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

PHILIPP SCHWAHA

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
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