|
Реферат: MachCAD Знакомство с неизвестной программой (интерфейс программы) (Программирование)
ТОЛЬЯТТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СЕРВИСА
Кафедра «Информатика и вычислительная техника».
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине «Информатика».
На тему: « MathCad. Знакомство с неизвестной программой.
Интерфейс программы.»
Выполнил студент гр.
Battman
Шифр №
Проверил: преподаватель
Тольятти
2004г.
СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ 3
НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ 4
ОСНОВНЫЕ МЕНЮ СИСТЕМЫ 5
ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ 7
ВЫЧИСЛЕНИЯ В MATHCAD 8
Идентификаторы 8
Операторы и функции системы MathCAD 9
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ 11
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 12
ВВЕДЕНИЕ
MATHCAD - универсальный математический пакет, предназначенный для
выполнения инженерных и научных расчетов. Основное преимущество пакета -
естественный математический язык, на котором формируются решаемые задачи.
Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятого
математического языка позволяет пользователю получить готовый итоговый
документ. Пакет обладает широкими графическими возможностями, расширяемыми
от версии к версии. Практическое применение пакета существенно повышает
эффективность интеллектуального труда.
От других продуктов аналогичного назначения MATHCAD отличается
ориентация на создание высококачественных документов (докладов, отчетов,
статей) в режиме WYSIWYG (What You See Is What You Get). Это означает, что,
внося изменения, пользователь немедленно видит их результаты и в любой
момент может распечатать документ во всем блеске. Работа с пакетом за
экраном компьютера практически совпадает с работой на бумаге с одной лишь
разницей - она более эффективна. Преимущества MATHCAD состоит в том, что
он не только позволяет провести необходимые расчеты, но и оформить свою
работу с помощью графиков, рисунков, таблиц и математических формул. А эта
часть работы является наиболее рутинной и мало творческой, к тому же она и
время емкая и малоприятная.
Для тех, кто работает в группах, предусмотрены средства коллективной
работы. Возможна поддержка связи с удаленными пользователями по электронной
почте: рабочее пространство в стандартном формате, как и электронное
сообщение, можно пересылать непосредственно из программы. Так же при
интеграции с информационной системой World Wide Web, позволяющая
экспортировать и импортировать рабочие документы в Internet, просматривать
по WWW- сообщения и осуществлять гипертекстовые переходы для доступа к
информации.
НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
MathCAD является интегрированной системой программирования,
ориентированной на проведение математических и инженерно-технических
расчетов.
Система MathCAD содержит текстовый редактор, вычислитель и графический
процессор.
Текстовый редактор - служит для ввода и редактирования текстов. Тексты
являются комментарии и входящие в них математические выражения не
выполняются. Текст может состоять из слов, математических выражений и
формул, спецзнаков. Отличительная черта системы - использование
общепринятой в математике символики (деление, умножение, квадратный
корень).
Вычислитель - обеспечивает вычисление по сложным математических
формулам, имеет большой набор встроенных математических функций, позволяет
вычислять ряды, суммы, произведения, определенный интеграл, производные,
работать с комплексными числами, решать линейные и нелинейные уравнения,
проводить минимизацию функции, выполнять векторные и матричные операции и
т.д.. Легко можно менять разрядность чисел и погрешность интеграционных
методов.
Графический процессор - служит для создания графиков. Он сочетает
простоту общения с пользователем с большими возможностями графических
средств. Графика ориентирована на решение типичных математических задач.
Возможно быстрое изменение размеров графиков, наложение их на текстовые
надписи и перемещение их в любое место документа. MathCAD автоматически
поддерживает работу с математическим процессором. Последний заметно
повышает скорость расчетов и вывода графиков, что существенно в связи с
тем, что MathCAD всегда работает в графическом режиме. Это связано с тем,
что только в этом режиме можно формировать на экране специальные
математические символы и одновременно применять их вместе с графиками и
текстом. MathCAD поддерживает работу со многими типами принтеров, а так же
с плоттерами.
MathCAD - система универсальная, т.е. она может использоваться в любой
области науки и техники, везде, где применяются математические методы.
Запись команд в системе MathCAD на языке, очень близком к стандартному
языку математических расчетов, упрощает постановку и решение задач.
ОСНОВНЫЕ МЕНЮ СИСТЕМЫ
Основное меню содержит следующие позиции:
File, Edit, Window, Help – эти группы команд стандартны для всех windows-
приложений, на них останавливаться не будем.
View - Наряду со стандартными пунктами имеются команды «Animate» и
«Playback» позволяющие создавать и проигрывать анимации.
В пункте «Preferences» можно задать параметры подключения программы к
интернет и настройки проверки правописания (только английский язык)
Insert - группа команд по управлению вставкой в документ различных
объектов.
Graph – позволяет вставлять в документ графики в 2-х, 3-х, и полярной
системах координат
Matrix - позволяет вставлять в документ числовой массив
Function - позволяет вставлять в документ функции (причем как обычные
математические – синус, косинус, так и специфические матсадовские –
работа в изображиниями например)
Unit - позволяет вставлять в документ единицы измерения (метры, градусы
и т.п.)
Picture - позволяет вставлять в документ картинки
Math Region/Text Region - позволяет помечать: где вводятся просто текст,
а где – формулы
Page Break - позволяет вставлять в документ принудительный переход на
следующую страницу
Hyperlink - позволяет вставлять в документ гиперссылку
Reference - позволяет вставлять в документ ссылку на другой файл
Component - позволяет вставлять в документ другой файл из расчетных
программ Например из Excel-я, из MathLab.
Object - позволяет вставлять в документ вообще любой файл, например
Flash.
