Esta versión de la guía docente es provisional hasta que no finalize el periodo de edición de las guías del nuevo curso.

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De la Modelización Microscópica a la Macroscópica

Código: 45560 Créditos ECTS: 6
2025/2026
Titulación Tipo Curso
Modelling for Science and Engineering OP 1

Contacto

Nombre:
Vicente Mendez Lopez
Correo electrónico:
vicenc.mendez@uab.cat

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

  1. CA12 (Competencia) Comunicar a un público experto los resultados obtenidos del análisis de problemas basados en procesos estocásticos y en ecuaciones en derivadas parciales.
  2. CA13 (Competencia) Desarrollar modelos basados en ecuaciones en derivadas parciales para la resolución de problemas prácticos concretos.
  3. CA14 (Competencia) Desarrollar estudios de modelización y análisis estocástico para el análisis de conjuntos de datos reales
  4. KA11 (Conocimiento) Reconocer los principales tipos de plataformas y herramientas informáticas de implementación de ecuaciones en derivadas parciales.
  5. KA12 (Conocimiento) Identificar los niveles de descripción de los procesos estocásticos y las principales técnicas matemáticas asociadas a cada uno de ellos.
  6. SA12 (Habilidad) Implementar en software específicos ecuaciones en derivadas parciales, incluyendo las técnicas de mallado y condiciones de contorno apropiadas.
  7. SA13 (Habilidad) Establecer relaciones entre los diferentes niveles de descripción de los procesos estocásticos
  8. 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