Técnicas de Programación
(Curso Académico 2020 - 2021)

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• CE8 - Saber programar, al menos, en un lenguaje relevante para el cálculo científico en Astrofísica
• CE11 - Saber utilizar la instrumentación astrofísica actual (tanto en observatorios terrestres como espaciales) especialmente aquélla que usa la tecnología más innovadora y conocer los fundamentos de la tecnología utilizada

• CG1 - Conocer las técnicas matemáticas y numéricas avanzadas que permitan la aplicación de la Física y de la Astrofísica a la solución de problemas complejos mediante modelos sencillos

• CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
• CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios
• CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
• CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

• CX2 - Aplicar los conocimientos de informática, Física, Astrofísica y computación para construir simulaciones numéricas de fenómenos o escenarios astrofísicos

Profesor: Andrii Sukhorukov
Temas (epígrafes):
- Conceptos básicos de Fortran90.
- Depuradores de código (debuggers).
- Programación paralela: conceptos básicos. El estándar MPI.
- Procedimientos, recursividad.
- Punteros y memoria dinámica.
- Rendimiento y optimización de programas serie y paralelo.
- Aplicación de la programación en paralelo a un problema astrofísico.

Impartición de temas, los materiales educativos, los ejercicios de ejemplos y prácticas, y los exámenes serán en inglés.

El objetivo de esta asignatura es que el alumno aprenda, ayudado de ejemplos y prácticas con el ordenador, ciertas técnicas avanzadas de programación necesarias para la implementación de multitud de algoritmos habituales en aplicaciones astrofísicas, así como los conceptos básicos de la programación paralela. Se persigue que el alumno sea capaz de implementar en Fortran 90 algoritmos complejos que requieran estructuras de datos dinámicas, que adquiera conocimientos básicos de programación paralela, y que sepa evaluar de manera teórica y práctica la mejora en el rendimiento que la programación paralela puede introducir en un código.
Las clases se dividirán entre clases teóricas (aprox. 1/2) y clases prácticas (aprox. 1/2) donde el alumno pondrá en práctica los conocimientos aprendidos. Asimismo, el alumno tendrá que realizar dos prácticas obligatorias.

Actividades formativas	Horas presenciales	Horas de trabajo autónomo	Total horas	Relación con competencias
Clases teóricas	15,00	0,00	15,0	[CB10], [CB8], [CG1], [CE11], [CE8]
Clases prácticas (aula / sala de demostraciones / prácticas laboratorio)	15,00	0,00	15,0	[CX2], [CB7], [CB6], [CG1], [CE8]
Estudio/preparación de clases teóricas	0,00	20,00	20,0	[CG1], [CE11]
Estudio/preparación de clases prácticas	0,00	25,00	25,0	[CX2], [CB6], [CG1], [CE8]
Total horas
Total ECTS

M. Metcalf, J. Reid, M. Cohen, "Modern Fortran Explained" (2nd ed., NY: Oxford University Press, 2018).  If the last edition of this book is not available, it can be substituted by previous editions from the same authors: "Modern Fortran Explained" (1st ed., 2011), "Fortran 95/2003 Explained" (2004), or "Fortran 90/95 Explained (1996, 1999)".
P.S. Pacheco, "Parallel Programming with MPI" (San Francisco, CA: Morgan Kaufmann, 1997).
W. Gropp, E. Lusk, A. Skjellum "Using MPI: Portable Parallel Programming with the Message-Passing Interface" (3rd ed., Cambridge, MA: The MIT Press, 2014).

La evaluación se realizará de la siguiente forma:
- Examen teórico al final del curso: 1/3 de la nota
- Entregable práctico n.1 sobre recursividad, punteros, etc.: 1/3 de la nota
- Entregable práctico n. 2 sobre programación en paralelo: 1/3 de la nota

Para aprobar la asignatura se requiere tener aprobado el examen teórico, así como cada una de las prácticas.

En caso de no aprobar o no presentarse al examen, las notas de las prácticas se guardarán para todas las convocatorias del curso.

Tipo de prueba	Competencias	Criterios	Ponderación
Pruebas objetivas	[CB8], [CB7], [CG1], [CE11]	Corrección y precisión en las respuestas en el exámen teórico al final del curso.	33,33 %
Trabajos y proyectos	[CX2], [CB10], [CB6], [CE8]	Demostración de las capacidades de aplicar los conocimientos adquiridos para resolver problémas en dos entregables prácticos.	66,67 %

Las clases de teoría y práctica se imparten mixtas. En caso de docencia presencial adaptada, las clases se impartirán en el Centro de Cálculo de Alumnos. En caso de suspensión de la presencialidad, se impartirán en línea (aula virtual). El orden de los temas puede cambiar según necesidades y el progreso del grupo.  

En un periodo de 8 semanas se tratarán los siguientes temas:
Tema 1: Introducción a conceptos básicos de Fortran 90.
Tema 2: Herramientas de desarollo de código, depuración, análisis de rendimiento.
Tema 3: Introducción al problema de los N-cuerpos, algoritmo Barnes-Hut.
Tema 4: Procedimientos y recursividad en Fortran 90.
Tema 5: Punteros y tipos derivados en Fortran 90.
Tema 6: Algoritmo Barnes-Hut en serie en Fortran 90.
Tema 7: Introducción a la programación en paralelo.
Tema 8: Operaciones colectivas en MPI.
Tema 9: Algoritmo Barnes-Hut en paralelo (dos variantes). Rendimiento teórico de las dos soluciones.

Semana	Temas	Actividades de enseñanza aprendizaje	Horas de trabajo presencial	Horas de trabajo autónomo	Total
Semana 1:	1 y 2	Introducción a conceptos básicos de Fortran 90. Ejercicios básicos con Fortran 90. Herramientas de ayuda al desarollo: depuradores, profilers, etc.	4.00	6.00	10.00
Semana 2:	3	Introducción al problema de los N-cuerpos, algorithmo Barnes-Hut. Necesidad de conceptos más complejos para resolver el problema con el algoritmo Barnes-Hut.	2.00	3.00	5.00
Semana 3:	4	Teoría de procedimientos y recursiviad. Ejercicios sobre recursividad.	4.00	6.00	10.00
Semana 4:	5	Teoría de punteros y tipos derivados. Ejercicios sobre punteros y tipos derivados.	4.00	6.00	10.00
Semana 5:	6	Solución al problema de los N-cuerpos con el algorithmo Barnes-Hut en serie. Práctica 1 disponible. Tiempo para realizarla: 3 semanas.	4.00	6.00	10.00
Semana 6:	7	Introducción a la teoría de programación en paralelo. La Interfaz de Paso de Mensajes (MPI). Operaciones punto a punto con MPI. Ejercicios básicos con MPI. Práctica 2 disponible.  Tiempo para realizarla: 3 semanas.	4.00	6.00	10.00
Semana 7:	8	Operaciónes colectivas y avanzadas con MPI. Ejercicios avanzados con MPI.	4.00	6.00	10.00
Semana 8:	9	Solución al problema de los N-cuerpos con algoritmo Barnes-Hut en paralelo. Estudio y comparación de dos posibles soluciones y sus diferentes rendimientos.	4.00	6.00	10.00
Total			30.00	45.00	75.00