r=translate to english, remove matrix exercises

programming/exercises/vectors_matrices.tex

@@ -13,10 +13,11 @@
 
 %%%%% text size %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 \usepackage[left=20mm,right=20mm,top=25mm,bottom=25mm]{geometry}
-\pagestyle{headandfoot} \header{{\bfseries\large \"Ubung
+\pagestyle{headandfoot}
-    2}}{{\bfseries\large Vektoren und Matrizen}}{{\bfseries\large 12. Oktober, 2015}}
+\header{{\bfseries\large Exercise 2}}{{\bfseries\large Vectors}}{{\bfseries\large 18. Oktober, 2017}}
 \firstpagefooter{Dr. Jan Grewe}{Phone: 29 74588}{Email:
-  jan.grewe@uni-tuebingen.de} \runningfooter{}{\thepage}{}
+  jan.grewe@uni-tuebingen.de}
+\runningfooter{}{\thepage}{}
 
 \setlength{\baselineskip}{15pt}
 \setlength{\parindent}{0.0cm}
@@ -24,387 +25,176 @@
 \renewcommand{\baselinestretch}{1.15}
 
 \newcommand{\code}[1]{\texttt{#1}}
-\renewcommand{\solutiontitle}{\noindent\textbf{L\"osung:}\par\noindent}
+\renewcommand{\solutiontitle}{\noindent\textbf{Solutions:}\par\noindent}
 
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
 \begin{document}
-
 \vspace*{-6.5ex}
 \begin{center}
-  \textbf{\Large Einf\"uhrung in die wissenschaftliche Datenverarbeitung}\\[1ex]
+  \textbf{\Large Introduction to Scientific Computing}\\[1ex]
          {\large Jan Grewe, Jan Benda}\\[-3ex]
-  Abteilung Neuroethologie \hfill --- \hfill Institut f\"ur Neurobiologie \hfill --- \hfill \includegraphics[width=0.28\textwidth]{UT_WBMW_Black_RGB} \\
+         Neuroethology \hfill --- \hfill Institute for Neurobiology \hfill --- \hfill \includegraphics[width=0.28\textwidth]{UT_WBMW_Black_RGB} \\
 \end{center}
 
-Die folgenden Aufgaben dienen der Wiederholung, \"Ubung und
+The exercises are meant for self-monitoring and revision of the lecture
-Selbstkontrolle und sollten eigenst\"andig bearbeitet und gel\"ost
+topic. You should try to solve them on your own. Your solution should
-werden. Die L\"osung soll in Form eines einzelnen Skriptes (m-files)
+be submitted as a single script (m-file) in the Ilias system. Each
-im ILIAS hochgeladen werden. Jede Aufgabe sollte in einer eigenen
+task should be solved in its own ``cell''. Each cell must be
-``Zelle'' gel\"ost sein. Die Zellen \textbf{m\"ussen} unabh\"angig
+executable on its own. The file should be named according to the following pattern:
-voneinander ausf\"uhrbar sein. Das Skript sollte nach dem Muster:
+``variables\_datatypes\_\{lastname\}.m'' benannt werden
-\linebreak ``vektoren\_matrizen\_\{nachname\}.m'' benannt werden
+(e.g. variables\_datentypes\_mueller.m).
-(z.B. vektoren\_matrizen\_mueller.m).
 
 \begin{questions}
-  \section*{Vektoren}
+  \question Create vector with the following contents:
-    \question Erzeuge Vektoren mit folgendem Inhalt: 
   \begin{parts}
-      \part Von 1 bis 10 in ganzzahligen Schritten.
+    \part Integer numbers ranging from 1 to 10.
     \begin{solution}
       \code{a = 1:10;}
     \end{solution}
-      \part Von 0 bis 20 in 2er Schritten.
+    \part Integer numbers in the range 0 to 20 in steps of 2.
     \begin{solution}
       \code{a = 0:2:20;}
     \end{solution}
-      \part Mit \textbf{absteigendem} Inhalt von 100 bis 0.
+    \part \textbf{Descending} values ranging from 100 to 0.
     \begin{solution}
       \code{a = 100:-1:0;}
     \end{solution}
-      \part In 10 Schritten von 0 bis 1.
+    \part In 10 steps from 0 to 1.
     \begin{solution}
       \code{a = 0:0.1:1;}
     \end{solution}
-      \part In 11 Schritten von 0 bis 1.
+    \part In 11 steps from 0 to 1.
     \begin{solution}
       \code{a = 0:1/11:1;}
     \end{solution}
-      \part In 50 Schritten von 0 bis $2\pi$ ($\pi$ ist als Konstante
+    \part In 50 steps from 0 to $2\pi$ ($\pi$ is known in Matlab as the constant
-      \code{pi} in Matlab definiert).
+    \code{pi}).
     \begin{solution}
       \code{a = 0:2*pi/50:2*pi;}
     \end{solution}
   \end{parts}
 
