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Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) >>
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Komplexe Systeme 3: Reaktionsnetzwerke, Evolutionsprozesse, Spieltheorie (KS 3)- Dozent/in
- PD Dr. Claus Metzner
- Angaben
- Vorlesung mit Übung
4 SWS, ECTS-Studium, ECTS-Credits: 5
nur Fachstudium, Sprache Deutsch, PW E; Vorbesprechung und erste Vorlesung am 14.04.2015, 16:00-19:00 Uhr
Zeit und Ort: Di 16:00 - 19:00, Hörsaal ZMPT
- Studienfächer / Studienrichtungen
- WF Ph-BA 5 (ECTS-Credits: 5)
WF Ph-MA ab 1 (ECTS-Credits: 5)
- Voraussetzungen / Organisatorisches
- Worum geht es ?
In komplexen Systemen beeinflussen sich die einzelnen Komponenten durch nicht-lineare Wechselwirkungen gegenseitig und bringen so unerwartete neue Eigenschaften hervor. Solche „emergente“ Phänomene spielen eine Schlüsselrolle bei der spontanen Evolution der Materie von nahezu unabhängigen Teilchen, über immer höher organisierte Strukturen, bis hin zu lebenden Systemen. Dabei ist es zwar - im Nachhinein - grundsätzlich möglich, Eigenschaften der höheren Organisationsstufe auf die Prozesse der zugrundeliegenden Mikroebene zurückzuführen. Umgekehrt ist es aber oft ausgesprochen schwierig, emergente Phänomene vorherzusagen. Die Theorie komplexer Systeme stellt einen integrativen Forschungsansatz dar, bei dem Strukturen und dynamische Prozesse quer durch alle quantifizierbaren Wissenschaften, wie etwa Physik, Technik, Ökonomie, Chemie, Biologie, Hirnforschung, Psychologie, oder Soziologie, mathematisch modelliert und verstanden werden können. In der Vorlesung werden Begriffe und Lösungsmethoden aus dem Forschungsgebiet der komplexen Systeme als vielseitig verwendbare „Tools“ eingeführt und in der Präsenzübung angewendet. Die Teile der Vorlesung können unabhängig voneinander besucht werden. Zur Durchführung der Übungen sind elementare mathematische Grundkenntnisse der theoretischen Physik erforderlich (z.B. Fourier-Trafo, Differential-Gleichungen, Lineare Algebra, Stochastik). Die Veranstaltung ist jedoch grundsätzlich offen für interessierte Studenten aller Fachrichtungen und Altersstufen.
- Inhalt
- Das Modul bietet u.a. einen Überblick über folgende Themengebiete: Reaktionsprozesse, Massenwirkungs-Näherung, Ratengleichungen, Populationsdynamik, Quasi-Steady-State und Pre-Equilibrium, Michaelis-Menten-Kinetik, Kovalente Modifikations-Zyklen, Ultra-Sensibilität, Bistabilität, Hysterese, Chemische Oszillatoren, Signalnetzwerke in Zellen, Chemotaxis bei E.Coli; Kybernetik, Regelungs-Mechanismen, Entropie und Information; Reaktions-Diffusions-Systeme, Turing-Mechanismus, Embryonal-Entwicklung; Optimierungsprobleme, Fitness-Landschaften, Monte-Carlo und Simulated Annealing, Evolutionäre Optimierung, Natürliche Evolutionsdynamik, Genetische Drift, Diskrete Optimierung, Genetische Programmierung; Spieltheorie, Nash-Gleichgewicht, Minimax-Lösung, Gemischte Strategien, Imperfekte Information, Evolutionäre Spieltheorie, (Iteriertes) Gefangenen-Dilemma, Strategien mit Gedächtnis, Entstehung von Kooperation.
- ECTS-Informationen:
- Credits: 5
- Zusätzliche Informationen
- Erwartete Teilnehmerzahl: 30
- Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
- Startsemester SS 2015:
- Physikalisches Wahlfach: Komplexe Systeme 3 (ILS-MG1)
- Physikalisches Wahlfach: Komplexe Systeme 3 (PW)
- Institution: Lehrstuhl für Biophysik (Prof. Dr. Fabry)
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