren
Ein Papierdokument soll für mögliche spätere Verwendung archiviert werden:
1. Dokument mit Handy oder Kamera fotografieren (wenn möglich, Dokument auf weißen Untergrund legen und Blitz verwenden).
2. Alle u.a. Aktionen können mit diesen Daten bei Bedarf später ausgeführt werden.
4.1.2 Aktion 2: Speicherbedarf reduzieren, PDF erzeugen
100 mit Aktion 1 archivierte Seiten würden zunächst in 100 Dateien vorliegen, die je nach Kamera mehr als 500 MB Speicherplatz belegen könnnen. Verfahrensweise, um ein einziges PDFDokument mit geringem Speicherbedarf zu erzeugen:
1. Bilddateien in einem Gm.Linux-Verzeichnis speichern (#R9).
2. Dieses Verzeichnis im Dateimanager öffnen. Zum Ausprobieren z.B. die Bilddateien in
~/daten/scan-ex1 oder ~/daten/scan-ex2 verwenden.
3. Terminal in diesem Verzeichnis öffnen (rechte Maustaste, “Open in Terminal”).
4. sh ~/prog/scan/scancvtdeu *.JPG (bei englischem Text: scancvteng).1
5. Das Kommando erzeugt die Datei bw-text.pdf.
6. Speicherbedarf dieser Datei mit Beispieldaten aus ~/daten/scan-ex1: 262 KB. Ursprünglicher Speicherbedarf der Bilddaten (16,3 MB) wurde also um 98% reduziert.
4.1.3 Aktion 3: Dokument durchsuchen, mailen, kopieren, faxen
Wenn Datei bw-text.pdf aus Aktion 2 vorliegt:
1. Durchsuchen: Suchfunktion (Strg+F) des PDF-Viewers (z.B. Okular in Gm.Linux).
2. Mailen: wegen der geringen Dateigröße problemlos möglich.
3. Kopieren, 1. Variante: tonersparender Ausdruck der pdf-Datei, da alle Grauschattierungen
entfernt wurden.
4. Kopieren, 2. Variante: bw-text.pdf mit Mausklick öffnen, dann Menü “File, Export As,
Plain Text”. Ergebnisdatei enthält den elektronischen Text zur Weiterverbeitung z.B. in Textverarbeitungsprogrammen.
5. Faxen: problemlos möglich, da alle Grauschattierungen entfernt wurden.
4.1.4 Varianten der o.a. Aktionen
Farbiges PDF ohne Spracherkennung erzeugen:
1. sh ~/prog/scan/scancvtcol *.JPG erzeugt Datei col.pdf.
2. Qualität kann durch Einstellen der Option “Verkleinerung” verbessert werden, siehe unten.
Nachteil: Größere Dateien.
Weitere Optionen einstellen:
1. kwrite ~/prog/scan/scancvtdeu oder kwrite ~/prog/scan/scancvteng
oder kwrite ~/prog/scan/scancvtcol ausführen.1
2. Rotationswinkel, Verkleinerung der PDF-Datei, Graustufenausgabe usw. einstellen, speichern, Editor schließen (Hinweis: # ist Kommentarzeichen, d.h. in einer Zeile hinter # stehender Text wird ignoriert).
1 Alle
Kommandos vordefiniert: Nur Anfang tippen, automatische Vervollständigung mit “Bild oben”.
15
4.2
#R12: Elektronische Daten aus Papiergrafik erzeugen (10/2014)
4.2 #R12: Elektronische Daten aus Papiergrafik erzeugen (10/2014)
In Gm.Linux kann aus Daten, die nur in einer Grafik auf Papier vorliegen, wie folgt ein elektronischer Datensatz (z.B. Excel) erzeugt werden:
1. Grafik fotografieren, Bilddatei in Gm.Linux abspeichern.
2. Zum Ausprobieren kann die Datei ~/daten/im2excel/im2excel.png verwendet werden.
3. Programm g3data starten (#R10).
4. File, Open, Bilddatei auswählen (falls Bild zu groß: siehe Punkt 10).
5. Im Abschnitt “Axis Points” je zwei Punkte auf der x- und y-Achse angeben.
6. Datenpunkte in der Grafik nacheinander anklicken.
7. Links unten “Export Data to File” wählen (bei nicht ausreichender Bildschirmauflösung im
virtualisierten Betrieb das Fenster mit Alt+F7 verschieben).
8. Verzeichnis festlegen, “Export point data” wählen.
9. Die Daten können mit einem Editor betrachtet oder alternativ in Calc oder Excel importiert
werden (Import in Calc: “Spaltentyp US-English” wählen, damit Dezimalpunkt in Dezimalkomma umgewandelt wird).
10. Falls Bildausschnitt zu groß:
a) Terminal im Bildverzeichnis öffnen (Dateimanager, rechte Maus, “Open in Terminal”).
b) mogrify -resize 75% -rotate 0 -write output.png im2excel.png 1
c) Hier ist im2excel.png das Originalbild und output.png die Verkleinerung.
d) Mit -rotate kann zusätzlich ein Rotationswinkel vorgegeben werden.
1 Alle
Kommandos vordefiniert: Nur Anfang tippen, automatische Vervollständigung mit “Bild oben”.
16
4.3
#R13: PDF-Dokumente bearbeiten (10/2014)
4.3 #R13: PDF-Dokumente bearbeiten (10/2014)
Die Verwendung teurer lizenzpflichtiger Software zur Bearbeitung von pdf-Dokumenten ist überflüssig, die meisten typischen Operationen können wie hier beschrieben mit dem Kommando pdftk
(pdf-Toolkit) durchgeführt werden.
4.3.1 Seiten entnehmen
1. ~/daten/pdfs in Dateimanager öffnen, rechte Maustaste, “Open in Terminal”.
2. pdftk geiger2012cfd.pdf cat 3-4 output test.pdf
3. test.pdf enthält die Seiten 3-4 von geiger2012cfd.pdf.
4.3.2 Seiten zusammenfügen
1. pdftk A=test.pdf B=geiger2012cfd.pdf cat A2 B9-10 output test2.pdf
2. test2.pdf enthält die Seite 2 aus test.pdf und die Seiten 9-10 aus geiger2012cfd.pdf.
4.3.3 Dokument verschlüsseln
1. pdftk test.pdf cat output test3.pdf owner_pw=angela user_pw=merkel
2. test3.pdf ist identisch mit test.pdf, jedoch verschlüsselt mit dem Passwort merkel. Änderung
dieser Einstellung nur mit dem “owner_pw” angela.
4.3.4 Weitere Operationen
pdftk -h erzeugt Hilfetext mit weiteren Operationen (z.B. Drehungen usw.).
17
4.4
#R14: Audio- und Videodaten (10/2014)
4.4 #R14: Audio- und Videodaten (10/2014)
4.4.1 Audioquelle aufnehmen und als mp3 speichern
1. Annahme: Ein Programm oder eine Quelle aus dem Internet erzeugt Audiodaten, die als
mp3 gespeichert werden sollen.
2. audacity aufrufen.