-    \question Rechnen mit Vektoren:
+  \question Calculations with vectors:
   \begin{parts}
-      \part Definiere einen Vektor \code{x = [3 2 6 8];}
+    \part Create a vector \code{x = [3 2 6 8];}
-      \part Wie gro{\ss} ist der Vektor? Benutze die Funktionen
+    \part What is the size of this vector? Use the functions  \code{size} and \code{length}. What is the difference between them?
-      \code{size} und \code{length}. Was ist der Unterschied zwischen
-      den beiden Funktionen?
     \begin{solution}
-        \code{x = [3 2 6 8]; \\ disp(length(x));\\   4\\ disp(size(x))\\ 1  4}
+      \code{x = [3 2 6 8];
+        \\ disp(length(x));\\ 4\\ disp(size(x))\\ 1 4}
     \end{solution}
-      \part Wie \"andern sich \code{size} und \code{length} des
+    \part What changes in \code{size} and \code{length} when you transpose the vector.
-      Vektors wenn er transponiert wird?
     \begin{solution}
-        L\"ange \"andert sich nicht. R\"uckgabewert von size ist invertiert.
+      The length does not change, the size is inverted.
     \end{solution}
-      \part Addiere 5 zu jedem Element von \verb+x+.
+    \part Add 5 to each element of \verb+x+.
     \begin{solution}
       \code{disp(x + 5)}
     \end{solution}
-      \part Multipliziere jedes Element von \code{x} mit 2; 
+    \part Multiply each element of \code{x} with 2;
     \begin{solution}
       \code{disp(x * 2)}
     \end{solution}
-      \part Definiere einen zweiten Vektor (\verb+y = [4 1 3 5];+).
+    \part Create a second vector (\verb+y = [4 1 3 5];+).
-      Stelle sicher, dass \code{x} wieder in seiner urspr\"unglichen
+    Make sure that \code{x} is in its original form.
-      Form ist.
+    \part Add both vectors \code{x + y}.
-      \part Addiere beide Vektoren \code{x + y}.
     \begin{solution}
       \code{y = [4 1 3 5]; \\disp(x + y)\\7     3     9    13}
     \end{solution}
-      \part Subtrahiere beide Vektoren \code{x - y}.
+    \part Subtract \code{y} from \code{x}.
     \begin{solution}
       \code{disp(x - y)\\-1     1     3    3}
     \end{solution}
-      \part Multipliziere beide Vektoren \code{x * y}.
+    \part Multiply both vectors \code{x * y}.
     \begin{solution}
       \code{disp(x * y)\\Error using *. Inner matrix dimension must agree.}
     \end{solution}
-      \part Erkl\"are die Fehlermeldung.
+    \part Explain the error message
     \begin{solution}
-        * ist der Operator f\"ur die Matrixmultiplikation. Bei dieser
+      * operator is the matrix multiplication. The inner dimensions must agree.\linebreak
-        muessen die inneren Dimensionen \"uebereinstimmen.\linebreak
       \code{disp(size(x))\\1   4 \\disp(size(y)) \\ 1   4}\\
       (m,n)*(n,o) w\"are ok.
     \end{solution}
-      \part Was m\"usste man machen, damit \code{mtimes} bzw. der
+    \part What needs to be done to make \code{mtimes} and 
-      \code{*} Operator funktionieren?
+    \code{*} working?
     \begin{solution}
-        y m\"usste transponiert werden: \code{x * y'}
+      y needs to be transposed: \code{x * y'}
     \end{solution}
-      \part Multipliziere die Vektoren elementweise (\code{x .* y})
+    \part Multiply element-wise (\code{x .* y}) and assign the result to a new variable.
-      und weise das Ergebnis eine neuen Variablen zu.
     \begin{solution}
       \code{z = x .* y;}
     \end{solution}
   \end{parts}
 
