Основы информатики и вычислительной техники
Скачать 456.64 Kb.
|
Вопросы для самоконтроля
2. Пакет Mathematica 2.1. Общая характеристика пакета Для решения разнообразных задач математического характера существует достаточное количество прикладных систем различного уровня и назначения. Среди этих средств особо выделяется многофункциональный интегрированный пакет Mathematica, продукт компании Wolfram Research, позволяющий эффективно оперировать с различного рода алгебраическими и численными вычислениями, текстовой, графической и изобразительной информацией, а также multimedia-расширениями, поддерживаемыми средой Windows и ресурсами самого ПК. Возможности пакета позволяют не только описывать вычислительный алгоритм задачи и выполнять его, но и оформлять полученные результаты на хорошем уровне. Mathematica в целом интерпретатор, но она имеет и встроенный компилятор, который заметно ускоряет вычисления. Mathematica считается одной из самых сложных систем программного обеспечения в мире. Она создана в 1988г. Компания Wolfram Research, создавшая и развивающая Mathematica, обеспечивает многоплатформость этой программы на более чем 20 типах компьютерных систем: Windows 95/NT, Macintosh, SunSPARG, DEC Alhpa, HP PA-RISC, Silicon Graaphics, IBM RISC, Linux, NextStep, OS/2 и т.д. Пакет Mathematica имеет:
Ядро программы базируется на быстрых и мощных математических алгоритмах. Интерфейс поддерживают на экране и на печати привычные двумерные математические обозначения со степенями, индексами, дробями, радикалами, графическими и готическими буквами, иероглифами, цветом и всеми возможностями форматирования текста, формул и графики, анимацию со звуком. Представляя в среде пакета Mathematica вычислительный алгоритм и поясняющее его описание, пользователь формирует документ, который можно затем сохранять для последующего использования, выполнять полностью либо его отдельные части (секции). Возможности пакета позволяют исследователю работать в его среде с проблемой подобно тому, как он это делает за своим рабочим столом. В дальнейшем полученный документ можно модифицировать как в его вычислительной части, так и в части, имеющейся в нем текстовой, графической и иллюстративной информации. При этом, допускается включать в документ чертежи и рисунки, полученные в среде ряда известных пакетов. Готовый документ может быть выведен на экран дисплея, принтер и/или плоттер, или сохранен в дисковом файле. В английской терминологии документ определяется как Notebook (записная книжка), у нас – термин Math-документ. Главные характеристики пакета можно разбить на следующие группы: интерфейс с пользователем, вычислительные возможности, работа с графо-текстовой информацией, multimedia-возможности. В процессе общения с пакетом в интерактивном режиме пользователь получает следующие основные возможности:
2.2. Достоинства пакета Многие специалисты в своей работе производят вычисления трех типов: численные, графические и символьные (или алгебраические). Mathematica - универсальная программа для выполнения вычислений всех вышеперечисленных типов. В Mathematica тип переменных не оговаривается, то есть она – нетипированная система. Для нее 1.5 – число с машинной точностью, однако 3/2, 1000!, Sqrt[2], Pi – это абсолютно точные числа, вычисляемые по требованию с произвольной точностью. В отношении эффективности вычислительных алгоритмов Mathematica не имеет себе равных. Многие алгоритмы ядра написаны вручную, другие сгенерированы компьютерно – самой Mathematica. В основе алгоритмов лежат формулы, которые, обеспечивая достаточную точность, должны быть предельно короткими. Эти оптимальные формулы вывела для себя сама Mathematica, затратив на некоторые из них месяцы вычислений. Например, на численное определение собственных значений случайной матрицы размером 50х50 она тратит 1 секунду, ее конкурентка – программа Maple – более 6 минут. У Mathematica свой собственный простой и логичный язык программирования – мощный, гибкий, выразительный и ни на что не похожий, который набирает популярность. Этот научно-ориентированный язык способен стать стандартом де-факто – Фортраном XXI века. В нем чрезвычайно продуманно используются большие буквы, три типа скобок, знаки пунктуации, несколько типов присваивания. Он поддерживает много парадигм программирования: процедурную, функциональную, объектно-ориентированную, а