3. Audioquelle starten, dann in audacity den roten Knopf (record), am Ende der Aufnahme den
braunen Knopf (stop).
4. Dann File, Export, rechts unten Dateityp mp3, in den Options “Preset, Extreme”, dann save.
4.4.2 Videos konvertieren
Mit dem Programm WinFF können Videos in die meisten Standardformate komvertiert werden
(z.B. mpg in avi, ogv in avi, ogv in quicktime u.ä.).
4.4.3 Videos zusammenfügen
1. Videos z.B. mit WinFF in avi-Format konvertieren.
2. mencoder -ovc copy -oac mp3lame * -o joined-video.avi
18
4.5
#R15: LaTex-Templates für Berichte und Dokumentationen (10/2014)
4.5 #R15: LaTex-Templates für Berichte und Dokumentationen (10/2014)
Diese Referenzkarte beschreibt Tex-Templates zur Erstellung professioneller wissenschaftlicher
Dokumentationen (Literaturverwaltung, hybride Textdolumentation mit statistischen/computeralgebraischen Analysen).
4.5.1 Templates ansehen und ausprobieren
Die unten beschriebenen Templates liegen als fertige pdf-Dateien zum Ansehen und Ausprobieren
im Verzeichnis ~/daten/doku.templates/so-sollen-die-pdfs-aussehen.
4.5.2 Template für klassische Textdokumentation
1. Sicherheitskopie von /daten/doku.templates, damit Originaltemplate erhalten bleibt.
2. /daten/doku.templates im Dateimanager öffnen, Klick auf bericht.tex.
3. bericht.tex öffnet sich in Kile, ggf. Klick auf Kile in Symbolleiste links.
4. Dokument kompilieren mit ALT+F6, dann Literaturverweise einarbeiten mit ALT+-.
5. PDF-Dokument anzeigen: Klick auf bericht.pdf im Dateimanager.
6. Testen: Verweis geiger2012cfd wird durch Mausklick geöffnet. Literatur-PDF’s werden irgendwo auf dem Rechner in Verzeichnis xxx abgelegt, dann im Nautilus Verknüpfung auf
xxx mit Namen “pdf” im gleichen Verzeichnis wie bericht.pdf anlegen.
7. Literaturdatenbank bearbeiten: Klick auf /daten/doku.templates/example.bib.
8. Literatur kann aus scholar.google.com direkt im bib-Format in die Literaturdatenbank übernommen werden.
9. Eigene Dokumentation erstellen: Template bericht.tex in Kile bearbeiten und wie o.a. kompilieren.
10. Hinweis Kile: “Structure” in Leiste ganz links öffnet klickbare Dokumentstruktur.
11. LaTex lernen: siehe z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/LaTeX und dort die kostenlosen Einführungen im pdf-Format.
4.5.3 Template für hybride Textdokumentation
1. Verfahren wie Abschnitt 4.5.2, jedoch Hybridtemplate gmhydra.tex.
2. Details zu Gm.Hydra, abweichende Codes zum Kompilieren: Referenzkarte #R2 Gm.Hydra
und [guenther2014mathematische].
3. Literatur einarbeiten: gmhydra.tex kompilieren mit Alt+1, rs-gmhydra.tex öffnen, Alt+-, gmhydra.tex kompilieren mit Alt+1, rs-gmhydra.tex öffnen, Alt+-, gmhydra.tex kompilieren mit
Alt+1.
4. Siehe auch die fertigen pdfs im Verzeichnis “so-sollen-die-pdfs-aussehen“.
19
4.6
#R28 Dateien ver- und entschlüsseln mit PGP (wird ergänzt)
4.6 #R28 Dateien ver- und entschlüsseln mit PGP (wird ergänzt)
20
4.7
#R16: Vermischtes (10/2014)
4.7 #R16: Vermischtes (10/2014)
4.7.1 Andere Betriebssysteme verwenden
• Mit dem Verfahren aus Referenzkarte #R9 ”Quick Start“ können auch andere Betriebssysteme unkompliziert und schnell im Livebetrieb verwendet/getestet werden. Es muss lediglich
eine ISO-Datei mit einem Live-Betriebsystem vorliegen.
• Beispiel 1: CAELinux (sourceforge.net).
• Beispiel 2: Online-Banking-System ctbankix (heise.de). Tipp: Sicherheit verbessern, indem
ISO-Datei mit Schreibschutz versehen wird.
4.7.2 Sichere Passworte erzeugen
1. Terminal öffnen mit Ctrl+Alt+T.
2. pwgen 20 erzeugt vergleichsweise einfach zu merkende, 20-stellige Passwörter.
3. pwgen -y 20: dasselbe mit Sonderzeichen.
4. pwgen -h: weitere Optionen.
4.7.3 Internetseiten lokal speichern
1. Beispiel-Szenario: Die Internetseiten einer wiss. Arbeitsgruppe sollen für Vorträge auch offline verfügbar sein.
2. Hauptseite der Arbeitsgruppe in Firefox öffnen, dann Menü ”Scrapbook, Save as“ öffnen,
zu ladende Dateitypen und Verzweigungstiefe - d.h. wie viele aufeinanderfolgende Links
gespeichert werden sollen - wählen, dann save.
3. Pause wählen, dann ggf. ”Filter by String“, um z.B. zu verhindern, dass Links auf die Hauptseite der Institution verfolgt werden (hierzu z.B. auf ”ag-modellierung“ filtern), dann ”start“
wählen.
21
5 Statistik und Computeralgebra
22
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
5.1 #R2: Gm.HYDRA (1/2015)
Gm.HYDRA steht für HYbride Dokumentation mit R und MAxima, siehe Seite 307 f.
in [guenther2014mathematische].
5.1.1 Update: Vereinfachtes Verfahren ab Gm.Linux 3.0
Die vereinfachten Verfahren in diesem Abschnitt ersetzen ab Gm.Linux 3.0 teilweise die in den
nachfolgenden Abschnitten beschriebenen (für Gm.Linux 2.0 gültigen) Verfahrensweisen.
5.1.1.1 Bericht mit R- und Maxima-Code
Formatierten Bericht mit R- und Maxima-Code erstellen:
1. Texstudio starten (texStud in der Seitenleiste).
2. File, New From Template, User, Template ”GmHydra (short)” wählen.
3. Template im Verzeichnis ~/work mit der Erweiterung Rnw speichern, mit F2 kompilieren
und mit F7 (alternativ: Dash-Symbol links oben, evince) ansehen.
4. R-Code einfügen: Shift-F3 oder Menü Macros, Insert R Chunk.
5. Maxima-Code mit Textausgabe (Formelausgabe, Grafikausgabe) einfügen: Shift-F4 (ShiftF5, Shift-F6) oder über das Menü Macros, ...
5.1.1.2 GmLinux-Referenzkarte schreiben
Wenn Sie eigene Verfahrensweise entwickelt haben, schreiben Sie bitte eine Gm.Linux-Referenzkarte
wir folgt:
1. Texstudio starten (texStud in der Seitenleiste).
2. File, New From Template, User, Template ”Referenzkarte” wählen.
3. Template im Verzeichnis \~/work mit der Erweiterung tex speichern und mit F1 kompilieren
und ansehen (F6: nur kompilieren).