Format - группа команд по форматированию документа
Команды задают шрифт, цвет, единицы измерение, отступы для Equation
– математических формул;
Results – результатов;
Text – текста;
Paragraph – параграфа;
Tabs – табуляции;
Properties – выделенного объекта;
Graph – формат графиков;
Color – цветовые настройки;
Separate regions/Align regions – разбиение и выравнивание областей
Area – блокировка/разблокировка области
Headers/Footers – заголовок и «подвал» страницы
Repaginate now – переразбить страницы
Math - группа команд по калькуляции формул
Calculate – вычислить выражение;
Calculate Worksheet – вычислить все на листе;
Automatic Calculation – автоматическое вычисление;
Options – точность вычислений;
Symbolics - группа команд для алгебраических вычислений
Evaluate – вычислить (алгебраически/с плав. точкой/комплексные
числа);
Simplify – упростить;
Variable, Matrix – работа с переменными и матрицами;
ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ
Математический интерпретатор системы - наиболее интересная её часть.
Математические формулы, подлежащие интерпретации, записываются в
общепринятом виде. Например, вычисление квадратного корня из двух в системе
MathCAD задаётся как (2 =, а не в виде PRINT SQR (2) , как это делается,
скажем, на Бейсике. Для ввода формул используются шаблоны, вводимые
определёнными комбинациями клавиш. Имеется возможность изменения формата
представления чисел, например числа знаков после разделительной точки,
погрешности вычислений и обозначения мнимой единицы (i на j и наоборот)
при операциях с комплексными числами.
В MathCAD предусмотрены средства для решения нелинейных уравнений, не
имеющих аналитических решений. Так , функция root (f(x,y,z,),x) ищет
значение переменной x, при котором f(x,y,z) = 0. Более сложные вычисления
(решение систем нелинейных уравнений, минимизация функций нескольких
переменных и др.) обеспечиваются организацией вычислительного блока,
открываемого словом Given.
Специалистов в электротехнике и радиотехнике наверняка привлечёт
способность системы MathCAD выполнять все предусмотренные в ней вычисления
как с действительными, так и с комплексными числами.
В MathCAD введён функционально полный набор векторных и матричных
операций. Это существенно облегчает решение задач линейной алгебры. В
качестве примера в документе 3 даётся решение системы линейных уравнений с
комплексными коэффициентами, в ходе которого производится обращение
комплексной матрицы. К таким уравнениям приводит анализ электрических и
электронных цепей на переменном токе.
Есть средства линейной и сплайн-интерполяции и экстраполяции данных.
Линейная интерполяция графически означает просто соединение узловых точек
графика отрезками прямых. В отличии от неё сплайн-интерполяция напоминает
соединение этих точек с помощью гибкой линейки. Строго математически это
означает проведение через каждые три точки линии, описываемой кубическим
полиномом. При этом во всех стыкуемых точках обеспечивается непрерывность
как первой , так и второй производной каждого из полиномов. Сплайн-
интерполяция - это мощное средство представления данных, заданных небольшим
числом узловых точек.
ВЫЧИСЛЕНИЯ В MATHCAD
Понятия используемые в MathCAD: переменная, константа, системная
переменная, функция, оператор.
Задание переменных с пределами изменения, что дает возможность
проведения циклических вычислений. Целоисчисленная переменная, меняющаяся с
шагом 1 от значения Start до значения End, задается следующим образом:
Name: Start;End что дает Name:= Start..End
Идентификаторы
Алфавит системы MathCAD строчные и прописные латинские буквы, арабские
цифры, ряд греческих букв и специальных знаков. С их помощью задаются имена
встроенных функций и операторы и идентификаторы. Идентификаторы должны
начинаться с буквы и их имена должны быть уникальны. (qwerty, resultat –
можно; 1u, sin, альфа - нельзя)
Греческие буквы вводятся нажатием клавиши Alt и некоторых латинских
букв.
Константы - это тип данных, имеющие неизменное значение во всей программе.
В системе имеется только один тип констант - числовые. К числовым
константам могут относится и предварительно определенные переменные
(системные переменные):
( = 3.14159 (
е = 2.71823 основание натурального логарифма
( = 10 (бесконечность(
( = 0.01 процент
TOL = 0.001 погрешность численных методов
ORIGIN = 0 нижняя граница индексации массивов
Значения их можно переопределить, но не рекомендуется.
Переменные: набирается: Х:=123
Для ввода значений переменных Х =. Форма вывода зависит от
установленного пользователем формата вывода. Он может быть глобальным, то
есть относится ко всей программе, может быть локальным, то есть действовать
в ограниченной области.
Глобальный формат
RADIX = d - тип используемых чисел (d - десятичные).
PRECISION DISPLAYED = 4 - количество знаков после запятой.
EXPONENTIAL THRESHOLD = 6 - граница представления чисел в
экспоненциальной форме.
IMARGINARY SYMBOL = i - обозначение для мнимой единицы.
ZERO TOLERANCE = 15 - значение машинных нулей при вычислении.
COMPLEX TOLERANCE = 15 - представление машинных нуля для комплексных чисел.
OVERALE DEFAULT - глобальная установка данных.
REVERT - возврат к исходным данным.
DONE - продолжение работы.
Для задания циклических вычислений с целоисчисленной управляющей
переменной цикла пользуйтесь следующей конструкцией:
имя переменной:=Nнач...Nкон цикл
с целой
(вводится как ;)
Если Nнач < Nкон, то шаг изменения переменной положительный, если Nнач
> Nкон, то отрицательный.
Функции. В системе имеется множество функций (тригонометрические,
гиперболические, статистические, и т.д.). функция в ответ на обращение к
ней по имени с указанием аргументов должны возвратить свое значение.
