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Cours sur les méthodes numériques
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Cours sur les méthodes numériques

Maîtrisez les méthodes numériques qui animent l'ingénierie moderne et le calcul scientifique. Ce cours vous mène des bases de la virgule flottante à la résolution d'équations aux dérivées partielles et à l'optimisation de systèmes complexes. Vous mettrez en œuvre des algorithmes éprouvés, analyserez leur précision et les appliquerez à des problèmes de calcul réels.

Dedika pour les entreprises

Ce que vous allez apprendre:

Vous bâtirez une base complète en analyse numérique, en commençant par les types d'erreurs, l'arithmétique en virgule flottante et la stabilité des algorithmes. De là, vous résoudrez des équations non linéaires, des systèmes linéaires et des équations différentielles ordinaires et aux dérivées partielles à l'aide de méthodes standard de l'industrie. Vous construirez des interpolants polynomiaux, appliquerez des règles de quadrature et effectuerez des ajustements par moindres carrés avec les factorisations SVD et QR. Les thèmes complémentaires incluent les méthodes de Monte Carlo, le calcul des valeurs propres et les techniques numériques utilisées en apprentissage automatique. À la fin, vous saurez sélectionner, mettre en œuvre et valider des algorithmes numériques pour des problèmes scientifiques et d'ingénierie exigeants.

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Pour vous, entreprise, qui souhaitez former votre équipe

Avec Dedika pour les entreprises, le cours inclut des exercices et des exemples adaptés à votre propre activité et aux besoins spécifiques de votre entreprise.

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Contenu du cours

8 Chapitres • 40 LeçonsDurée entre 4 et 360 heures (vous décidez)

Chapitre 1Voir les détails

Fondements des méthodes numériques

  • Leçon 1 • Stabilité des algorithmes et conditionnement

    Définit la stabilité numérique et les nombres de conditionnement pour les problèmes. Prépare les étudiants à évaluer la fiabilité d'un algorithme avant sa mise en œuvre.

  • Leçon 2 • Configuration de l'environnement de programmation

    Configure un environnement de calcul scientifique utilisant un langage de haut niveau. Garantit que tous les étudiants peuvent implémenter et tester les algorithmes à partir du chapitre deux.

  • Leçon 3 • Complexité algorithmique et efficacité

    Introduit la notation Grand-O et le comptage d'opérations pour les algorithmes numériques. Permet la comparaison du coût entre des méthodes concurrentes.

  • Leçon 4 • Représentation des nombres en virgule flottante

    Explique la norme IEEE 754 et l'epsilon machine. Relie les limites de représentation à la perte de précision pratique dans les calculs.

  • Leçon 5 • Sources et types d'erreur numérique

    Distingue les erreurs de troncature, d'arrondi et d'approximation. Établit le vocabulaire des erreurs utilisé tout au long du cours.

Chapitre 2Voir les détails

Méthodes de recherche de racines

  • Leçon 1 • Méthode de dichotomie et méthodes par encadrement

    Couvre la méthode de dichotomie et ses propriétés de convergence garantie. Introduit le concept d'encadrement comme base pour des solveurs de racines plus avancés.

  • Leçon 2 • Systèmes d'équations non linéaires

    Étend la recherche de racines scalaire aux systèmes multivariés en utilisant la méthode de Newton avec les Jacobiennes. Prépare les étudiants aux problèmes non linéaires dans les chapitres appliqués ultérieurs.

  • Leçon 3 • Méthodes de la sécante et quasi-Newton

    Présente des alternatives sans dérivée à la méthode de Newton. Compare la convergence superlinéaire au coût de l'évaluation de la dérivée.

  • Leçon 4 • Itération de point fixe

    Reformule les équations comme des problèmes de point fixe et analyse la convergence. Développe l'intuition pour les schémas itératifs utilisés dans les chapitres suivants.

  • Leçon 5 • Méthode de Newton-Raphson

    Dérive la méthode de Newton à partir du développement de Taylor et démontre la convergence quadratique. Met en évidence les modes de défaillance tels que les mauvaises estimations initiales et les dérivées nulles.

Chapitre 3Voir les détails

Systèmes linéaires et méthodes matricielles

  • Leçon 1 • Élimination de Gauss et substitution rétrograde

    Implémente la réduction de lignes à la forme triangulaire supérieure et la substitution rétrograde. Établit le solveur direct de référence pour toutes les méthodes matricielles ultérieures.

  • Leçon 2 • Méthodes itératives pour les systèmes linéaires

    Présente les méthodes de Jacobi, Gauss-Seidel et du gradient conjugué pour les grands systèmes creux. Analyse les critères de convergence et compare le coût avec les méthodes directes.