еще – list-based, rule-based, string-based и mixed. На языке Mathematica можно выразить любую проблему из любой математизированной области науки и техники и при этом получить работающую программу. Исходный код Mathematica написан на комбинации СИ и собственного языка Mathematica. Нужно особо подчеркнуть, что исходный код ядра Mathematica с точностью до доли процента един для всех типов компьютерных систем, на которых работает эта программа. Help в Mathematica назван Help Browser. В нем исчерпывающий предметный указатель, полный список встроенных функций с примерами и ссылками, описание стандартных пакетов, красивое введение для начинающих, дополнительная системно-зависимая информация. В ее бумажном варианте 1400 страниц. Все содержимое Help’a выполнено в виде электронных документов средствами интерфейса программы. Но главное – книга Стивена Уолфрема “The MathematicaBook” об этой программе. Если просмотреть имена более 1000 встроенных функций Mathematica и названия ее алгоритмов, то можно встретить известные фамилии. Эратосфен и Чебышев, Ньютон и Эйлер, Риман и Гаусс, Коши и Бессель… Они, как и многие тысячи других именитых и безымянных математиков, никогда не работали в Wolfram Research. Однако при каждой загрузке Mathematica Kernel их бессмертные открытия перетекают из винчестера в ОЗУ и превращают компьютер в математического гения. Mathematica использует модель вычислений клиент-сервер. В пакете Mathematica имеется несколько десятков прикладных пакетов, составляющих The Mathematica Applications Library. Эти пакеты пишутся как специалистами Wolfram Research, так и сторонними производителями при поддержке компании. Каждый пакет существенно расширяет набор ее встроенных функций и изменяет свойства интерфейса таким образом, чтобы наиболее полно соответствовать потребностям конкретной группы пользователей. Основные из них:
В своей последней версии Mathematica уже переросла ожидания большинства пользователей. Но компания Wolfram Research, создавшая и развивающая эту программу, на достигнутом не останавливается. Она гордится тем, что ее Mathematica работала на орбитальной станции «Мир», исправляла ошибки в учебниках экономики или конструировала велодром для Олимпиады 96 – чемпионы и не догадывались, что носятся по интегралам Френеля. Точно так же человек, покупающий шампунь в бутылке замысловатой формы или рубашку с загадочным сюрреалистическим рисунком, не догадывается ни о том, что форму и рисунок сгенерировала Mathematica, ни о том, насколько весь окружающий его мир пропитан математикой. Математику не сделали в Wolfram Research, так как такое не по силам двум сотням людей. В этой компании берут уже готовую математику – плод многотысячелетних усилий лучших умов человечества – и превращает ее в компьютерную программу. Все достаточно сложное содержит ошибки. Природа пишет и тестирует генетический код человека уже 3,5 млрд лет и что же? Потому и в Mathematica есть ошибки и всегда будут. Но компания Wolfram Research к надежности своего детища относится очень серьезно. Особо тщательно тестируется ядро программы. В основном это делается автоматизированной системой, написанной на языке Mathematica. 2.3. Интерфейс пакета Графический интерфейс пакета выглядит следующим образом. Сверху – горизонтальное окно меню, включающее следующие пункты: File Edit Cell Format Input Kernel Find Window Help Слева – пустое окно нового документа с именем по умолчанию Untitled-1. Это Math-документ. Справа – узкое вертикальное окно палитры BasicInput (рис.1). Щелкая мышкой по кнопкам палитры, можно вводить в документ греческие, готические и прочие буквы, длинные команды, матрицы, суммы, интегралы, стрелки, тильды, индексы, степени, радикалы и т.д. – всего 700 символов. Math-документ – это электронный документ, поддерживающий на экране и на печати текст, формулы и графику (2D и 3D) с цветом, массой шрифтов и символов, привычной двухмерностью математических обозначений Math-документ – это и файл *.nb в стандартной 7-битной кодировке и потому пригодный для передачи по любым каналам связи, и мощное средство подготовки научных статей, лекций, книг и презентаций. Math-документ – это интерфейс Mathematica, обеспечивающий удобное общение человека с ядром программы, с “Kernel”, где собственно, и заключены вычислительные мощности Math-документа.