Х:=1
2+sin(Х)=2.841
Можно задать внешние функции, или функции пользователя.
(х es (Х):=exp(sin(X)) - такая функция будет вести себя как
встроенная
Операторы. Специальные знаки или слова, вызывающие определенные действия
(+, -, =, :, , ( ).
Операторы и функции системы MathCAD
Операторы в системе - это команды, выраженные в виде специальных знаков,
предназначенные для выполнения различных математических операций:
степень Х^Y ХY
факториал X! 4!=24
корень /X (9=3
абсолютное значение |x |-5|=5
нижний индекс Х[i Xi
+, -, *, / - обычным образом
суммирование членов ряда i$X (Xi
перемножение членов ряда i i#x
определенный интеграл x&f(x)
производная x?f(x)
Функции - exp(x), ln(x), log(x), cos(x) и т.д.
Суммирование членов ряда
i$х i:=1.5
Xi:=2*i
(xi=30
i
Векторными и матричными переменными в системе MathCAD, называются
переменные с заданными пределами изменения.
Можно использовать другую конструкцию:
имя переменной:=Nнач, Nслу...Nкон;
шаг в этом случае равен Nслу-Nнач
Цикл с нецелоисчисленным изменением
Пример реализации двойного цикла с вложением.
i:=1..4 - внешний цикл
k:=1..3 - внутренний
aik:=i*k
+Система MathCAD оперирует с двумя типами массивов. Первый -одномерные
массивы или векторы, второй - двумерные или матрицы.
k:=1..4 0
X: = 1
2
3
4
Yk:=exp[Xk]
1
Y:= 2 7 1
7 3 8
20 0 8
54 59
Для задания вектора Alt+M, после этого может быть введено количество
строк и столбцов.
Векторы обозначаются V, матрицы M, скалярные величины - буквой z.
z*v умножение вектора на скаляр
v1*v2 умножение двух векторов
m1+m2 сложение матриц
m1-m2 вычитание матриц
mn возведение матрицы в n-степень
mt транспортирование матрицы (обозначается как M[Alt]!)
(v сумма всех элементов вектора (обозначается как Alt+$+V)
Система имеет так же ряд функций:
length(v) количество элементов вектора
last(v) возврашает индекс последнего элемента вектора
max(v) максимальное значение
min(v) минимальное значение
rows(m) число строк матрицы
cols(m) число столбцов
tr(m) след матрицы m, сумма её диагональных элементов
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ
Пример построения двухмерной графики:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Пример построения трехмерной столбчатой диаграммы:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
MathCad 2000 содержит очень много справочных и иных вспомогательных
материалов.
Все они объединены в пункте меню «Resource Center»
Наиболее меня заинтересовали «Шаблоны решений». Так, не имея глубоких
знания программы, человек уже может решать ряд типичных задач,
например, ниже приведен пример построения простейшего двумерного
графика. Это страница-шаблон: в выделенные цветом поля мы можем
подставить свои формулы и тут же получить график, совершенно не вникая в
особенности МатКада.
[pic]
В-целом программа произвела на меня положительное впечатление, и если
когда-то придется производить вычисления, с которыми не сможет
справиться Microsoft Excel, обязательно воспользуюсь MathCad-ом.
-----------------------
Совместная работа
(выполнение коллективных проектов используя сайт программы)
Библиотека примеров решений
Ссылка на сайт программы
Поддержка пользователей и тренинговая система
Интернет-магазин
Обзор и руководства
(«Помощь» по программе + обучающая электронная книга)
Шаблоны решений и справочники
(Множество шаблонов для решения той или иной математической проблемы)
«Расширяя МатКад»
(про то как работает программа с связке в Excel, Axum, MatLab, Visio,
Lotus 1-2-3 + руководство по обработке цифровых сигналов + расчетные
примеры (механика, электричество, архитектура, физика, астрономия, химия,
финансы)
Реферат на тему: MathCad
Уральский социально-экономический институт
Академии труда и социальных отношений
Кафедра высшей математики и информатики
Реферат
Тема: « Мathcad »
Челябинск
2001г.
Содержание:
Стр.
1. Введение
3
2. Возможности системы:
3
. Состав системы MathCAD
4
. Варианты системы MathCAD 2000
5
. Особенности новых версий MathCAD.
5
3. Входной язык:
7
. Понятие о документах
7
. Особые средства оформления
8
. Работа с символами кириллицы
8
. Понятие о входном языке общения и языке реализации
MathCAD
8
. Средства повышения эффективности вычислений и их оптимизация.
10
. Средства расширения системы MathCAD.
10
4. Приёмы работы с системой MathCAD:
11
. Ввод формул
11
. Ввод текста
13
. Форматирование формул и текста
13
. Работа с матрицами
13
. Стандартные и пользовательские функции
15
. Решение уравнений и систем
16
. Построение графиков
18
. Аналитические вычисления
20
. Программирование
22
м
1.Введение
атематические и научно-технические расчеты являются важной сферой
применения персональных компьютеров. Часто они выполняются с помощью
программ , написанных на языке высокого уровня, например Бейсике или
Паскале. Сегодня эту работу нередко выполняет обычный пользователь ПК. Для
этого он вынужден изучать языки программирования и многочисленные, подчас
весьма тонкие капризные численные методы математических расчетов. Нередко
при этом из под руки способного физика, химика или инженера выходят далёкие
от совершенства программы.
Это не вполне нормальное положение может изменить к лучшему применение
интегрированных программных систем автоматизации математических расчетов
(Eureka, MathCAD, MatLab и др.). Здесь рассматриваются возможности и
эволюция одной из таких систем - MathCAD.
