Реферат: Система Mathematica 4
Министерство образования и науки Российской Федерации
Хабаровский государственный педагогический университет
РЕФЕРАТ
на тему:
«Система MATHEMATICA 4»
Выполнил: студент 233 гр. ИМФиИТ
Лагойко Евгений
Проверил преподаватель:
Ершов Николай Егорович
г. Хабаровск
2004 г.
Содержание.
I. Введение..................................................3
II. Основная часть
1. Система Mathematica 4...................................................4
2. Строка меню и окно редактора документа..................................5
3. Палитры математических операций и функций...............................7
4. Особенности интерфейса Mathematica 4....................................8
5. Работа с файлами........................................................9
6. Меню File..............................................................11
7. Основные классы данных.................................................13
8. Функции компьютерной алгебры...........................................14
9. Операции математического анализа.......................................17
10. Двумерная графика........................................................20
11. Трехмерная графика........................................................23
12. Методы программирования...................................................27
III. Заключение...................................................30
IV. Список использованной литературы...............................32
I. Введение
Зарождение и развитие систем компьютерной алгебры
У истоков рождения систем компьютерной алгебры
Эру создания компьютерной символьной математики принято отсчитывать с начала
60-х годов. Именно тогда в вычислительной технике возникла новая ветвь
компьютерной математики, не совсем точно, но зато броско названная
компьютерной алгеброй. Речь шла о возможности создания компьютерных систем,
способных осуществлять типовые алгебраические преобразования: подстановки в
выражениях, упрощение выражений, операции со степенными многочленами
(полиномами), решение линейных и нелинейных уравнений и их систем, вычисление
их корней и т. д. При этом предполагалась возможность получения аналитических
(символьных) результатов везде, где это только возможно.
К сожалению, книги по этому направлению были способны лишь отпугнуть обычного
читателя и пользователя компьютера от изучения возможностей компьютерной
алгебры в силу перенасыщенности их узкоспециальным теоретическим материалом и
весьма специфического языка описания. Материал таких книг, возможно,
интересен математикам, занимающимся разработкой систем компьютерной алгебры,
но отнюдь не основной массе их пользователей.
Большинство же пользователей заинтересовано в том, чтобы правильно выполнить
конкретные аналитические преобразования, вычислить в символьном виде
производную или первообразную заданной функции, разложить ее в ряд Тейлора
или Фурье, провести аппроксимацию и т. д., а вовсе не в детальном и сложном
математическом и логическом описании того, как это делается компьютером (или,
точнее, его программистом). Здесь та же ситуация, что и с телевизором,
радиоприемником или факсом: большинство из нас пользуются этими аппаратами,
вовсе не интересуясь тем, как именно они выполняют свои довольно сложные
функции.
Это тем более важно в связи с тем, что предметные области, представляющие
интерес для пользователя (будь он математик, физик, биолог или химик),
перегружены своим собственным математическим аппаратом. Словом, большинству
пользователей нужны системы компьютерной алгебры в качестве простого и удобного
инструмента >для работы, а не в виде сборища головоломок и ребусов,
требующих массы времени на разгадку их таинств.
Поняв эту истину, многие западные фирмы приступили к созданию компьютерных
систем символьной математики, ориентированных на широкие круги пользователей,
не являющихся профессионалами в компьютерной алгебре. Учитывая невероятно
большую сложность автоматизации решения задач в аналитическом виде (число
математических преобразований и соотношений весьма велико, и некоторые из них
неоднозначны в истолковании), первые подобные системы удалось создать лишь
для больших ЭВМ. Но затем появились и системы, доступные для мини-ЭВМ.
Заметное развитие получили языки программирования для символьных вычислений
Reduce, система muMath для малых ЭВМ, а в дальнейшем — интегрированные
системы символьной математики для персональных компьютеров: Derive, MathCAD,
Mathematica, Maple V и др.
В бывшем СССР большой вклад в развитие систем символьной математики внесла
школа покойного академика Глушкова. В конце 70-х годов были созданы малые
инженерные ЭВМ класса «Мир», способные выполнять аналитические вычисления
даже на аппаратном уровне. Был разработан и успешно применялся язык
символьных вычислений «Аналитик». Эти работы отчасти предвосхитили развитие
систем символьной математики. К огромному сожалению, они появились слишком
рано для своего времени и не соответствовали «генеральной линии» развития
советской вычислительной техники в те годы. Уклон в сторону развития больших
ЭВМ серии ЕС, навязанный в СССР компьютерными чиновниками, отодвинул
компьютеры «Мир» на задний план, а затем этот класс компьютеров просто
прекратил свое существование и развитие.
К сожалению, в отрыве от мировой науки и серьезных источников финансирования
наши работы (за исключением некоторых теоретических) в области компьютерной
алгебры оказались малоэффективными — отечественных систем компьютерной
алгебры для персональных компьютеров, доведенных до серийного производства и
мировой известности, так и не было создано (впрочем, как и
конкурентоспособных ПК на нашей элементной базе). Зато множество наших
специалистов — как математиков, так и программистов — эмигрировали на Запад и
приняли участие, порой весьма серьезное, в разработке западных систем
символьной математики. В том числе и систем класса Mathematica.