-    \question Erzeugen von Vektoren mit Helferfunktionen:
+  \question Creating vectors using helper functions:
   \begin{parts}
-      \part Erstelle einen 100 Elemente langen Vektor mit der Funktion
+    \part Create a vector of the length 100 using the function
-      \code{ones} (siehe Hilfe). Was macht sie?
+    \code{ones} (see help). What is its purpose?
     \begin{solution}
-        \code{ones(100,1)} erzeugt einen Vektor bei dem alle Elemente mit 1 gef\"ullt sind.
+      \code{ones(100,1)} creates a vector of the given size and fills it with 1.
     \end{solution}
-      \part Erstelle einen 100 Elemente langen Vektor mit der Funktion
+    \part Create a vector of the length 100 using the function
-      \code{zeros}. Was macht diese?
+    \code{zeros} (see help). What is its purpose?
     \begin{solution}
-        \code{zeros(100,1)} erzeugt einen Vektor bei dem alle Elemente mit 0 gef\"ullt sind.
+      \code{zeros(100,1)} creates a vector of the given size and fills it with 0.
     \end{solution}
-      \part Erstelle einen 100 Elemente langen Vektor in dem jedes
+    \part Create a vector with 100 elements. All elements should have the value
-      Element den Wert 4.5 hat.
+    4.5.
     \begin{solution}
       \code{ones(100, 1) * 4.5}
     \end{solution}
-      \part Erzeuge einen Vektor mit 100 Zufallszahlen (\code{rand},
+    \part Create a 100 element vector filled with random numbers (\code{rand},
-      siehe Hilfe).
+    see help).
     \begin{solution}
       \code{x = rand(100, 1)}
     \end{solution}
-      \part Erzeuge einen Vektor mit 100 Werten zwischen 0 und 1
+    \part Use the function \code{linspace} to create a 100 element vector with values between 0 and 1.
-      mithilfe der Funktion \code{linspace}.
     \begin{solution}
       \code{x = linspace(0, 1, 100)}
     \end{solution}
   \end{parts}
 
-    \question Indizieren in Vektoren:
+  \question Indexing in vectors:
   \begin{parts}
-      \part Erzeuge einen Vektor mit 100 Elementen (0 - 100).
+    \part Create a 100 element length vector with values ranging from 0 to 99.
     \begin{solution}
-        \code{x = linspace(0,100,100);}
+      \code{x = linspace(0, 99, 100);}
     \end{solution}
-      \part Gib jeweils den ersten, den letzten, den 5., 24. und den
+    \part Print the first, last, fifth, 24th and the second-to-last value.
-      vorletzten Wert aus.
     \begin{solution}
       \code{disp(x(1))\\ disp(x(end))\\ disp(x(5))\\ disp(x(24))\\ disp(x(end-1))}
     \end{solution}
-      \part Gib die ersten 10 Werte aus.
+    \part Print the first 10 values.
     \begin{solution}
       \code{x(1:10)}
     \end{solution}
-      \part Gib die letzten 10 Werte aus.
+    \part Print the last 10 values.
     \begin{solution}
       \code{disp(x(end-9:end))}
     \end{solution}
-      \part Versuche den Wert an der Stelle 0 auszugeben.
+    \part Try to print the value at the zeroth position.
     \begin{solution}
       \code{x(0)\\ Subscript indices must either be real positive integers or logicals.}
     \end{solution}
-      \part Versuche den Wert an der Stelle 110 auszugeben.
+    \part Try to access the value at the 110th position.
     \begin{solution}
       \code{x(110)\\ Index exceeds matrix dimensions.}
     \end{solution}
-      \part Gib die Werte an den Stellen 3, 15, und 42 zusammen als
+    \part Access the values at the positions 3, 15, and 42 with a single command.
-      Vektor aus.
     \begin{solution}
       \code{disp(x([3 15 42]))}
     \end{solution}
-      \part Gib 10 zuf\"allig ausgew\"ahlte Werte aus (benutze
+    \part Access 10 randomly selected values (used \verb+randi+ to create random indices).
-      \verb+randi+ um die Indizes zu erstellen).
     \begin{solution}
       \code{x(randi(100,10,1))}
     \end{solution}
   \end{parts}
 
-    \question Erzeuge eine Variable und speichere etwas Text in ihr,
+  \question Store some text in a valriable. The text should consist of at least two words (e.g. \code{x = 'some
-    so dass mindestens 2 Worte vorhanden sind.  (z.B. \code{x = 'some
+    text'}). Use indexing to print out the words individually.
-    text'}). Benutze die Indizierung um die W\"orter einzeln
-    auszugeben.
   \begin{solution}
     \code{x = 'some text'; \\ disp(x(1:4))\\disp(x(6:end))}
   \end{solution}
 