  • Leçon 3 • Structures matricielles spéciales

    Exploite la symétrie, la définie positivité et la structure creuse pour réduire le coût de calcul. Introduit la factorisation de Cholesky et les solveurs pour matrices à bandes.

  • Leçon 4 • Normes matricielles et nombres de conditionnement

    Quantifie la sensibilité de la solution à l'aide de normes matricielles et de nombres de conditionnement. Applique directement les concepts d'analyse d'erreur du chapitre un aux systèmes linéaires.

  • Leçon 5 • Factorisation LU

    Décompose une matrice en facteurs triangulaires inférieur et supérieur pour une résolution efficace avec plusieurs membres de droite. Relie directement à l'élimination de Gauss avec multiplicateurs stockés.

Chapitre 4Voir les détails

Interpolation et approximation polynomiale

  • Leçon 1 • Interpolation par splines cubiques

    Construit des splines cubiques par morceaux avec des conditions de continuité. Démontre une meilleure régularité que les polynômes globaux de degré élevé.

  • Leçon 2 • Analyse de l'erreur d'interpolation

    Dérive la borne d'erreur d'interpolation et identifie le phénomène de Runge. Motive l'utilisation des nœuds de Tchebychev pour minimiser l'erreur maximale.

  • Leçon 3 • Interpolation d'Hermite et osculatrice

    Étend l'interpolation pour correspondre aux valeurs des dérivées aux nœuds. Fournit la base théorique pour la construction de splines cubiques dans la section suivante.

  • Leçon 4 • Techniques d'interpolation multivariée

    Étend l'interpolation aux grilles bidimensionnelles à l'aide de méthodes bilinéaires et bicubiques. Prépare les étudiants aux applications en EDP numériques et en science des données.

  • Leçon 5 • Interpolation de Lagrange et de Newton

    Dérive les polynômes de base de Lagrange et la forme des différences divisées de Newton. Établit l'unicité du polynôme interpolateur pour un ensemble de nœuds donné.

Chapitre 5Voir les détails

Dérivation et intégration numériques

  • Leçon 1 • Quadrature de Gauss

    Sélectionne des paires nœud-poids optimales pour maximiser l'exactitude polynomiale. Démontre une précision supérieure à celle de Newton-Cotes pour les intégrandes réguliers.

  • Leçon 2 • Extrapolation de Richardson et intégration de Romberg

    Applique l'extrapolation de Richardson pour éliminer systématiquement les termes d'erreur principaux. Construit la table de Romberg pour une intégration de haute précision avec un minimum d'évaluations de fonction.

  • Leçon 3 • Formules de différences finies

    Dérive les approximations par différences avant, arrière et centrées à partir des séries de Taylor. Établit la précision du premier et du second ordre pour l'estimation des dérivées.

  • Leçon 4 • Formules de quadrature de Newton-Cotes

    Développe les règles du trapèze, de Simpson et de Newton-Cotes d'ordre supérieur. Dérive les formes composites et leurs termes d'erreur pour l'intégration pratique.

  • Leçon 5 • Méthodes de quadrature adaptative

    Subdivise les intervalles d'intégration en fonction d'estimations d'erreur locales. Gère les discontinuités et les variations rapides que les méthodes à pas fixe ne peuvent pas résoudre.

Chapitre 6Voir les détails

Résolution numérique des EDOs

  • Leçon 1 • Systèmes d'EDOs et équations d'ordre supérieur

    Convertit les EDO d'ordre supérieur en systèmes du premier ordre et applique des solveurs vectoriels. Prépare les étudiants aux semi-discrétisations d'EDP couplées dans le chapitre suivant.

  • Leçon 2 • Méthodes de Runge-Kutta

    Développe la méthode RK4 classique et sa famille à travers les tableaux de Butcher. Équilibre la précision et le coût d'évaluation des fonctions pour les problèmes non raides.

  • Leçon 3 • Méthodes à pas multiples

    Présente les schémas de prédicteur-correcteur d'Adams-Bashforth et d'Adams-Moulton. Compare l'efficacité avec les méthodes à un pas pour l'intégration à long terme de problèmes réguliers.

  • Leçon 4 • Analyse de stabilité et systèmes raides

    Définit les régions de stabilité absolue et identifie les EDO raides. Motive l'utilisation de solveurs implicites tels que les formules de différenciation rétrograde pour les problèmes raides.