Фирма MathSoft Inc.(США) выпустила первую версию системы в 1986 г.
Главная отличительная особенность системы MathCAD заключается в её входном
языке, который максимально приближён к естественному математическому языку,
используемому как в трактатах по математике, так и вообще в научной
литературе. В ходе работы с системой пользователь готовит так называемые
документы. Они одновременно включают описания алгоритмов вычислений,
программы управляющие работой систем, и результат вычислений. По внешнему
виду тексты мало напоминают обычной программы.
2.Возможности системы
Mathcad —это популярная система компьютерной математики, предназначенная
для автоматизации решения массовых математических задач в самых различных
областях науки, техники и образования. Название системы происходит от двух
слов — MATHematica (математика) и CAD (Computer Aided Design — системы
автоматического проектирования, или САПР). Так что вполне правомерно
считать Mathcad математическими САПР.
Сегодня различные версии Mathcad являются математически ориентированными
универсальными системами. Помимо собственно вычислений, как численных, так
и аналитических, они позволяют с блеском решать сложные оформительские
задачи, которые с трудом даются популярным текстовым редакторам или
электронным таблицам. С помощью Mathcad можно, например, готовить статьи,
книги, диссертации, научные отчеты, дипломные и курсовые проекты не только
с качественными текстами, но и с легко осуществляемым набором самых
сложных математических формул, изысканным графическим представлением
результатов вычислений и многочисленными «живыми» примерами. А применение
библиотек и пакетов расширения обеспечивает профессиональную ориентацию
Mathcad на любую область науки, техники и образования.
К важным достоинствам новых версий Mathcad относятся настройка под любой
мало- мальски известный тип печатающих устройств, богатый набор
шрифтов, возможность использования всех инструментов Windows, прекрасная
графика и современный многооконный интерфейс. В новые версии Mathcad
включены эффективные средства оформления документов в цвете, возможность
создания анимированных (движущихся) графиков и звукового сопровождения. Тут
же текстовый, формульный и графический редакторы, объединенные с мощным
вычислительным потенциалом. Предусмотрена и возможность объединения с
другими математическими и графическими системами для решения особо сложных
задач. Отсюда и название таких систем — интегрированные системы.
Впрочем, в решении задач интеграции создатели Mathcad пошли намного дальше
— эта система обеспечивает подлинную интеграцию с целым рядом других
математических, графических и офисных систем. Для этого в нее включен
специальный системный интегратор MathConnex. Летом 1999 года выпущена
новейшая версия системы — Mathcad 2000. В ней существенно увеличено число
встроенных функций, улучшены графические возможности, повышены скорость
вычислений и удобство работы.
Состав системы Mathcad
Как интегрированная система Mathcad 2000 содержит следующие основные
компоненты:
1. Редактор документов — редактор с возможностью вставки математических
выражений, шаблонов графиков и текстовых комментариев;
2. MathConnex — системный интегратор, обеспечивающий интеграцию Mathcad с
рядом иных программных продуктов;
3. Центр ресурсов — система управления ресурсами системы;
4. Электронные книги — электронные книги с описанием типовых расчетов в
различных областях науки и техники;
5. Справочная система — система для получения справочных данных по
тематическому и индексному каталогу, а также для поиска нужных данных по
ключевому слову или фразе;
6.Быстрые шпаргалки QuickSheets — короткие примеры с минимальными
комментариями, описывающие применение всех встроенных операторов и функций
системы;
7. Броузер Интернета — собственное средство выхода в Интернет.
Системы реализуют типовые и весьма обширные возможности Windows 95/98/NT,
включая доступность множества шрифтов, работу со всеми типами принтеров,
одновременное выполнение нескольких разнохарактерных задач и (в последних
версиях) реализацию технологии обмена объектами OLE2. В режиме
редактирования возможна одновременная работа с рядом документов и перенос
объектов из одного окна в другое.
Предусмотрен также импорт любых графических изображений — от простых и
специальных графиков функций до многокрасочных репродукций художественных
произведений. Введены средства анимации рисунков и воспроизведения
видеофайлов со звуковым стереофоническим сопровождением. Это наряду с
улучшенной визуализацией сложных расчетов позволяет пользователю готовить
электронные статьи и книги высокого качества. Начиная с версии Mathcad 8.0,
было предусмотрено упрощенное построение двумерных графиков и вращение
трехмерных графиков мышью. Теперь в версию Mathcad 2000 введено упрощенное
построение и трехмерных графиков.
Особый интерес представляют встраиваемые в систему электронные книги,
содержащие справки и примеры применений системы по ряду разделов
математики, механики, физики, электротехники и радиотехники, а также по
интерфейсу системы. Справки содержат математические формулы и иллюстрации.
Можно выделить нужную справку (формулу или рисунок) и перенести ее в текст
документа. Библиотеки и пакеты расширений системы Mathcad 2000 — еще одно
мощнейшее средство расширения возможностей системы и ее профессиональной
ориентации на решение задач в различных предметных областях. Особо надо
отметить системный интегратор MathConnex. По существу это отдельное
приложение, обеспечивающее использование в составе одного документа блоков
из разных систем, например Mathcad, Excel, MATLAB и др. Интеграции
различных математических и графических систем, несомненно, принадлежит
будущее компьютерной математики, и MathConnex — хорошее начало этому.
Варианты системы Mathcad 2000
Новейшая версия Mathcad 2000 выпущена в трех основных вариантах:
1. Mathcad 2000 Standard — упрощенный вариант, удобный для большинства
пользователей и применяемый в учебных целях;
2. Mathcad 2000 Professional (или PRO) — профессиональный вариант,
ориентированный на математиков и научно-педагогических работников,
заинтересованных в автоматизации своих достаточно сложных и трудоемких
расчетов;
3. Mathcad 2000 Premium — расширенный за счет сопутствующих систем вариант,
предназначенный для профессиональных математиков и ученых.