4. Tex-Datei nach fertiger Bearbeitung (ggf. mit Bildern) an [email protected], damit die
Referenzkarte auf modellierung.hs-gm.de veröffentlicht werden kann. Alle Autoren (die nicht
widersprechen) werden in das Referenzkarten-Autorenteam aufgenommen und in der Referenzkartensammlung aufgeführt.
5.1.1.3 Hinweise zur Verwendung von TexStudio
•
•
•
•
•
Zeile oder Bereiche auskommentieren: ctrl+T
Kommentare entfernen für Zeile oder Bereiche: ctrl+U
”\item” in Listenumgebungen einfügen: ctrl+I
Rechtschreibprüfung und Thesaurus: rechter Mausklick auf ein Wort.
Hinweise zur Nutzung der Templates: Suche nach ”gmlinuxuser” im Tex-Code.
5.1.2 Verfahren für Gm.Linux 2.0
1. Dokument erstellen analog zu den Templates in Abschnitt 5.1.3, 5.1.4, 5.1.5 , 5.1.6.
2. PDF erstellen mit dem Verfahren in Abschnitt 5.1.7.
5.1.3 Template 1: Tex und R
Hier beginnt der Chunk in Zeile 7 und endet in Zeile 9. In Zeile 8 steht das R-Kommando curve(...).
Abb. 1 zeigt das mit Listing 1 und dem Verfahren in Abschnitt Abschnitt 5.1.7 erzeugte Dokument.
23
5.1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
\documentclass{article}
\begin{document}
\section{Beispiel: Integration von Tex und R}
<<>>=
curve(x^2,-1,1,col="red",lwd=3)
@
\end{document}
Listing 1: r2-template1.tex
Abbildung 1: Von Listing 1 erzeugtes Dokument.
24
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
5.1.4 Template 2: Tex und Maxima
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
\documentclass{article}
\usepackage{listings}
\begin{document}
\section{Beispiel: Integration von Tex und Maxima}
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write("
m:1;t:3;
erg:solve(K*(1+i)^t+G*(1+i)^(t-m)=Z,i);
print(tex(erg[3]));
i(K,G,Z):=ev(i,erg[3]);
plot3d(i(K,G,20),[G,8,10],[K,8,10],[zlabel,\" i \"]);
",file="/home/velten/.maxima/programm.mac")
@
<<results=’hide’,tidy=FALSE,size=’footnotesize’,echo=FALSE,highlight=FALSE,>>=
options(width=100)
system("mv /home/velten/.maxima/programm.mac /home/velten/.maxima/prog.mac")
system("cat /home/velten/.maxima/optionen.mac /home/velten/.maxima/prog.mac > /home/
velten/.maxima/programm.mac")
txt=system2("maxima", " -q --batch-string \" load(string(programm))$ \" ",stdout=TRUE
);
write(txt,file="/home/velten/.maxima/ausgabe.txt")
system("cp /home/velten/maxplot.png /home/velten/.maxima/bild.png")
eq=gsub("$", "",paste(sapply(3:(length(txt)-1),function(i) txt[i]),collapse=""),fixed=
TRUE)
@
\subsection{Maxima-Programm}
\lstinputlisting[captionpos=b,frame=LRTB,linerange=2-6,numbers=left,basicstyle=\
ttfamily,breaklines, caption={Maxima-Programm.},label=list:r2-template2a]{/home/
velten/.maxima/prog.mac}
\subsection{Programmausgaben}
% \lstinputlisting[captionpos=b,frame=LRTB,linerange=3-100,numbers=left,basicstyle=\
ttfamily,breaklines, caption={Programmausgabe.}, label=list:r2-template2a]{/home/
velten/.maxima/ausgabe.txt}
$\Sexpr{eq}$
\begin{figure}[h!]
\includegraphics[width=11cm]{/home/velten/.maxima/bild.png}
\end{figure}
\end{document}
Listing 2: r2-template2a.tex
Chunk 1 (Zeile 8-16):
1. Maxima-Programm steht in den Zeilen 10-14.
2. Zeilen 9 und 15: Maxima-Programm wird lokal abgespeichert.
Chunk 2 (Zeile 18-26):
1. Dieser Chunk ergänzt Optionen aus der Datei optionen.mac (optional, ggf. Zeilen 20-21
25
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
auskommentieren) führt das Maxima-Programm aus und speichert ein ggf. von Maxima erzeugtes Bild in bild.png, das dann in Zeilen 37-39 dargestellt wird.
2. Das Maxima-Programm erzeugt in Zeile 12 einen Tex-Ausdruck, der in Zeile 25 in eq gespeichert und dann in Zeile 35 in Tex dargestellt wird.
3. Wenn stattdessen die konventionelle textbasierte Maxima-Ausgabe dargestellt werden soll,
Kommentarzeichen in Zeile 33 entfernen.
Ausgabe des Maxima-Programms (Zeile 30):
• Über morekeywords und weitere Optionen des Kommandos \lstinputlisting kann
hier ein Maxima-spezifisches Syntax-Highlighting eingerichtet werden.
26
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
5.1.5 Template 3: Tex, Hyperlinks und Literaturdatenbank
1
2
3
4
5
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16
17
\documentclass[a4paper,11pt,german]{scrartcl}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage{helvet} \renewcommand\familydefault{phv}
\usepackage{xcolor}
\usepackage[colorlinks=false, pdfpagelabels, pdfstartview =FitH, bookmarksopen=true,
bookmarksnumbered = true,allbordercolors=blue, pdfborderstyle={/S/U/W 1},plainpages
=false, hypertexnames = false, citecolor = red, pdfnewwindow = true] {hyperref}
\begin{document}
\section{Beispiel: Tex, Hyperlinks und Literaturdatenbank}
Hier wird ein Buch zitiert: \cite{guenther2014mathematische}.
\section{Literatur}
\renewcommand\refname{} \renewcommand{\section}[1]{}
\bibliographystyle{gmlinux}
\bibliography{/home/gmlinux/Literature.bib}
\end{document}
Verfahrensweise, damit ein Klick auf den Titel im Literaturverzeichnis die zugehörige pdf-Datei
guenther2014mathematische.pdf öffnet:
1. Irgendwo auf dem Rechner Verzeichnis mit pdf-Dateien anlegen, z.B. /home/gmlinux/pdfs,
in diesem Verzeichnis guenther2014mathematische.pdf ablegen.
2. Verknüpfung auf diesen Ordner erzeugen (rechter Mausklick auf den Ordner in Nautilus),
Verknüpfung unter dem Namen pdfs in dasselbe Verzeichnis wie den zu kompilierenden
Text beispiel.tex kopieren.
3. Eingabe des Zitats in JabRef wie in Abb. 4.
27
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
Abbildung 4: Eingabeformat in der Literaturdatenbank JabRef.
28
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
5.1.6 Template 4: Schleifenkonstruktionen
1. Mit Schleifenkonstruktionen (z.B. for-Schleife in Listing 4) können gleichartige Berechnungen mit R oder Maxima mehrfach wiederholt werden.