-
-  \newpage
-  \section*{Matrizen}
-
-  \question Erstelle folgende Matrix
-  \[ A = \left( \begin{array}{ccc} 7 & 3 & 5 \\ 1 & 8 & 3 \\ 8 & 6 &
-      4 \end{array} \right) \]
-  \begin{parts}
-    \part Benutze die Funktion \code{size} um die Gr\"o{\ss}e vpm \code{A} anzeeigen zu lassen.
-    \begin{solution}
-      \code{x = [7 3 5; 1 8 3; 8 6 4];\\disp(size(x))}
-    \end{solution}
-    \part Finde heraus, wie man \code{size} aufruft um nur die L\"ange entlang einer einzelnen Dimension auszugeben. Gib einzeln die L\"angen beider Dimensionen aus.
-    \begin{solution}
-      \code{disp(size(x, 1))}\\\code{disp(size(x, 2))}
-    \end{solution}
-    \part Gib das Element in der 3. Zeile und 2. Spalte aus.
-    \begin{solution}
-      \code{x(3,2)}
-    \end{solution}
-    \part Gib jeweils alle Elemente der 1., 2. und 3. Zeile aus.
-    \begin{solution}
-      \code{disp(x([1 2 3],:));}
-    \end{solution}
-    \part Gib jeweils alle Elemente der 1., 2., und 3. Spalte aus.
-     \begin{solution}
-      \code{disp(x(:, 1))\\ disp(x(:, 2))\\ disp(x(:, 3))}
-    \end{solution}
-    \part Erh\"ohe das Element in der 2. Zeile und 3. Spalte um Eins.
-    \begin{solution}
-      \code{x(2,3) = x(2,3) + 1;}
-    \end{solution}
-    \part Ziehe von allen Elementen der 1. Zeile 5 ab.
-    \begin{solution}
-      \code{x(1,:) = x(1,:) - 5;}
-    \end{solution}
-    \part Multipliziere alle Elementen der 3. Spalte mit 2.
-    \begin{solution}
-      \code{x(:,3) = x(:,3) * 2;}
-    \end{solution}
-  \end{parts}
-
-  \question Erstelle eine $5 \times 5$ Matrix \code{M} die
-  Zufallszahlen enth\"alt (nutze die MATLAB Funktion
-  \verb+randn()+. Benutze die Hilfe: Was macht die Funktion?).
-  \begin{parts}
-    \part Gib das Element in der 2. Zeile und 3. Spalte aus.
-    \begin{solution}
-      \code{M = randn(5, 5);}
-      \code{disp(M(2,3))}
-    \end{solution}
- 
-    \part Gib jeweils alle Elemente der 1., 3. und letzten Zeile aus.
-    \begin{solution}
-      \code{disp(M(1,:)) \\ disp(M(3,:))\\ disp(M(size(M,1), :))}
-    \end{solution}
-
-    \part Gib jeweils alle Elemente der 2. und 4. Spalte aus.
-    \begin{solution}
-      \code{disp(M(:,2))\\ disp(M(:,4))}
-    \end{solution}
- 
-    \part Greife mit einem einzigen Kommando auf die Elemente jeder
-    zweiten Spalte zu und speichere die Daten in einer neuen Variable.
-    \begin{solution}
-      \code{y = M(:, [2:2:size(M,2)])}
-    \end{solution}
-
-    \part Berechne jeweils den Mittelwert der 1., 3. und 5. Zeile
-    (Funktion \code{mean}, siehe Hilfe).
-    \begin{solution}
-      \code{mean(M([1 3 5],:), 2)}
-    \end{solution}
-
-    \part Berechne die Summe aller Werte der 2. und 4. Spalte
-    (Funktion \code{sum}, siehe Hilfe).
-    \begin{solution}
-      \code{sum(M(:, [2 4]), 1)}
-    \end{solution}
-
-    \part Berechne die Summe aller Elemente der Matrize.
-    \begin{solution}
-      \code{sum(M(:))}
-    \end{solution}
-
-    \part Ersetze die Elemente der 2. Zeile mit denen der 4.
-    \begin{solution}
-      \code{M(2,:) = M(4,:)}
-    \end{solution}
-
-    \part F\"uhre folgendes Kommando aus: \code{M(1:2,1) = [1, 2,
-      3]}. Was k\"onnte die Absicht dieses Codes gewesen sein? Was
-    bedeutet die Fehlermeldung?
-    \begin{solution}
-      \code{M(1:2,1) = [1, 2,3];\\ Subscripted assignment dimension
-        mismatch.}  \\ Der einzuf\"ugende Vektor hat 3 Elemente, die