Важно отметить, что Mathcad не только средство для решения математических
задач. Это, по существу, мощная математическая САПР, позволяющая готовить
на высочайшем полиграфическом уровне любые относящиеся к науке и технике
материалы — документацию, научные отчеты, книги и статьи, диссертации,
дипломные и курсовые проекты и т. д. При этом в них одновременно могут
присутствовать тексты сложного вида, любые математические формулы, графики
функций и различные иллюстративные материалы. Mathcad 2000 PRO позволяет
также готовить и высококачественные электронные уроки и книги с
гиперссылками. Наиболее обширными возможностями в подготовке сложных
документов с инженерными чертежами и графиками обладает версия Mathcad 2000
Premium.
Особенности новых версий Mathcad
Mathcad — бурно развивающаяся система. Ее новые версии выходят чуть ли не
ежегодно.
Уже версия Mathcad 7.0 PRO отличалась рядом принципиальных особенностей:
. отсутствие проблемы 2000;
. пользовательский интерфейс, существенно переработанный и приближенный
к интерфейсу текстового процессора Word 95/97;
. ввод новой строки в документе простым нажатием клавиши Enter (или
Ctrl+F9);
. удаление новой строки нажатием клавиши Backspace (или Ctrl+FlO);
. естественное выделение частей математических выражений мышью;
. задание в первый раз для данной переменной ее значения или значений
нажатием клавиши = (при этом на экране выводится знак присваивания :
=), при повторном использовании клавиши == для этой же переменной
выводится ее текущее значение;
. быстрое построение'(QuickPlot) графиков в Декартовых и полярных
координатах с автоматической установкой пределов изменения независимых
переменных;
. новая палитра символьной математики с расширенными операторами;
. более удобный и наглядный синтаксис символьных операций;
. возможность обработки ошибок в ходе вычислений;
. новые инструкции on error.continuen return;
. применение в программах операторов символьных операций;
. новый тип строковых данных, констант и переменных;
. восемь новых функций для работы со строковыми данными; задание
размерных величин в системе СИ;
. возможность подготовки сложных документов разными пользователями,
работающими в разных местах, с помощью операции Collaboratory;
. возможность обмена документами через Интернет;
. появление более оперативного центра ресурсов (Resource Center) вместо
«быстрых шпаргалок» QuickSheet, электронных книг, самоучителя и др.;
. моделирование (симулирование) работы сложных систем, построенных из
функциональных блоков, с помощью системы MathConnex, имеющей 16
компонентов;
. возможность использования функций других систем (Excel, Axum, MatLAB
и др.) и фактическая интеграция с ними.
. Некоторые из указанных изменений можно отнести к разряду приятных
мелочей, например расширенное действие знака = (ранее для присваивания
переменным значений требовалось вводить только комбинированный знак ;
=). Другие изменения, такие как интеграция с иными системами и
применение системного интегратора MathConnex, являются серьезным
дополнением системы, открывающим перед ней множество новых
возможностей.
Версия Mathcad 8.0 PRO предоставляет еще целый ряд полезных возможностей:
. около 50 новых математических функций (элементарных, специальных,
статистических и др.);
. новые функции оптимизации maximize и minimize;
. решение задач линейного программирования;
. новые функции контроля типа данных;
. улучшенный блок решения систем нелинейных уравнений — снято
ограничение на полное число уравнений (ранее было не более 50), теперь
их число может достигать 200;
. введение набора методов численного интегрирования с возможностью
выбора конкретного метода через контекстное меню, вызываемое щелчком
правой кнопки мыши при установке указателя на знак интеграла;
. возможность проведения бинарных вычислений;
. эффективные средства сглаживания данных;
. выполненный в стиле Microsoft Office 97 строгий интерфейс с плоскими
кнопками;
. более рациональное расположение команд в главном меню;
. улучшенные средства ввода и форматирования текста;
. команды редактирования Find (найти) и Replace (найти и заменить);
. новая возможность блокировки и скрытия областей;
. улучшенный вывод таблиц;
. возможность записи документов в формате HTML, принятом в Интернете;
. возможность записи документов в формате предшествующих версий;
. поддержка новой графики Open GL и Active X;
. применение мастеров для создания сложных трехмерных графиков;
. существенно улучшенные средства форматирования графиков;
. просмотр графиков в увеличенном масштабе;
. применение улучшенной (более плавной) функциональной окраски
поверхностей;
. возможность изображения на одном трехмерном графике поверхностей и
фигур разного типа;
. возможность изображения на одном трехмерном графике разных объектов,
пересекающихся в пространстве;
. возможность вращения трехмерных графиков в пространстве мышью;
. анимация трехмерных графиков при нажатии клавиши Shift.
Наконец, новейшая версия Mathcad 2000 прибавила к этим возможностям еще
ряд новых и существенных отличий:
. улучшен интерфейс системы, в частности интеграция с Интернетом
перенесена в центр ресурсов;
. введен ряд новых функций для финансово-экономических расчетов,
создания матриц трехмерных поверхностей, численного решения
дифференциальных уравнений в составе блока Given, контроля типа
размерных переменных и др.;
. введен набор функций для выполнения регрессии — экспоненциальной,
логарифмической, синусоидальной и др.;
. введен набор логических операторов;
. расширены возможности функции root — теперь она может искать корень
не только по заданному приближению (функция с двумя параметрами), но и
в заданном интервале (функция с четырьмя параметрами);
. введено ускоренное и упрощенное построение трехмерных графиков;
. предусмотрено наложение надписей на блоки документов, в том числе
графические;
. введена трассировка ошибок;
. существенно обновлен набор примеров в центре ресурсов;
. обеспечен контроль орфографии англоязычных текстов на трех диалектах
английского языка.