2. Dabei kann jede Berechnung z.B. wie in Abb. 5 in einem eigenen, formatierten Abschnitt
dokumentiert werden.
3. Hierzu wird in jedem Schleifendurchlauf der for-Schleife in Zeilen 9-12 (Listing 4) der separate code1.Rnw aufgerufen (Listing 5). Zeile 12 von Listing 4
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16
17
\documentclass[a4paper]{article}
\usepackage{float} \setlength{\topmargin}{-1in}
\begin{document}
\section{Beispiel: Schleifenkonstruktionen}
<<run-all,include=FALSE>>=
set.seed(28465); out=NULL
for (i in 1:4)
{
x=rnorm(100000,5,i)
cap=paste("Mit rnorm approximierte Wahrscheinlichkeitsdichte der Normalverteilung:
Erwartungswert 5 und Standardabweichung",as.character(i))
out = c(out, knit_child(’code1.Rnw’)) }
@
\Sexpr{paste(out, collapse = ’\n’)}
\end{document}
1
2
3
4
5
6
7
\subsection{Erwartungswert 5 und Standardabweichung \Sexpr{i}}
<<out.width=’12cm’,out.height=’7cm’, fig.pos=’H’,echo=FALSE,fig.cap=cap>>=
par(cex=2.2,oma=c(0,0,0,0),mar=c(2,2,0,0));
hist(x,xlim=c(0,10),ylim=c(0,0.4),breaks=30,freq=FALSE,main="",xlab="",col="green",
font=2)
lines(density(x,n=10000), col = "red", lwd = 12)
@
Listing 5: code1.Rnw
29
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
Abbildung 5: Von Listing 4 und Listing 5 erzeugtes Dokument.
30
5.1
#R2: Gm.HYDRA (1/2015)
5.1.7 Dokumente kompilieren
5.1.7.1 Tex-Dokumente ohne Chunks
1.
2.
3.
4.
Kile öffnen.
Text kompilieren: Build, Compile, PDFLatex (alternativ Alt+6).
PDF anzeigen: Alt+7
Literaturverzeichnis erstellen: Build, Compile, Bibtex (alternativ Alt+-).
5.1.7.2 Tex-Dokumente mit Chunks
5.1.7.2.1 Empfohlene Verfahrensweise (Kile)
1. Kile öffnen, Text beispiel.tex mit Erweiterung .tex erzeugen.
2. Kompilieren und PDF anzeigen: Build, Compile, knitr (alternativ Alt+1).
3. Literaturverzeichnis erstellen: Text rs-beispiel.tex öffnen, dann Build, Compile, Bibtex
(alternativ Alt+-).
5.1.7.2.2 Alternative Verfahrensweise (RStudio)
1. RStudio öffnen, Text beispiel.Rnw mit Erweiterung .Rnw erzeugen.
2. Kompilieren und PDF anzeigen: Strg+Shift+I.
5.1.7.2.3 Alternative Verfahrensweise (RStudio und Kile)
1.
2.
3.
4.
Vorteil Kile: bessere Tex-Unterstützung, Zugriff auf Dokumenstruktur usw.
Vorteil RStudio: bessere Chunk-Unterstützung.
Daher kann abwechselnde Bearbeitung in RStudio und Kile sinnvoll sein.
Verfahren: zunächst Text beispiel.tex erstellen wie in Abschnitt 5.1.7.2.1. Dann Kile
schließen und in RStudio rs-beispiel.tex bearbeiten. Dann RStudio schließen beispiel.tex
durch rs-beispiel.tex ersetzen und in Kile weiterarbeiten.
31
5.2
Versuchsplanung
5.2 Versuchsplanung
32
5.2
Versuchsplanung
5.2.1 #R26: Screening Designs (11/2014)
• Verfahrensweise ähnlich wie in Abschnitt 5.2.2.
• Menü ”Design, Create Design, Screening Design“ verwenden.
• Beispiel wird ergänzt.
33
5.2
Versuchsplanung
5.2.2 #R3: D-optimaler Versuchsplan
5.2.2.1 Beispiel
1. 4 Faktoren A,B,C,D jeweils mit den Stufen 1,2,3
2. Messwert M
3. Ziel: Versuchsplan mit möglichst wenig Versuchsdurchführungen, der es erlaubt, die wichtigsten Einflussfaktoren sowie die wichtigsten Interaktionen der Einflussfaktoren zu erkennen.
5.2.2.2 Erstellung eines vollfaktoriellen Versuchsplans
1.
2.
3.
4.
R-Commander starten (Rcmdr in der Symbolleiste)
Tools, “Load Rcmdr Plugins”: Paket RcmdrPluginDoE laden.
Design, Create Design, General Full Factorial Experiments
Dann folgende Eingaben:
34
5.2
Versuchsplanung
• Design, Export, Export Experiment, dann:
Der letzte Schritt erzeugt drei Dateien:
1. Design.1.html: Formatierte Übersicht des Versuchsplans (siehe Abb. 6).
2. Design.1.csv: Versuchsplan als Tabelle, Vorlage zum Eintragen von Messwerten z.B. in Excel oder Calc.
3. Design.1.rda: Versuchsplan als R-Daten, z.B. für Weiterverarbeitung der Daten in RStudio.
35
5.2
Versuchsplanung
Abbildung 6: Darstellung des vollfaktoriellen Versuchsplans in Design.1.html (Ausschnitt von
81 Versuchen).
5.2.2.3 Erstellung des D-optimalen Versuchsplans
1. Design, Create Design, D-optimal Design.
2. Vollfaktoriellen Plan Design.1 aus Abschnitt 5.2.2.2 als “Candidate Design” angeben.
36
5.2
Versuchsplanung
Hinweise:
1. Number of runs muss für p Faktoren mit jeweils n Faktorstufen mindestens 1+(n-1)p+(n1)2p(p-1)/2 betragen, hier also mindestens 33 (p=4, n=3) (diese Zahl entspricht der Anzahl
der im Regressionsmodell zu schätzenden Parameter).
2. Number of runs sollte dann höher als diese Zahl gewählt werden, damit die Streuung der
Daten erhalten wird, wichtig für Signifikanzanalysen.
3. Design, Export, Export Experiment (analog Abschnitt 5.2.2.2).
37
5.3
#R27 GUI’s für R-Anwendungen mit Shiny programmieren (11/2014)
5.3 #R27 GUI’s für R-Anwendungen mit Shiny programmieren (11/2014)
• Grafische Benutzeroberflächen (= GUI, Graphical User Interface) sind wichtig, damit RAnwendungen auch für normale (nicht programmierende) Computeranwender nutzbar sind.
• Beispiel: Die Anwender Ihrer Software wollen in möglichst einfacher Weise menügesteuert
Daten eingeben, analysieren und Analyseergebnisse betrachten, wollen sich jedoch nicht
mit den Details der Programmierung, mit den Methoden und mit der Programmieroberfläche
RStudio auseinandersetzen.
• Lösung: GUI’s können einfach und schnell mit Shiny programmiert werden. Hierzu in der
Symbolleiste auf “shiny” klicken, dann öffnet sich ein Beispiel mit Anleitung. Siehe auch
shiny.rstudio.com.