  • Leçon 5 • Méthodes d'Euler et erreur de troncature locale

    Introduit les méthodes d'Euler explicite et implicite comme les intégrateurs d'EDO les plus simples. Dérive l'erreur de troncature locale et motive les schémas d'ordre supérieur.

Chapitre 7Voir les détails

Méthodes numériques pour les EDPs

  • Leçon 1 • Différences finies pour les EDP paraboliques

    Applique des schémas explicites et implicites à l'équation de la chaleur. Dérive la méthode de Crank-Nicolson et sa précision du second ordre en temps et en espace.

  • Leçon 2 • Classification et discrétisation des EDPs

    Classe les EDP en elliptiques, paraboliques ou hyperboliques et choisit des stratégies de discrétisation appropriées. Relie les méthodes d'ODE du chapitre six à la méthode des lignes.

  • Leçon 3 • EDP hyperboliques et équations d'onde

    Résout les équations d'advection et d'onde à l'aide des schémas upwind et de Lax-Wendroff. Analyse la diffusion et la dispersion numériques comme mesures clés de la précision.

  • Leçon 4 • Introduction à la méthode des éléments finis

    Introduit la formulation faible et la méthode des éléments finis de Galerkin pour les problèmes aux limites 1D. Fournit un pont conceptuel vers les cours avancés de FEM.

  • Leçon 5 • EDP elliptiques et solveurs de Poisson

    Discrétise l'équation de Poisson sur une grille 2D et résout le système linéaire creux résultant. Applique les solveurs itératifs du chapitre trois aux problèmes de grande grille.

Chapitre 8Voir les détails

Méthodes des moindres carrés et d'optimisation

  • Leçon 1 • Optimisation contrainte et non linéaire

    Introduit les multiplicateurs de Lagrange, les méthodes de pénalité et la programmation quadratique séquentielle. Prépare les étudiants à résoudre des problèmes de conception technique et d'ajustement de données avec contraintes.

  • Leçon 2 • Décomposition en valeurs singulières

    Calcule la SVD et l'applique à la détermination du rang, la pseudo-inverse et la compression de données. Fournit l'outil le plus robuste pour les problèmes de moindres carrés mal conditionnés.

  • Leçon 3 • Factorisation QR et méthodes orthogonales

    Décompose les matrices via Gram-Schmidt et les réflexions de Householder pour des moindres carrés stables. Démontre une stabilité numérique supérieure à celle des équations normales.

  • Leçon 4 • Méthodes d'optimisation sans contraintes

    Applique la descente de gradient, la méthode de Newton et les mises à jour quasi-Newton pour minimiser des fonctions lisses. Analyse les vitesses de convergence et les stratégies de recherche linéaire.

  • Leçon 5 • Moindres carrés linéaires et équations normales

    Formule les systèmes surdéterminés et dérive les équations normales. Relie au conditionnement matriciel du chapitre trois pour évaluer la fiabilité de la solution.

Certification

Votre certificat valide de réussite

Ce cours est pour vous :

  • Étudiants en ingénierie : prêts à faire le lien entre la théorie et la pratique computationnelle.

  • Mathématiciens appliqués : recherchant une mise en œuvre pratique d'algorithmes au-delà des preuves théoriques.

  • Diplômés en physique : ayant besoin d'outils structurés pour simuler numériquement des phénomènes du monde réel.

  • Ingénieurs logiciels : faire la transition vers des rôles en calcul scientifique ou basés sur la simulation.

  • Assistants de recherche : qui mènent des expériences numériques mais ne disposent pas d'une formation en méthodes formelles.

  • Data scientists : souhaitant acquérir des bases mathématiques plus approfondies derrière les routines d'optimisation et d'ajustement.

Ce que disent nos apprenants

Vos cours sont parfaits. J'ai acheté le forfait d'un an et j'ai enfin l'opportunité de suivre divers sujets qui m'intéressent sans avoir besoin de changer de plateforme... je vous remercie pour tout ce que vous faites, je vous ai déjà recommandés à d'autres personnes...
Giulio Carlo
Giulio CarloÉtudiant en Marketing Digital
J'aime la façon dont les leçons vont droit au but et comment je peux changer de chapitres et passer le contenu dont je n'ai pas besoin.
Mariana Ferres
Mariana FerresÉtudiante en Photographie
J'aime le contenu et la façon dont les vidéos sont présentées et transcrites, ce qui accélère le processus !
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Luciana AlvarengaÉtudiante en Design d'Ongles
La plateforme est rapide, simple à utiliser. La diversité du contenu et les vidéos complémentaires aident beaucoup dans l'apprentissage.
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André FelipeÉtudiant en Ingénierie de Prompt

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