D I S S E R T A T I O N
Beyond Atavistic Structures in Scientific Computing
ausgeführt zum Zwecke der Erlangung des akademischen Grades
eines Doktors der technischen Wissenschaften
eingereicht an der Technischen Universität Wien
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
von
P
HILIPP
S
CHWAHA
Marktgasse 8-10
A-1090 Wien, Österreich
Matr. Nr. 9725959
geboren am 22. Dezember 1977, Wien
Wien, im Oktober 2010
ματαιότης ματαιοτήτων είπεν ο εκκλησιαστής ματαιότης ματαιοτήτων τα πάντα ματαιότης
ΕΚΚΛΗΣΙΑΣΤΗΣ,1:2
Drum besser wär’s, daß nichts entstünde.
Mephistopheles
Acknowledgement
Abstract
Kurzfassung
Contents
Motivation
1
Introduction
Organization
I
Common Ground
2
The Value of Abstraction
2.1
Abstractions and the World
2.2
Implementations
2.3
Obstacles
2.4
Guidance
3
Machines for Computations
3.1
Paradigms
3.2
Mathematics and Algorithms
3.3
Example of Generic Programming
II
Theory
4
Mathematical Tools
4.1
Bare Basics
4.2
Algebraic Structures
4.3
Mappings
4.4
Topology
4.5
Fibers
4.6
Di?erential Geometry
4.7
Integration
4.8
Distances
4.9
Integral Equations
4.10
Probability
5
Dynamics
5.1
Newton’s Mechanics and World
5.2
Lagrangian Formalism
5.3
Hamiltonian Formalism
5.4
Statistical Description – Boltzmann’s Equation
5.5
Macroscopic Quantities
5.6
Boltzmann’s Equation in Integral Form
5.7
The Quantum World
III
Methods
6
Components
6.1
Sets
6.2
Data Types
6.3
Topology
6.4
Fibers
6.5
Geometric Structures
6.6
Integration
7
Dynamics in Action
7.1
Equilibrium and Macroscopic Quantities
7.2
Tracing Phase Space – Components from Theory
7.3
Among Quanta
7.4
Bordering Two Worlds Again
8
Outlook
A
Resolvent for Integral Equations
B
Random Number Generation
C
Richardson Extrapolation
Bibliography
Philipp Schwaha