-      Auswahl von M in die geschrieben werden soll hat nur die
-      Gr\"o{\ss}e 2;
-    \end{solution}
-  \end{parts}
-
-  \question Matrizen k\"onnen neben der ``normalen''
-  \textit{subscript} Indizierung auch \textit{linear} indiziert werden
-  (siehe Hilfe \"uber Indexing oder Funktionen \verb+sub2ind+ oder
-  \verb+ind2sub+).
-  \begin{parts}
-    \part Erstelle eine 2-D Matrix mit Zufallszahlen mit der Dimensionalit\"at
-    \verb+[10,10]+.
-    \begin{solution}
-      \code{x = randn(10, 10)}
-    \end{solution}
-
-    \part Wie viele Werte enth\"alt sie?
-    \begin{solution}
-      \code{disp(numel(x))}
-    \end{solution}
-
-    \part Benutze das lineare Indizieren um 50 zuf\"allige Werte
-    auszuw\"ahlen.
-    \begin{solution}
-      \code{x(randi(100, 50, 1)])}
-    \end{solution}
-
-    \part Wo liegt der Vorteil gegen\"uber der \textit{subscript}
-    Indizierung?
-    \begin{solution}
-      Die Matrize ist 2-dimensional. Wenn mit dem subscript index
-      zugegriffen werden soll, dann muss auf die Dimensionen
-      einzeln geachtet werden. Mit dem linearen Indexieren kann einfach
-      einen Vektor mit n Indices benutzt werden. Wenn es auch noch eine
-      eindeutige (ohne doppelte) Auswahl sein soll, dann muss bei
-      2-D viel komplexer kontrollieren.
-    \end{solution}
-    \part Berechne die Summe aller Werte mit einem Funktionsaufruf..
-    \begin{solution}
-      \code{sum(x(:))} oder \code{sum(sum(x))}
-    \end{solution}
-
-  \end{parts}
-  
-  \question Erstelle folgende Variablen \verb+x = [1 5 9]+ and
-  \verb+y = [7 1 5]+ und \verb+M = [3 1 6; 5 2 7]+. Welche der
-  folgenden Operationen funktionieren? Wenn nicht, warum funktionieren
-  sie nicht? Teste Deine Vorhersagen.
-  \begin{parts}
-    \part \code{x + y}
-    \begin{solution}
-      Funktioniert!
-    \end{solution}
-
-    \part \code{x * M}
-    \begin{solution}
-      Matrixmultiplikation Funktioniert nicht! Inner dimensions must agree!
-    \end{solution}
-
-    \part \code{x + y'}
-    \begin{solution}
-      Funktioniert nicht! Die Dimensionalit\"aten passen nicht.
-    \end{solution}
-
-    \part \code{M - [x y]}
-    \begin{solution}
-      Funktioniert nicht! \code{[x y] ist ein Zeilenvektor der L\"ange
-        6, M ist eine Martix.}
-    \end{solution}
-
-    \part \code{[x; y]}
-    \begin{solution}
-      Funktioniert! Gr\"o{\ss}e: 2  3
-    \end{solution}
-
-    \part \code{M - [x; y]}
-    \begin{solution}
-      Funktioniert!
-    \end{solution}
-  \end{parts}
-  
-  \question Erstelle eine 3-D Matrix aus drei 2-D Matrizen. Benutze
-  die \verb+cat()+ Funktion f\"ur diesen Zweck (schaue in der Hilfe
-  nach, wie sie benutzt wird).
-  \begin{parts}
-    \part Gib alle Elemente des ersten ``Blattes'' aus (Index 1 der 3. Dimension).
-    \begin{solution}
-      \code{x = randn(5,5); \\y = randn(5, 5);\\ z = cat(3, x, y);\\disp(z(:,:,1))}
-    \end{solution}
-  \end{parts}
-  
-  \question Erzeuge eine $5 \times 5 \times 5$ Matrix die mit
-  ganzzahligen, gleichverteilten Zufallszahlen zwischen 0 und 100
-  gef\"ullt ist.
-  \begin{parts}
-    \part Berechne den Mittelwert aller Bl\"atter dieser Matrix
-    (benutze \verb+mean()+, siehe Hilfe).
-    \begin{solution}
-      \code{x = round(rand(5,5,5) .* 100);\\ Disp(mean(mean(x(:,:,1))))\\ disp(mean(mean(x(:,:,2)))) \\ disp(mean(mean(x(:,:,3))))}
-    \end{solution}
-  \end{parts}
 \end{questions}
 
 \end{document}