Из этих внушительных списков новых возможностей разных версий системы
Mathcad отчетливо видно, что система быстро развивается, становясь все
более мощной и удобной.
3.Входной язык
Понятие о документах
Отличительной чертой Mathcad являются так называемые документы, которые
объединяют описание математического алгоритма решения задачи (или ряда
задач) с текстовыми комментариями и результатами вычислений, заданными в
форме символов, чисел, таблиц или графиков. В оригинале документы системы
Mathcad названы английским словом Worksheets. В научном мире длинные листы
бумаги с текстами, формулами и графиками шутливо называют рабочими
«простынями» — так и переводится слово Worksheets буквально.
Фактически документы Mathcad объединяют Код, написанный на визуально-
ориентированном языке программирования Mathcad, с результатами его работы
и текстовыми и формульными комментариями. Напомним, что визуально-
ориентированные языки программирования задают программу не в виде
малопонятных кодов, а в виде визуально понятных объектов. Язык
программирования Mathcad ориентирован на математические вычисления и
потому практически не отличается от обычного языка математических статей,
отчетов и книг. Это огромное достоинство системы Mathcad, которое делает
документы Mathcad вполне ясными даже школьникам и студентам младших курсов
вузов, имеющим элементарные знания по математике.
Итак, уникальное свойство Mathcad — возможность описания математических
алгоритмов в естественной математической форме с применением общепринятой
символики для математических знаков, таких, например, как квадратный
корень, знак деления в виде горизонтальной черты, знак интеграла и т. д.
Это делает документ, видимый на экране дисплея, чрезвычайно похожим на
страницы текста математических книг или научных статей.Такой подход
значительно облегчает восприятие математической сущности решаемой задачи
и избавляет пользователя от изучения некоторого промежуточного языка
программирования (например Фортрана, Бейсика, Паскаля и т. д.). Можно
сказать, что в Mathcad идея решения математических задач без их
программирования доведена до высшего совершенства — подавляющее
большинство задач требуют лишь корректного формульного описания решениям
не нуждаются в подготовке программ в их общепринятом понимании.
Особые средства оформления
Последние версии системы Mathcad предоставляют новые средства для
подготовки сложных документов, именуемых электронными документами. В них
предусмотрено красочное выделение отдельных формул, многовариантный вызов
одних документов из других, возможность закрытия «на замок» (и «открытия»
при указании пароля) отдельных частей документов, гипертекстовые и
гипермедиассылки и т. д. Это позволяет создавать превосходные обучающие
программы и целые книги по любым курсам, базирующимся на математическом
аппарате.
Работа с символами кириллицы
Все версии Mathcad под Windows позволяют работать как с латинскими буквами,
так и с кириллицей (буквами русского алфавита), греческим алфавитом и
вообще с любыми символами, доступными в Windows. Более того, благодаря
применению масштабируемых TTF-шрифтов можно управлять как размером
символов, так и их начертанием (делая буквы прямыми или наклонными, тонкими
или жирными). Все это дает возможность готовить документы и электронные
книги высокого качества как на английском, так и на русском языках.
Впрочем, не стоит забывать, что это достоинство — результат работы
системы в среде Windows, которая может быть русифицированной. Это порой
ведет к разноязычности надписей на элементах интерфейса. Греческие символы
и математические спецзнаки раньше были недоступны в текстовых комментариях,
теперь же и этот недостаток полностью устранен.
Понятие о входном языке общения и языке реализации Mathcad
Как следует из вышесказанного, общение пользователя с системой Mathcad
происходит на уровне так называемого входного языка, максимально
приближенного к обычному языку описания математических задач. Поэтому
решение таких задач не требует программирования в общепринятом смысле —
написания программ на некотором промежуточном языке или в машинных кодах.
Вот, к примеру, как выглядит вычисление квадрата переменной х с заданным
значением х=3 на популярном языке Бейсик и на Mathcad:
|Бейсик Mathcad Комментарий |
|х = LET(3) |х := 3 |Переменной Х присваивается значение 3 |
|У = х^2 |у := х2 |Переменной у присваивается значение Х в квадрате |
|PRINT("y=";y|у= 9 |Вывод значения переменной у |
|) | | |
Нетрудно заметить, что запись выражений на Mathcad куда более естественна,
чем на Бейсике. К тому же она существенно короче. Эти достоинства
проявляются еще сильнее при более сложных вычислениях. Тем не менее это не
означает, что в системе нет своего языка программирования. В
действительности он есть, но это математически ориентированный особый язык
программирования сверхвысокого уровня, используемый в основном как язык
диалога с системой.
Входной язык Mathcad относится к интерпретируемому типу. Это означает, что,
когда система опознает какой-либо объект, она немедленно исполняет
указанные в блоке операции. Объектами системы могут быть формульные,
текстовые и графические блоки. При этом формульные блоки могут иметь особые
признаки — атрибуты, например, активности, пассивности и оптимизации.
Важно сразу учесть, что Mathcad выполняет действия над блоками в строго
определенном порядке — блоки анализируются (оцениваются) слева направо и
сверху вниз. Это означает, что блоки нельзя располагать в документе
произвольно. Блоки, готовящие какие-либо операции, должны предшествовать
блокам, которые выполняют эти операции. Исключением являются блоки с
глобальным определением (они также будет рассмотрены позже). Их можно
располагать в любом месте документа, например в конце.