Рис.1. Интерфейс пакета Mathematica 2.4. О тех, кто делает пакет Mathematica Концепцию программы Mathematica, ее дизайн и язык предложил в 1986 году 27-летний Стивен Уолфрэм (Stephen Wolfram). С тех пор более тысячи человеко-лет ушло на разработку кода Mathematica, столько же – на ее тестирование. В 1988 году вышла Mathematica 1.0. Объем исходного кода ее ядра составлял 150000 строк. Версия 2.0, вышедшая в 1991 году имела исходное ядро объемом 350000 строк. Версия 3.0 вышла в 1996 году. Требования Mathematica на всех платформах: достаточно 130 Mb на винчестере для полной инсталляции, а рекомендуемый объем ОЗУ – 32 Mb. В настоящее время уже эксплуатируется версия 4.0. Компания Wolfram Research, выпускающая Mathematica, располагается в небольшом городе Шампейн штата Иллинойс и имеет европейское отделение в Оксфоршире (Англия) и азиатское в Токио. Она была основана в 1987 году Стивеном Уолфрэмом, остающимся ее бессменным руководителем. Уолфрэм родился в 1959г., получил элитарное образование, физик-теоретик. Первую научную статью опубликовал в 15 лет. Разработку Mathematica Уолфрэм начал в конце 1986г. Специалисты сразу полюбили эту программу, объединившую в себе средства для всех типов вычислений вместе с удобным и ясным языком программирования. Вышедшая в 1991 году 2-я версия Mathematica расширила вычислительное ядро и добавила графический интерфейс. А в 3-й версии компания проделала огромную работу по модификации почти всех алгоритмов ядра и полному обновлению интерфейса. Что же делают более 200 человек, работающих в Wolfram Research? Системные администраторы поддерживают работу 550 компьютеров, от ноутбуков до рабочих станций, необходимых для развития Mathematica и ее тестирования на более чем 20 платформах. Библиотекари просматривают публикации в поисках новых математических алгоритмов. Группа разработчиков алгоритмов берет все лучшее созданное человеком в математике и превращает его в товар. Пишет и модифицирует код Mathematica и основанных на ней продуктов, совершенствует интерфейс, а также участвует в презентациях, лекциях и конференциях. Эти же люди анализируют и устраняют дефекты собственного производства, на которые им указывают как штатные тестеры, так и пользователи через группу поддержки. Технические писатели, корректоры и графические дизайнеры работают над оформлением технической документации. Штат поддержки сторонних разработчиков пишет прикладные пакеты и учебные курсы, основанные на Mathematicа, и книги о ней. Их уже более чем полторы сотни на 20 языках. Всего же производственный и торговый персонал компании имеет дело с более чем 300 инвентарными наименованиями. | |||||||||||||||
Похожие:
 | Пояснительная записка в настоящее время целью изучения курса «Основы... Данная рабочая программа разработана на основе следующих нормативных документов | | Учитель математики, информатики и вычислительной техники Образование высшее Стаж работы Урок Правила техники безопасности. Повторение курса 8 класса (двоичная система) |
| Программа дисциплины Современные проблемы информатики и вычислительной... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 09.... | | Информатика и вычислительная техника Аналитический обзор по курсу «Современные проблемы информатики и вычислительной техники» |
 | «Информационные системы» Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры информатики, вычислительной техники и методики обучения информатике | | «Компьютерное моделирование» Составитель: Подчиненов И. Е., кандидат физико-математических наук, с н с, профессор кафедры информатики и вычислительной техники... |
| «Практикум по решению задач на эвм» Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры информатики, вычислительной техники и методики обучения информатике | | Размеры шрифтов для оформления рефератОВ Борисоглебский техникум информатики и вычислительной техники шрифт Times New Roman, размер 14, жирный, с заглавной буквы |
| Рефератов по дисциплине «основы микроэлектроники и вычислительной техники» История развития микропроцессоров (от создания первого мп до настоящего времени) | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тб в кабинете информатики. История развития вычислительной техники. Практическая работа №1. 1 «Виртуальные компьютерные музеи» |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Инструктаж по технике безопасности и правилам поведениям в кабинете информатики. История развития вычислительной техники | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Введение в предмет. Правила поведения в кабинете информатики. История развития вычислительной техники | | И. П. Гиривенко к т. н., доцент, зав кафедрой информатики и вычислительной... Цели: 1 продолжить знакомство с героями поэмы «Полтава»; познакомиться с изображением Полтавской битвы в поэме |
| Факультет математики и информационных технологий Кафедра информатики и вычислительной техники Познакомить учащихся с планетами Солнечной системы, сформировать представление о них и о том, отчего на Земле сменяются день, ночь,... | | Вопросы для подготовки к экзамену ... |
