Esta versión de la guía docente es provisional hasta que no finalize el periodo de edición de las guías del nuevo curso.
De la Modelización Microscópica a la Macroscópica
Código: 45560
Créditos ECTS: 6
2025/2026
Titulación |
Tipo |
Curso |
Modelling for Science and Engineering |
OP |
1 |
Idiomas de los grupos
Puede consultar esta información al final del documento.
Prerrequisitos
Cálculo de diversas variables. Ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales. Introducción a la teoria de la probabilidad
Objetivos y contextualización
El objetivo principal de la primera parte de este curso es proporcionar herramientas para tratar el análisis y las simulaciones numéricas de procesos estocásticos tanto por sistemas afectados por ruido externo como por ruido interno. Las aplicaciones en sistemas ecológicos y biológicos se debatirán detalladamente. El objetivo de la segunda parte es comprender el fundamento y las aplicaciones de dos métodos diferentes para la modelización numérica de fenómenos físicos resolviendo ecuaciones en derivadas parciales. En primer lugar, se presentará e ilustrará el método de las diferencias finitas mediante simulaciones de micromagnetismo. A continuación, se presentará e ilustrará el método de los elementos finitos utilizando como ejemplos la difusión térmica, la elasticidad y la mecánica de fluidos.
Resultados de aprendizaje
- CA12 (Competencia) Comunicar a un público experto los resultados obtenidos del análisis de problemas basados en procesos estocásticos y en ecuaciones en derivadas parciales.
- CA13 (Competencia) Desarrollar modelos basados en ecuaciones en derivadas parciales para la resolución de problemas prácticos concretos.
- CA14 (Competencia) Desarrollar estudios de modelización y análisis estocástico para el análisis de conjuntos de datos reales
- KA11 (Conocimiento) Reconocer los principales tipos de plataformas y herramientas informáticas de implementación de ecuaciones en derivadas parciales.
- KA12 (Conocimiento) Identificar los niveles de descripción de los procesos estocásticos y las principales técnicas matemáticas asociadas a cada uno de ellos.
- SA12 (Habilidad) Implementar en software específicos ecuaciones en derivadas parciales, incluyendo las técnicas de mallado y condiciones de contorno apropiadas.
- SA13 (Habilidad) Establecer relaciones entre los diferentes niveles de descripción de los procesos estocásticos
- SA14 (Habilidad) Asociar las soluciones y resultados de las ecuaciones en derivadas parciales con las propiedades de los correspondientes sistemas físicos y naturales que éstas representan
Contenido
PARTE 1
- Modelización determinista frente a modelización estocástica
- Introducción a la teoría de la probabilidad. Variables aleatorias. Funciones de distribución de probabilidad y funciones generadoras. Leyes de los grandes números. Teorema central del límite.
- Procesos estocásticos: descripciones microscópicas y macroscópicas. Clasificación de los procesos estocásticos. Ecuación de Langevin. Ecuación maestra. Ecuación de Fokker-Planck.
- Visualización y caracterización de procesos estocásticos. Métodos de visualización. Recurrencia. Estadística de primer paso. Estadística de valores extremos.
- Fenómenos inducidos por ruido/estocasticidad. Extinción demográfica. Transiciones de fase inducidas por ruido. Orden inducido por ruido. Resonancia estocástica. Supresión del ruido.
PARTE 2
- Micromagnetismo por diferencias finitas. Definición del problema. Implementación de las condiciones de contorno. Evolución temporal. Métodos alternativos iterativos.
- Ejemplos: Formación de dominios; vórtices magnéticos; skyrmions magnéticos.
- Diferencias finitas para estudios de puntos singulares.
- Ejemplos: Puntos de Bloch; inversión dinámica de vórtices magnéticos; creación y destrucción de skyrmions.
- Fundamentos del método de los elementos finitos. Formulación débil de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Condiciones de contorno. Tipos de elementos y mallado.
- Ejemplos: Difusión térmica y elasticidad.
- Principios variacionales. Método de Galerkin. Multiplicadores de Lagrange. Estabilización, convergencia y estimación de errores.
- Ejemplos avanzados: Mecánica de fluidos (laminares y turbulentos)
Actividades formativas y Metodología
Título |
Horas |
ECTS |
Resultados de aprendizaje |
Tipo: Dirigidas |
|
|
|
Sesiones de aula |
39
|
1,56 |
CA13, CA14, KA12, SA13, CA13
|
Tipo: Supervisadas |
|
|
|
Tutorias |
9
|
0,36 |
CA12, CA12
|
Tipo: Autónomas |
|
|
|
Estudio personal |
50
|
2 |
KA11, SA12, SA14, KA11
|
La metodologia del curso combina sesiones magistrales en el aula con actividades autónomas por parte del alumno para practicar los conceptos trabajados durante el curso.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Evaluación
Actividades de evaluación continuada
Título |
Peso |
Horas |
ECTS |
Resultados de aprendizaje |
Entregas |
30 |
50
|
2 |
CA12, CA13, CA14, KA11, KA12, SA12, SA13, SA14
|
Examen |
70 |
2
|
0,08 |
CA13, CA14, KA12, SA13, SA14
|
Primera Parte. (50%)
Se realitzaran entregas de problemas durante el curso (30% de la notal) y un examen general de esta parte (70%)
Segunda Parte (50%)
Se realitzaran entregas de problemas durante el curso (30% de la notal) y un examen general de esta parte (70%)
Bibliografía
Básica:
- V. Méndez, D. Campos, F. Bartumeus. Stochastic Foundations in Movement Ecology, Springer-Verlag, 2014
- C.W. Gardiner, Handbook of Stochastic Methods for Physics, Chemistry and the Natural Sciences. Springer. Berlin. 1990
- L.J.S. Allen, An Introduction to Stochastic Processes with Applications to Biology. Chapman & Hall/CRC, Boca Ratón. 2011
- R. Toral, P. Colet. Stochastic Numerical Methods. Wiley-VCH, 2014
Complementaria:
- N. van Kampen, Stochastic Processes in Physics and Chemistry, Third Edition (North-Holland Personal Library) 2007
- J. Rudnick and G. Gaspari. Elements of the Random Walk. Cambridge Univ. Press, 2004
- N.C. Petroni. Probability and Stochastic Processes for Physicists. Springer-Verlag, 2020
- N. Lanchier. Stochastic Modelling. Springer-Verlag, 2017
Software
En la asignatura se utilizará Python y R como lenguaje de programación para realizar las actividades prácticas
Grupos e idiomas de la asignatura
La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre de 2025. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura
Nombre |
Grupo |
Idioma |
Semestre |
Turno |
(TEm) Teoría (máster) |
1 |
Inglés |
primer cuatrimestre |
tarde |