В подавляющем большинстве расчетных задач входной язык общения с Mathcad
позволяет задавать их решение в виде вводимых с помощью операторов и
функций математических формул и указывать тип желаемых результатов (таблицы
или графики). Специальные приемы предусмотрены лишь для задания
циклического изменения переменных и создания так называемых ранжированных
переменных, имеющих набор значений.
Визуально-ориентированный язык общения системы Mathcad надо отличать от
языка реализации системы, то есть обычного языка программирования высокого
уровня, на котором написана система. Языком реализации системы Mathcad
является один из самых мощных языков высокого уровня — C++.
По существу, входной язык системы — промежуточное звено между скрытым от
пользователя языком документа и языком реализации системы. По мере того как
пользователь создает (средствами текстового, формульного и графического
редакторов) в окне редактирования объекты (тексты, формулы, таблицы и
графики), система сама составляет программу на некотором промежуточном
языке связи, которая хранится в оперативной памяти до тех пор, пока не
будет записана на диск в виде файла с расширением. mcd. Однако важно
подчеркнуть, что от пользователя не требуется знание языков
программирования (реализации и связи), достаточно освоить приближенный к
естественному математическому языку входной язык системы.
В версии Mathcad 2000 PRO значительно снижены требования и к знанию даже
входного языка. Практически все операторы, имеющие вид привычных
математических символов, можно выбирать мышью в палитрах математических
объектов, а большинство математических функций (например, sin, cos, ехр и
т. д.) имеют естественную форму задания, например, sin (х) так и вводится —
sin (х). К тому же есть возможность выбора функций из списка, имеющегося в
специальном окне, что резко уменьшает вероятность ошибок при вводе. Этот
список выводится с помощью кнопки f(x) на панели инструментов.
В Mathcad эффективно решена проблема сквозной передачи данных от одного
объекта к другому, например, от одного математического выражения к другому,
от него к таблицам, от таблиц к графикам и т. д. Поэтому изменение в любой
формуле или в задании входных данных тут же ведет к пересчету задачи по
всей цепи взаимодействия объектов (это не относится, однако, к символьным
операциям, реализуемым с помощью команд меню).
Средства повышения эффективности вычислений и их оптимизация
Как отмечалось, входной язык системы Mathcad — интерпретируемый. В
интерпретаторах, например, в Бейсике, листинг программы пользователя
анализируется системой сверху вниз
(а в пределах строки — слева направо), и любые указания в программе тут же
выполняются. Так же просматриваются блоки в системе Mathcad. Как только
блок опознается, система автоматически запускает внутренние подпрограммы
для выполнения необходимых действий, например, вычисления по формуле,
вывода таблицы значений вектора, построения рисунка по его шаблону и т. д.
Интерпретаторы работают медленно, поэтому не случайно, что пользователи,
работавшие со старыми версиями Mathcad, отмечали медлительность систем,
особенно при сложных вычислениях и при построении графиков. Медлительность
является и следствием работы системы в графическом режиме, когда малейшее
изменение содержания экрана требует его полной перерисовки.
В последние версии Mathcad введена экспертная система SmartMath. Эта
система старается использовать при численных вычислениях конечные формулы,
полученные в результате символьных (аналитических) преобразований. Часто
(хотя и не всегда) это дает значительное ускорение вычислений в сравнении с
их реализацией численными методами.
Операция оптимизации вычислений с помощью системы SmartMath вводится
специальными атрибутами (знак * у формул) и словами — директивами. Их число
в новых версиях Mathcad значительно увеличено, и для ввода операторов и
директив символьной математики добавлена специальная палитра. Таким образом
система SmartMath превратилась в полноправного члена семьи Mathcad.
Наиболее развит этот подход в самом мощном варианте системы — Mathcad 2000
Premium, в состав которой введено оптимизирующее расширение The Expert
Solver, автоматически включающее «на всю катушку» средства SmartMath.
Средства расширения систем Mathcad
Начиная с версии Mathcad PLUS 5.0 в систему введена возможность ее
расширения функциями, которые задаются обычными программами на языке С или
C++. Однако это не позволяет эффективно и просто решить проблему
расширения. На С или C++ хорошо программируют системные программисты, но
они весьма редко разбираются в сути математических задач. Как отмечалось,
начиная с версии Mathcad PLUS 6.0 у системы появилась весьма изящная
возможность записи встроенных в документ программных модулей, реализующих
типовые управляющие структуры и записанных в виде обычных программ. Так что
теперь Mathcad предоставляет програмистам полную свободу для самовыражения.
Средством локального расширения системных возможностей являются также
функции пользователя.
Однако в наивысшей степени средства расширения системы Mathcad представлены
сменными проблемно-ориентированными электронными книгами, библиотеками и
пакетами расширения. Они позволяют настроить систему на наиболее
эффективное решение задач в любой области науки и техники — в математике,
физике и химии, в астрономии, механике, электротехнике и радиотехнике, в
биологии и экономике, в финансах, статистике и т. д.
Электронные книги — это пакеты для решения задач в определенной области
науки и техники, ориентированные на типовые средства систем класса Mathcad.
Пакеты расширения — это укрупненные библиотеки, поставляемые с электронными
книгами, учитывающими новые операторы и функции, которые пакеты расширения
вводят в базовую систему Mathcad. Входящие в нихэлектронные книги нельзя
использовать без соответствующих библиотек.
Библиотеки — это комплекты электронных книг и пакетов расширения.
4.Приемы работы с системой MathCad
Документ программы MathCad называется рабочим листом. Он содержит объекты:
формулы и текстовые блоки. В ходе расчетов формулы обрабатываются
последовательно, слева направо и сверху вниз, а текстовые блоки
игнорируются. Ввод информации осуществляется в месте расположения курсора.