38
5.4
#R17 t-Test (wird ergänzt)
5.4 #R17 t-Test (wird ergänzt)
... mit Shapiro-Wilk-Test, Wilcoxon-Test ...
39
5.5
#R18 Varianzanalyse (wird ergänzt)
5.5 #R18 Varianzanalyse (wird ergänzt)
... mit Levene-Test, Shapiro-Wilk-Test, Kruskal-Wallis-Test ...
40
5.6
#R19 Regressionsverfahren (wird ergänzt)
5.6 #R19 Regressionsverfahren (wird ergänzt)
... linear, Dummy-Variablen, nichtlinear, Regressions-Splines ...
41
5.7
#R20 Neuronale-Netze-Verfahren (wird ergänzt)
5.7 #R20 Neuronale-Netze-Verfahren (wird ergänzt)
... Basis: Kapitel 2.5 in [velten2009mathematical], auf den neuesten Stand gebracht ...
42
5.8
#R21 Big Data (wird ergänzt)
5.8 #R21 Big Data (wird ergänzt)
... Data Mining mit Rattle, Entscheidungsbäume, Rangfolgen wichtiger Einflussfaktoren und Interaktionen berechnen ...
43
5.9
#R22 Dimensionsreduktion und Klassifikation (wird ergänzt)
5.9 #R22 Dimensionsreduktion und Klassifikation (wird ergänzt)
... Hauptkomponentenanalyse, Faktorenanalyse, Korrespondenzanalyse, überwachte/unüberwachte Klassifikation ...
44
5.10
#R23 Six Sigma (wird ergänzt)
5.10 #R23 Six Sigma (wird ergänzt)
45
6 Differentialgleichungsmethoden
6.1 #R4 Temperaturverteilung berechnen (10/2014)
Dieser Referenzkarte erklärt, wie eine Temperaturverteilung mit OpenFOAM berechnet werden
kann (wie in [guenther2014mathematische] erläutert, ist die hier gewählte Verfahrensweise, die
eigentlich unnötigerweise auch den Strömungsaspekt einbezieht, dadurch motiviert, dass alle
PDE-Probleme auf der einheitlichen Softwareplattform OpenFOAM/Helyxos gelöst werden sollen).
6.1.1 Lehrbeispiel
Zum Ausprobieren der nachfolgend beschriebenen Verfahrensweisen kann das in Abschnitt 4.10
in [guenther2014mathematische] diskutierte Lehrbeispiel verwendet werden.
6.1.2 Preprocessing: Geometrie erzeugen
1. Salome starten (Salome-Knopf in der linken Icon-Leiste).
2. In Auswahlbox “Salome” (oben, Mitte) “Geometry”-Modul auswählen und “New” wählen.
3. Falls vorhanden, CAD-Daten der Geometrie über “File, Import” importieren.
4. Alternativ Geometrie konstruieren analog zu Abschnitt 6.1.1.
• Hinweis zur Geometriekonstruktion: Tools in der Symbolleiste oberhalb des Grafikfensters nutzen, um z.B. die standardmäßig sehr klein dargestellten Objekte zu vergrößern.
5. Ränder für Randbedingungen definieren: “New Entity, Group, Create Group”, Rechteck als
“Shape Type” wählen.
6. Geometrie exportieren: die in Punkt 5 definierten Ränder links im Object-Browser markieren
(STRG-Taste verwenden), dann “File, Export” mit “Files of Type: STL ASCII”.
6.1.3 Temperaturverteilung berechnen
1. Helyxos starten (Helyxos-Knopf in der linken Icon-Leiste), dann “New” wählen (ggf. stattdessen vorher berechneten Case einlesen).
2. Über “Parallel” und “Processors” festlegen, ob ggf. auf mehreren Prozessoren parallel gerechnet werden soll, dann mit OK abschließen.
3. Gitterfeinheit mit Base Mesh Spacing wählen (0.05 im Lehrbeispiel).
4. Links “Geometry” wählen, dann rechts “STL”, dann die in Abschnitt 6.1.2 erzeugten stlDateien importieren.
5. Lehrbeispiel: Kugeloberfläche durch lokale Verfeinerung genauer darstellen, hierzu links
“SphereSurf” und rechts unter “Refinement, Level, Min:2, Max:5” wählen.
6. Links “Material Point” wählen, dann
a) Koordinaten eines innen liegenden Punktes angeben, wenn Strömung im Inneren der
Geometrie berechnet werden soll (Lehrbeispiel: 0.1, 0.1, 0.1),
b) Koordinaten eines außen liegenden Punktes angeben, wenn Strömung außerhalb der
Geometrie berechnet werden soll.
c) Lampensymbol und Drahtgitterdarstellung verwenden, um korrekte Lage des Punkts zu
kontrollieren.
7. Links “Mesh” wählen, dann “Create”, nach Ende der Berechnung Konsolenfenster “Run
Mesh” schließen (Klick auf Kreuz).
8. “Case Setup”-Tab wählen, dann “Time: Steady”, “Flow: Incompressible”, “Turbulence Model:
Laminar”, Häkchen bei “Energy”.
9. Links “Materials” wählen, dann “Air”, dann “Change Material”, “water”, OK (ggf. alternative
Daten).
10. Links unter “Boundary Conditions” Randflächen anwählen und dann Randbedingungen definieren, im Lehrbeispiel wie folgt:
a) CubeTop: “Patch Type: Wall”, “Momentum Type: Fixed Wall”, “Wall Type: No Slip”, “Ther-
46
6.1
#R4 Temperaturverteilung berechnen (10/2014)
mal, Type, Fixed Temperature: 293.15”.
b) SphereSurf: “Patch Type: Wall”, “Momentum Type: Fixed Wall”, “Wall Type: No Slip”,
“Thermal, Type, Fixed Temperature: 273.15”.
c) CubeRemain: “Patch Type: Wall”, “Momentum Type: Fixed Wall”, “Wall Type: No Slip”,
“Thermal, Type, Zero Gradient”.
11. “Solver” Tab, dort ggf. “Runtime Controls” einstellen, dann “Run” wählen unter “Run Options”.
12. Während die Lösung berechnet wird, können die Parameter unter “Runtime Controls” ggf.
angepasst werden.
1. “Paraview” wählen, um Paraview für das Postprocessing zu starten.
2. Weiteres Verfahren für das Lehrbeispiel siehe Abschnitt 4.10.4 in [guenther2014mathematische].
3. Weitere Hinweise zu Paraview in Abschnitt 6.8.
47
6.2
#R6 Einphasenströmung (10/2014)
6.2 #R6 Einphasenströmung (10/2014)
Dieser Referenzkarte erklärt, wie eine Einphasenströmung mit OpenFOAM berechnet werden
kann.
6.2.1 Lehrbeispiel
in [guenther2014mathematische] diskutierte Lehrbeispiel verwendet werden. Ergänzungen und
Korrekturen zu diesem Beispiel:
1. 4.12.2, Operation Fuse: STRG-Taste drücken, wenn Box 1 gewählt wird.
