Сделай Сам Свою Работу на 5

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:

· удобный многооконный графический интерфейс;



· гибкий и выразительный встроенный язык программирования, позволяющий определять новые объекты и функции, писать программы и пакеты и управлять свойствами интерфейса;

· богатый набор встроенных функций и уже готовых специализированных пакетов;

· удобную справочную систему, содержащую всю необходимую документацию;

· средства связи с внешними приложениями и библиотеками программ.

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:

· в любом доступном месте текущего документа помещать текст, математические конструкции, графические объекты, рисунки, диаграммы, схемы и т.д.;

· легко вводить графические объекты и достаточно сложные математические конструкции, помещая их на свободные места экрана;

· редактировать текст, графический объект, математические конструкции, а также текущий документ в целом;

· вводить по мере необходимости функции, управляющие выполнением текущего документа и многими основными ресурсами ПК;

· выводить копию всего или части текущего документа на принтер, плоттер или в дисковый файл, а также передавать объекты через буфер обмена в другие прикладные системы;



· изменять глобальные или локальные форматы результатов вычислений и/или графические объекты текущего документа, а также основные характеристики пакета;

· запрашивать выполнение функций систем Ms Dos или Windows;

· импортировать объекты из других прикладных систем в широком диапазоне их форматов;

· обеспечивать связь с целым рядом популярных прикладных систем на уровне функциональных средств и/или данных (Mathlink-протокол).

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:

· Optica: линзы, призмы, зеркала, световоды, лазеры и все необходимое для конструирования и анализа оптических систем, от телескопа до спектроскопической установки.

· Scientific Astonomer: карты неба с 9000 звезд, орбиты планет и комет, затмения, поверхности Луны и Марса, Красное Пятно Юпитера, луны Сатурна и все астрономические вычисления.

· Dinamic Visualizer: сложную нелинейную динамику легче понять, если посмотреть на цветную 3D-картинку.

· Conix 3D Explorer: просто Open GL плюс Mathematica.

· Technical Trader, Finance Essentials и Mathematica in Finance: торговать надо с умом, а деньги счет любят.

· Geometrica

· MathTensor:для самых высококвалифицированных геометров и гравитационистов.

· MathLink for Excelи то же дляMS Word:чтобы работать с Mathematica изнутри продуктов Microsoft.

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.

 

 

Интерфейс пакета

Графический интерфейс пакета выглядит следующим образом. Сверху – горизонтальное окно меню, включающее следующие пункты:

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.