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651-4096-02L 3 Credits BSC , MSC D-ERDW , D-MATH , D-PHYS

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Inverse Theory II: Applications

Lecturers & Examiners: Prof. Dr. Andreas Fichtner, Dr. Andrea Zunino, Dr. Christian Böhm

Prerequisites: The successful completion of 651-4096-00L Inverse Theory I: Basics is mandatory.

VVZ CR n/a

Last Updated: 2026-06-01 11:32:52

Abstract

This second part of the course on Inverse Theory provides an introduction to the numerical solution of large-scale inverse problems. Specific examples are drawn from different areas of geophysics and image processing. Students solve various model problems using Jupyter notebooks, and familiarize themselves with relevant open-source libraries.

Objective

This course provides numerical tools and recipes to solve (non)-linear inverse problems arising in nearly all fields of science and engineering. After successful completion of the class, the students will have a thorough understanding of suitable solution algorithms, common challenges and possible mitigations to infer parameters that govern large-scale physical systems from sparse data measurements. Prerequisites for this course are (i) 651-4096-00L Inverse Theory: Basics, (ii) basic programming skills.

Content

The class discusses several important concepts to solve (non)-linear inverse problems and demonstrates how to apply them to real-world data applications. All sessions are split into a lecture part in the first half, followed by tutorials using Jupyter notebooks in the second. The range of covered topics include: 1. Regularization filters and image deblurring 2. Travel-time tomography 3. Line-search methods 4. Adjoint methods and time reversal 5. Full-waveform inversion 6. Uncertainty quantification and (Hamiltonian) Monte Carlo method

Resources

Lecture Notes

Presentation slides and some background material will be provided.

General Information

Language: English
Levels: BSC , MSC
Frequency: Yearly recurring

Examination

Type: graded semester performance

Reports on 5 out of 6 projects

Course Components

Type	Title	Time & Place	Hours
lecture with exercise	Inverse Theory II: Applications	Wed 08:15-12:00 (NO F 11)	28 h semesterly

Offered In

Rechnergestützte Wissenschaften Bachelor
- Vertiefungsgebiete
  - Geophysik (Empfohlene Kombinationen: Fach 1 + Fach 2 Fach 1 + Fach 3 Fach 2 + Fach 3 Fach 3 + Fach 4 Fach 5 + Fach 6 + Fach 8 Fach 4 + Fach 5 Fach 7 + Fach 8)
    - Geophysik: Fach 7
Rechnergestützte Wissenschaften Master
- Vertiefungsgebiete
  - Geophysik (Empfohlene Kombinationen: Fach 2 + Fach 5 + Fach 6 + Fach 7 Fach 2 + Fach 4 + Fach 5 + Fach 6 + Fach 8 Fach 2 + Fach 5 + Fach 6 + (Fach 1 oder Fach 3))
    - Geophysik: Fach 7
Applied Geophysics Master
- Period ETHZ
Erdwissenschaften Master
- Wahlfächer (Den Studierenden steht - in Absprache mit den zuständigen MSc-Kommission - das gesamte Lehrangebot der ETH Zürich und der Universität Zürich zur Auswahl offen.)
Physik Master
- Wahlfächer
  - Allgemeine Wahlfächer (Den Studierenden steht das gesamte Lehrangebot der ETH Zürich zur individuellen Auswahl offen - mit folgenden Einschränkungen: Lehrveranstaltungen aus den ersten beiden Studienjahren eines Bachelor-Curriculums der ETH Zürich sowie Lehrveranstaltungen aus GESS "Wissenschaft im Kontext" sind nicht als allgemeines Wahlfach anrechenbar. Die Dozierenden folgender Lehrveranstaltungen empfehlen sie ausdrücklich den Studierenden der Physik. (Für die Lehrveranstaltungen in dieser Liste können Sie die Kategorie "Allgemeine Wahlfächer" direkt in myStudies zuordnen. Für die Kategoriezuordnung anderer zugelassener Lehrveranstaltungen lassen Sie bei der Prüfungsanmeldung "keine Kategorie" ausgewählt und wenden Sie sich nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat ( ).))