2. 4.12.2, Operation Create Group: “TopBottom” sind die Flächen mit den Symmetrierandbedingungen, “Wall” die mit der No-Slip-Bedingung.
6.2.3 Strömung berechnen
• Beispiel für subitlere Steuerung der Gitterfeinheit mit lokaler Verfeinerung: Abschnitt 6.1.3.
kontrollieren.
7. “Case Setup”-Tab wählen, dann “Time: Steady”, “Flow: Incompressible”, “Turbulence Model:
Standard high-Re k-e” (ggf. alternative Modelle).
8. Links “Materials” wählen, dann “Air”, dann “Change Material”, “water”, OK (ggf. alternative
Fluiddaten).
a) Inlet: “Patch Type: Patch”, “Velocity Type: Fixed Value”, “Velocity: 1,0,0”, “Pressure Type:
Zero Gradient”, “Turbulence Type: Zero Gradient”.
48
6.2
#R6 Einphasenströmung (10/2014)
b) Outlet: “Patch Type: Patch”, “Velocity Type: Zero Gradient”, “Pressure Type: Fixed Value”, “Pressure: 0”, “Turbulence Type: Zero Gradient”.
c) TopBottom: “Patch Type: Symmetry”.
d) Wall: “Patch Type: Wall”, “Type: Fixed Wall”, “Wall Type: No Slip”.
10. “Solver” Tab, dort ggf. “Runtime Controls” einstellen, dann “Run” wählen unter “Run Options”.
11. Während die Lösung berechnet wird, können die Parameter unter “Runtime Controls” ggf.
angepasst werden.
49
6.3
#R7 Zweiphasenströmung (10/2014)
6.3 #R7 Zweiphasenströmung (10/2014)
Dieser Referenzkarte erklärt, wie eine Zweiphasenströmung mit OpenFOAM berechnet werden
kann. Es wird empfohlen, zunächst mit dem in #R6 beschriebenen Verfahren eine Einphasenströmung zu berechnen.
6.3.1 Lehrbeispiel
in [guenther2014mathematische] diskutierte Lehrbeispiel verwendet werden.
6.3.3 Strömung berechnen
• Beispiel für subitlere Steuerung der Gitterfeinheit mit lokaler Verfeinerung: Abschnitt 6.1.3.
kontrollieren.
7. “Case Setup”-Tab wählen, dann “Time: Transient”, “Flow: Incompressible”, “Turbulence:RANS”,
“Turbulence Model: Standard high-Re k-e” (ggf. alternative Modelle), “Multiphase: VOF”,
“Gravity: 0, 0, -9.81”.
8. Ggf. “Materials” wählen, Phasen festlegen (Standard ist Wasser/Luft).
a) Symmetry: “Patch Type: Symmetry”.
b) Wall: “Patch Type: Wall”, “Type: Fixed Wall”, “Wall Type: No Slip”.
10. Verteilung von Wasser und Luft zur Zeit 0 definieren über “Fields Initialization”, im Lehrbeispiel wie folgt:
a) “alpha.water, Type, CellSet”, dann “Edit”, dann “ Min: -0.5, 0.25, 0.3, Max: 0.0, 0.5, 0.7”,
Schieber ganz nach rechts auf 1.0 (Wasser).
50
6.3
#R7 Zweiphasenströmung (10/2014)
11.
12.
13.
14.
b) Zweite Box definieren mit “+”: “ Min: 0, 0, 0, Max: 1, 0.5, 0.3”, Schieber ganz nach rechts
auf 1.0 (Wasser).
“Fields Initialization” mit “Initialize” abschließen (oben rechts).
Lehrbeispiel: “Solver” Tab, dort in den “Runtime Controls”: “End Time: 1”, Häkchen bei “Adjustable Time Step” (Zeitschritt automatisch so wählen, dass Lösungsverfahren stabil), “Write Control, Runtime, 0.5” (d.h. alle 0.5 Sekunden Lösungsdaten speichern, z.B. für Videos).
“Run” wählen unter “Run Options”.
Während die Lösung berechnet wird, können die Parameter unter “Runtime Controls” ggf.
angepasst werden:
a) Bei ansteigenden Kurven im “Residuals”-Plot “Max Courant Number” und “Max Courant
Alpha” unter Beibehaltung eines Verhältnisses von 4:1 verkleinern.
b) Solange Kurven im “Residuals”-Plot nicht ansteigen kann durch Vergrößerung von “Max
Courant Number” und “Max Courant Alpha” unter Beibehaltung eines Verhältnisses von
4:1 versucht werden, den Zeitschritt zu vergrößern (deltaT im schwarz dargestellten
Terminal).
51
6.4
#R5 Visualisierung mit ParaView (10/2014)
6.4 #R5 Visualisierung mit ParaView (10/2014)
• Nachfolgend Ergänzungen zu der im Buch abgedruckten Referenzkarte (Seite 341 ff. in
[guenther2014mathematische]).
• Daten simpleFOAM.zip: daten/refkarten.daten/paraview
6.4.1 Start des Programms, wichtige Bedienungshinweise
• Empfehlung: Start in Helyxos 2.1, Solver-Tab
• Wenn in Helyxos parallel (auf mehreren Prozessoren) gerechnet wurde: ”Decomposed Case” unter ”Case Type” einstellen, erst dann Apply.
6.4.2 Tipps zur Bedienung
• Filter auswählen, z.B. Slice: Tastenkombination Strg+Leertaste, dann z.B. ”Slice” tippen und
mit Enter bestätigen.
• Keine Umlaute in Textfeldern möglich; Texte mit Umlauten werden nicht angezeigt.
• Siehe auch: projekt2014/doc/paraview, insbes. ParaViewTutorial41.pdf.
• Drehen der Farblegende: Farblegende an den Rand des Grafikfensters bewegen, dann dreht
sie sich um 90 Grad.
• Objekt bewegen: mittlere Maustaste klicken.
• Objekt zoomen: mitteleres Mausrad; etwas genauer mit dem ”Zoom to Box”-Symbol in der
Symbolleiste.
• Einstellung Kameraposition, Rotation usw.: Kamerasymbol in der Symbolleiste links unmittelbar oberhalb des Grafikfensters.
6.4.3 Zustand sichern und laden
• Sichern: File, Save State, z.B. s1.pvsm. In dieser Datei werden dann alle Einstellungen und
Grafiken gespeichert.
• Laden: File, Load State.
• Hinweis: Wenn das Case-Verzeichnis (z.B. newCase) an einen neuen Ort im Dateisystem
kopiert wurde, vor dem Aufruf von ”File, Load State” die state-Datei (z.B. s1.pvsm) in einem
Editor öffnen (z.B. gedit), dann im Editor die alte Verzeichnisangabe mit suchen/ersetzen
durch die neue Verzeichnisangabe ersetzen.
6.4.4 Videos erzeugen
6.4.4.1 Videos im ogv-Format
• File, Save Animation, Dateityp ogv.