Стоимость серийных СКМ все еще чрезмерно велика для большинства наших
пользователей. Поэтому не случайно, что (за редчайшим исключением) наши
пользователи используют такие системы, распространяемые на CD-ROM
сомнительного происхождения. Однако программные продукты на таких CD-ROM
поступают без документации, а порой даже в неполном и неполноценном виде, что
затрудняет их серьезное применение.
II. Основная часть
1. Система Mathematica 4
Ожидалось, что, как и предшествующие реализации 1 и 2, система Mathematica 3
даст начало многолетнему марафону постепенного усовершенствования этой
системы. Но вопреки этому фирма Wolfram совершила довольно неожиданный для
нее шаг — не успели пользователи разобраться с многими новациями Mathematica
3, как в июне 1999 г. на рынок была выпущена новейшая реализация системы —
Mathematica 4. При этом имеющиеся данные свидетельствуют о коренном
пересмотре базовых концепций, заложенных в систему. Видимо, роль в этом
сыграло приближение 2000 года.
Новая система получила развитие прежде всего как система для быстрых и
объемных численных вычислений при сохранении всего ее могущества в области
символьной математики. Значительно повышена скорость основных численных
вычислений и операций с произвольной разрядностью. Улучшена плотность
упаковки массивов, введен ряд новых встроенных функций. Повышена скорость
работы пользовательского интерфейса, он стал более удобным. Чего стоит, к
примеру, такая мелочь, как изменение цвета элементов выражений в ходе их
ввода — это облегчает устранение ошибок при вводе сложных выражений.
Теперь уже окончательно ясно — разработчики системы продолжают интенсивно
работать над ней и превратили Mathematica 4 в мощную универсальную СКМ. И
первые данные о новой версии системы, которые читатель найдет в этой книге,
ясно говорят о том, что разработчики систем этого класса отнюдь не намерены
уступать первенство в создании наиболее сложных и продвинутых систем
компьютерной алгебры. Возможности новой системы весьма впечатляют!
Важно отметить, что весьма обширные новые возможности Mathematica 4 относятся
почти исключительно к количественным показателям системы и никоим образом не
влияют на статический вид интерфейса систем (в сравнении с Mathematica 3) и
на вид готовящихся документов-блокнотов (notebooks). Поэтому в дальнейшем мы
под системой Mathematica будем иметь в виду одновременно обе версии — ставшую
у нас хорошо известной Mathematica 3 и новейшую Mathematica 4. Указание на
конкретную версию будет делаться только в том случае, если описываются ее
специфические возможности. Многочисленные внутренние отличия системы
Mathematica 4 от Mathematica 3 будут рассмотрены по ходу дела.
2. Строка меню и окно редактирования документов
До сих пор разработчики пользовательского интерфейса математических систем по
существу копировали стандартный интерфейс программ из комплекса Microsoft
Office 95/97, в частности, самого популярного текстового процессора Word
95/97. Разработчики интерфейса пользователя систем Mathematica 3/4 отошли от
этой традиции.
Нетрудно заметить, что пользовательский интерфейс систем Mathematica 3/4
реализует отдельный вывод своих элементов — окон (включая основное окно
редактирования), панелей, палитр знаков и т. д. Это позволяет располагать их
в любых местах экрана, что особенно удобно при работе с дисплеями, имеющими
большой размер изображения — от 17 дюймов по диагонали и выше. При работе с
дисплеями, имеющими небольшой экран (14 или 15 дюймов) и стандартном
разрешении 640x480 пикселей раздельный вывод элементов интерфейса скорее
неудобен, поскольку приходится тщательно располагать их в нужных местах и
индивидуально подстраивать размеры отдельных окон и палитр. Однако после
настройки элементы интерфейса выводятся в том виде, как это было задано.
Главное окно системы имеет крайне невзрачный вид, поскольку не содержит
ничего, кроме строки заголовка и строки меню.
Справа и снизу большого окна редактирования находятся линейки прокрутки с
характерными ползунками, управляемыми мышью. Они предназначены для скроллинга
текстов больших документов, если последние не помещаются в видимой части
окна. Положение ползунка приближенно указывает место в документе, которое в
данный момент отображается на экране.
В самом низу в начале линейки прокрутки имеется строка состояния (Status bar)
с информацией о текущем режиме работы. Эта информация (если она есть в данный
момент) полезна для оперативного контроля в ходе работы с системой.
Рис.1 Главное окно системы Mathematica 4.
Главное меню системы содержит следующие позиции:
Файл (File) — работа с файлами: создание нового файла, выбор файла из
каталога, закрытие файла, запись текущего файла, запись файла с изменением
имени, печать документа и завершение работы;
Редактировать (Edit) — основные операции редактирования (отмена операции,
копирование выделенных участков документа в буфер с их удалением и без
удаления, перенос выделенных участков, их стирание);
Ячейка (Cell) — работа с ячейками (объединение и разъединение ячеек,
установка статуса ячейки, открытие и закрытие);
Формат (Format) — управление форматом документов;
Ввод (Input) — задание элементов ввода (графиков, матриц, гиперссылок и т. д.);
Ядро (Kernel) — управление ядром системы;
Найти (Find) — поиск заданных данных;
Окно (Window) — операции с окнами и их расположением;
Помощь (Help) — управление справочной системой.
Часть команд может быть в данный момент невыполнима — например, нельзя
вычислить значение выражения, если его самого нет в окне редактирования или
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|