6.4.4.2 Videos im avi-Format erzeugen (hohe Qualität)
1. File, Save Animation, Dateiname z.B. vid, Dateityp png.
2. Dann im Verzeichnis, in dem sich die Bilder befinden:
mencoder mf://\vid*.png -o video1.avi -mf fps=15 -ovc lavc -lavcopts vcodec=
3. fps=15 bedeutet ”15 frames per second”, d.h. Steuerung der Abspielgeschwindigkeit.
6.4.4.3 ogv-Videos in avi-Videos konvertieren (mittlere Qualität))
1. Terminal öffnen im Verzeichnis, in dem input.ogv liegt (siehe neue Referenzkarte ”Betriebssystem”)
2. mencoder input.ogv -ovc lavc -oac mp3lame -o output.avi
52
6.4
6.4.4.4 ogv-Videos in avi-Videos konvertieren (hohe Qualität)
1. Terminal öffnen im Verzeichnis, in dem input.ogv liegt (siehe neue Referenzkarte ”Betriebssystem”)
2. ffmpeg -i input.ogv -vcodec mpeg4 -sameq -acodec libmp3lame output.avi
6.4.5 Stromlinien
6.4.5.1 Stromlinien an definierter Startfläche beginnen
1. Beispiel: Damit Luft und Wasser unterschieden werden können, sollen Stromlinien unterschiedlich eingefärbt werden, je nachdem, ob sie am Lufteinlass (Fläche air) oder am Wassereinlass (Fläche water) starten. Dies ist mit dem Standardfilter (Stream Tracer), bei dem
nur eine Kugel oder eine Linie als Startregion vorgegeben werden, nicht realisierbar.
2. Geometrie (z.B.newCase.foam) im Pipeline Browser anwählen, dann unter Properties, ”Mesh
Regions” alle Kreuze entfernen bis auf die interessierende Fläche (z.B. Lufteinlass air).
3. File Save Data, PLY-Format. Ergebnis z.B. air.ply.
4. Paraview beenden und OpenFOAM-Case (z.B. newCase) erneut einlesen.
5. PLY-Datei einlesen (z.B. air.ply) mit File Open, damit diese Fläche dann z.B. als ”air.ply” im
Pipeline Browser erscheint
6. air.ply im Pipeline Browser wählen, dann den Filter ”Mask Points”, dort ”maximum number”
50 und ”random sampling” wählen. Hiermit werden auf der Fläche air.ply 50 zufällige Startpunkte für Stromlinien gesetzt.
7. Dann Geometrie (z.B.newCase.foam) im Pipeline Browser anwählen und Filter ”Stream Tracer with Custom Source” wählen; ”MaskPoints” als ”seed source” setzen.
8. Alternatives, Verfahren: air.stl aus der Geometriedefinition mit open einlesen, hier muss man
dann noch in Punte zerlegen (TODO).
6.4.5.2 Schöne (”fancy”) Stromlinien erzeugen
1. Zunächst Stromlinien erzeugen alternativ mit dem ”Stream Tracer”- oder dem ”Stream Tracer
with Custom Source”-Filter.
2. Dann ”Tube”-Filter wählen; dies erzeugt dickere Stromlinien, die beliebig eingefärbt und beleuchtet werden können.
3. Ggf. danach den ”Glyph”-Filter, dadurch werden die Stromlinien noch mit Pfeilen versehen.
”Glyph Type” (d.h. Pfeiltyp) im Glyph-Filter am besten auf Cone stellen.
6.4.6 Text einfügen
6.4.6.1 Beliebiger Text
Filter ”Text”
6.4.6.2 Text mit variabler Zeitangabe in Videos
Filter ”Annotate Time Filter”
6.4.6.3 Text mit variabler Koordinatenangabe in Videos (z.B. y=1.5 cm)
1. In View, Animation View: Mode Sequence einstellen.
53
6.4
2. Dann Zugriff auf den Wert der Sequenz mit Filter ”Annotate Time Filter”. In diesem Filter
kann der Sequenzwert über die Optionen Shift und Scale z.B. in einen Korrdinatenwert umgerechnet werden.
3. Achtung: Wenn das Video nur Daten aus einer Zeitschicht enthalten soll, wie unten angegeben verfahren.
6.4.7 Videoszenarien definieren im Animation View
• Im Animation View (View, Animation View) können Videoszenarien definiert werden. Unter
Mode kann entweder die physikalische Zeit der Simulationsdaten als Videozeit verwendet
werden (Mode: Real Time oder Snap To TimeSteps), oder es kann im ”Mode: Sequence”
eine künstliche Zeitsequenz definiert werden.
• Wenn im Pipeline Browser z.B. ein Slice definiert wurde (Schnitt durch die Geometrie), dann
kann dieser Slice mit dem blauen Plus links unten im Animation View animiert werden. Hierzu Slice und ”Slice Offset Values” wählen, dann das blaue Plus, dann die Details mit einem
Klick in der neu entstandene weißen ”Slice”-Leiste definieren.
• Alternativ kann man z.B. ”Camera” und ”Orbit” wählen: dann wird die ganze Geometrie in
der Videozeit gedreht; hier kann man normalerweise die standardmäßigen Orbitparameter
einfach mit OK übernehmen.
6.4.7.1 Verfahren, wenn nur Daten aus einer Zeitschicht dargestellt werden sollen
• Verfahren 1: Doppelklick auf TimeKeeper, dann gewünschte Zeit festlegen. Nachteil Verfahren 1: Der ”Annotate Time Filter” liefert nur die festgelegte Zeit und kann nicht für Texte
mit variabler Koordinatenangabe verwendet werden, siehe 1.6.3. Dies geht mit folgendem
Workaround (wird ggf. noch optimiert und vereinfacht):
• Verfahren 2: gegeben Simulationsdaten z.B. im Verzeichnis newCase; Kopie newCase-red
anlegen; im Verzeichznis newCase-red alle nicht interessierenden Zeiten entfernen (z.B. alle Verzeichnisse bis auf newCase/processor0/4, newCase/processor1/4); Verzeichnisse mit
der interessierenden Zeit kopieren und mit 0 bezeichnen (dies ergibt z.B. die zusätzlichen
Verzeichnisse newCase/processor0/0, newCase/processor1/0); dann newCase-red in ParaView einlesen und Video erzeugen.
6.4.8 Mittelwert berechnen mit Integral
• Es soll z.B. der über die gesamte Geometrie gemittelte Wassergehalt alpha.water berechnet
werden.
• Filter ”Integrate Variables” wählen.
• Integralwert unter alpha.water ablesen und durch das Volumen der Geometrie dividieren.
• Ermittlung des Volumens z.B. im Geometry-Modul von Salome mit Measures, Basic Properties.
6.4.9 Vergleich von Daten aus zwei Simulationen
• Gegeben Daten zweier Simulationen z.B. in den Verzeichnissen newCase1 und newCase2.
• Beide Fälle in Paraview einlesen und als state-Dateien abspeichern, siehe 1.3. Dann beide
State-Dateien in ParaView einlesen.
• Vergleich z.B. in zwei übereinander oder nebeneinander liegenen Teilfenstern, das GrafikHauptfenster kann (rechts oben, links neben dem Kreuz) entsprechend eingeteilt werden.
6.4.10 Licht, Hintergrundhelligkeit
• Einstellung des Lichts unter Edit, View Settings.
• U.a. bei Contour-Grafiken kann es das Problem geben, dass die Rückseite der Kontur zu
dunkel ist.
• Workaround (beide Seiten der Contour-Grafik beleuchten): Contourgrafik zweimal erzeugen:
54
6.4
z.B. Contour1 und Contour2. Contour2 im Pipeline-Browser anwählen, dann Filter ”Generate Surface Normals”, darin die Option ”Flip Normals” aktivieren, dann Apply. In ”Generate
Surface Normal” unter ”Backfyce Styling”, §Backface Representation” die Option ”Cull Backface”, dann Contour1 und GenerateSurfaceNormal im Pipeline Browser aktivieren (Augensymbol).
55
6.5
#R29 Gittererzeugung in Helyxos (12/2014)
6.5 #R29 Gittererzeugung in Helyxos (12/2014)
Für die grundlegenden Verfahrensweisen und die Einbindung der Gittererzeugung in den Simulationsprozess siehe die Beispiele in den Referenzkarten #R4, #R6, #R7.
6.5.1 Gitter lokal verfeinern
6.5.1.1 Verfeinerung an einem Rand
1. Nach dem Import der STL-Dateien (“Mesh”-Tab in Helyxos) im linken Teilfenster unter “Geometry” den Rand wählen, der verfeinert werden soll (zuvor bei der Geometriekonstruktion in
Salome darauf achten, dass der zur verfeinernde Rand getrennt von den übrigen Rändern
unter einem eigenen Namen definiert wird).
2. Dann unter “Refinement, Surface, Level” für einfache Verfeinerung 1 eintragen, für zweifache
Verfeinerung 2 usw. (im einfachsten Fall denselben Wert unter “Min” und “Max” eintragen).
3. Unter “Options, Refinements” (oben im “Mesh”-Tab) kann durch Erhöhung des Eintrags in
“Cells between Levels” ein langsamerer Übergang zwischen den Verfeinerungszonen vorgegeben werden.
6.5.1.2 Verfeinerung in einem Volumenbereich
... wird ergänzt
6.5.2 Nutzung von Symmetrien
• Die Rechenzeit wächst in vielen Fällen (problemabhängig) in etwa quadratisch mit der Anzahl der Gitterknoten, d.h. eine Verdoppelung der Knotenanzahl bedeutet oft zumindest eine
Vervierfachung der Rechenzeit.
• Symmetrien lassen sich in vielen Fällen nutzen, um die Knotenanzahl deutlich zu verringern
(Abschnitt “Symmetrie und Dimensionalität” in [guenther2014mathematische], Seite 193 ff.).
Beispiel:
1. Annahme: In Salome wurde als Simulationsgebiet ein Zylinder konstruiert.
2. inlet: Oberseite des Zylinders, outlet: Unterseite des Zylinders, wall: Mantelfläche des Zylinders, Symmetrieachse des Zylinders: z-Achse.
3. Konstruiere in Salome mit “New Entity, Primitives, Rectangle” eine in der x-z-Ebene liegende
Fläche sym, die den Zylinder längs der Symmetrieachse in zwei gleich große Hälften teilt.
4. inlet, outlet, wall und sym mit “File, Export” als “STL-ASCII”-Dateien exportieren und dann in
Helyxos importieren (siehe die Beispiele in den Referenzkarten #R4, #R6, #R7).
5. Mit der Wahl des “Material Point” legt man dann fest, welche der beiden symmetrischen
Zylinderhälften gerechnet werden sollen.
6. Im “Case Setup”-Tab von Helyxos wählt man dann für die Symmetrieebene sym “Symmetry”
als “Patch Type”.
6.5.3 Gitter perfektionieren
... hier werden Verfahrensweisen ergänzt, die z.B. saubere Kantendarstellungen mit der Option
surfacefeatureextract ermöglichen ...
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6.6
#R24 ODE’s lösen (wird ergänzt)
6.6 #R24 ODE’s lösen (wird ergänzt)
... Methoden aus Kapitel 3 in [guenther2014mathematische] ...
57
6.7
#R25 Parameteridentifikation in ODE’s (wird ergänzt)
6.7 #R25 Parameteridentifikation in ODE’s (wird ergänzt)
... Kapitel 3.9 in [velten2009mathematical], auf den neuesten Stand gebracht ...
58
6.8
#R30: Individuelle Post-Processing Utilities für OpenFOAM (1/2015)
6.8 #R30: Individuelle Post-Processing Utilities für OpenFOAM (1/2015)
Autor: Dominik Schmidt, HS Geisenheim
• Die Grundfunktion des Utilities ermöglicht es, nach einer Simulation komplexe Berechnungen mit den ausgebgeben Daten durchzuführen.
• Einfache Berechnungen können auch mit dem Caclulator -Filter aus ParaView vorgenommen
werden.
• Hierbei werden zunächst die Zeitschritte anhand der Ergebnis-Ordner festgelegt.
• Anschließend können benötigte Felder eingelesen werden, sowie neue Felder erstellt werden (creatFields.H).
• Für die gewünschten Rechenoperationen kann die Datei calculation.H genutz werden.
• Die Basis-Verzeichnisstruktur sieht folgendermaßen aus:
postProcessingUtilityTemplate.C
createFields.H
calculation.H
Make
files
options
6.8.1 Editieren & kompilieren des Templates
1. Kopiere das Template postProcessingUtilityTemplate.tar.gz aus dem Verzeichnis ~/daten/of in einen neuen Unterordner, vorzugsweise im $FOAM_USER_APPBIN Verzeichnis
2. Ändere den Namen des Utilities:
a) In den erstellten Ordner wechseln
b) Terminal öffnen und
find ./ -type f -exec sed -i
‘s/postProcessingUtilityTemplate/neuerName/’ \;
ausführen. Hiermit sollten alle Erwähnungen von postProcessingUtilityTemplate durch
neuerName ersetzt werden.
Alternativ kann dies händisch v.a. in den Dateien im Make Ordner erledigt werden.
c) Datei postProcessingUtilityTemplate.C in neuerName.C umbennen.
3. createFields.H Datei den Bedürfnissen nach editieren
4. calculation.H Datei den Bedürfnissen nach editieren
a) Wurden neue Felder erstellt, die für die Ergebnisse bei jedem Zeitschritt ausgeschrieben werden sollen, kann dies mit dem Befehl
feldName.write();
erzielt werden.
5. Das neue Utility kann im OpenFOAM Terminal wie gewohnt mit wmake kompiliert werden.
6.8.2 Nutzung des Templates
• In den Case Ordner wechseln und das Programm wie eine OF-Solver ausführen.
59
7 Referenzen
[guenther2014mathematische] Marco Günther and Kai Velten. Mathematische Modellbildung und
Simulation. Wiley-VCH, 2014.
[velten2009mathematical]
Kai Velten. Mathematical Modeling and Simulation: Introduction
for Scientists and Engineers. Wiley-VCH, 2009. ISBN: 978-3527-40758-3.
60

Referenzkarten, Version 17. Januar

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