Программа MathCad использует три вида курсоров. Если ни один объект не
выбран, используется крестообразный курсор, определяющий место создания
следующего объекта. При вводе формул используется уголковый курсор,
указывающий текущий элемент выражения. При вводе данных в текстовый блок
применяется текстовый курсор в виде вертикальной черты.
Ввод формул
Формулы — основные объекты рабочего листа. Новый объект по умолчанию
является формулой. Чтобы начать ввод формулы, надо установить
крестообразный курсор в нужное место и начать ввод букв, цифр, знаков
операций. При этом создается область формулы, в которой появляется
уголковый курсор, охватывающий текущий элемент формулы, например имя
переменной (функции) или число. При вводе бинарного оператора по другую
сторону знака операции автоматически появляется заполнитель в виде черного
прямоугольника. В это место вводят очередной операнд. Для управления
порядком операций используют скобки, которые можно вводить вручную.
Уголковый курсор позволяет автоматизировать такие действия. Чтобы выделить
элементы формулы, которые в рамках операции должны рассматриваться как
единое целое, используют клавишу ПРОБЕЛ. При каждом ее нажатии уголковый
курсор «расширяется», охватывая элементы формулы, примыкающие к данному.
После ввода знака операции элементы в пределах уголкового курсора
автоматически заключаются в скобки. Элементы формул можно вводить с
клавиатуры или с помощью специальных панелей управления. Панели управления
(рис. 1) открывают с помощью меню View (Вид) или кнопками панели управления
Math (Математика). Для ввода элементов формул предназначены следующие
панели:
. панель управления Arithmetic (Счет) для ввода чисел, знаков типичных
математических операций и наиболее часто употребляемых стандартных
функций;
. панель управления Evaluation (Вычисление) для ввода операторов
вычисления и знаков логических операций;
. панель управления Graph (График) для построения графиков;
. панель управления Matrix (Матрица) для ввода векторов и матриц и
задания матричных операций;
. панель управления Calculus (Исчисление) для задания операций,
относящихся к математическому анализу;
. панель управления Greek (Греческий алфавит) для ввода греческих букв
(их можно также вводить с клавиатуры, если сразу после ввода
соответствующего латинского символа нажимать сочетание клавиш CTRL+G,
например [a][CTRL+G] — (, [W][CTRL+G]-();
. панель управления Symbolic (Аналитические вычисления) для управления
аналитическими преобразованиями.
Введенное выражение обычно вычисляют или присваивают переменной. Для вывода
результата выражения используют знак вычисления, который выглядит как знак
равенства и вводится при помощи кнопки Evaluate Expression (Вычислить
выражение) на панели инструментов Evaluation (Вычисление).
[pic]
Рис. 1. Панели инструментов программы Маthcad для ввода формул.
Знак присваивания изображается как «:=», а вводится при помощи кнопки
Assign Value (Присвоить значение) на панели инструментов Evaluation
(Вычисление). Слева от знака присваивания указывают имя переменной. Оно
может содержать латинские и греческие буквы, цифры, символы «(»,«_» и «(»,
а также описательный индекс. Описательный индекс вводится с помощью
символа «.» и изображается как нижний индекс, но является частью имени
переменной, например Vinit. «Настоящие» индексы, определяющие отдельный
элемент вектора или матрицы, задаются по-другому.
Переменную, которой присвоено значение, можно использовать далее в
документе в вычисляемых выражениях. Чтобы узнать значение переменной,
следует использовать оператор вычисления.
Примеры ввода формул:
[pic]
Ввод текста
Текст, помещенный в рабочий лист, содержит комментарии и описания и
предназначен для ознакомления, а не для использования в расчетах. Программа
MathCad определяет назначение текущего блока автоматически при первом
нажатии клавиши ПРОБЕЛ. Если введенный текст не может быть интерпретирован
как формула, блок преобразуется в текстовый и последующие данные
рассматриваются как текст. Создать текстовый блок без использования
автоматических средств позволяет команда Insert > Text Region (Вставка >
Текстовый блок).
Иногда требуется встроить формулу внутрь текстового блока. Для этого служит
команда Insert > Math Region (Вставка > Формула).
Форматирование формул и текста
Для форматирования формул и текста в программе MathCad используется панель
инструментов Formatting (Форматирование). С ее помощью можно индивидуально
отформатировать любую формулу или текстовый блок, задав гарнитуру и размер
шрифта, а также полужирное, курсивное или подчеркнутое начертание символов.
В текстовых блоках можно также задавать тип выравнивания и применять
маркированные и нумерованные списки.
В качестве средств автоматизации используются стили оформления. Выбрать
стиль оформления текстового блока или элемента формулы можно из списка
Style (Стиль) на панели инструментов Formatting (Форматирование). Для
формул и текстовых блоков применяются разные наборы стилей. Чтобы изменить
стиль оформления формулы или создать новый стиль, используется команда
Formate Equation (Формат ^ Выражение). Изменение стандартных стилей
Variables (Переменные) и Constants (Константы) влияет на отображение формул
по всему документу. Стиль оформления имени переменной учитывается при ее
определении. Так, переменные хил- рассматриваются как различные и не
взаимозаменяемы. При оформлении текстовых блоков можно использовать более
обширный набор стилей. Настройка стилей текстовых блоков производится при
помощи команды Format > Style
(Формат > Стиль).
Работа с матрицами
Векторы и матрицы рассматриваются в программе MathCad как одномерные и
двумерные массивы данных. Число строк и столбцов матрицы задается в
диалоговом окне Insert Matrix (Вставка матрицы), которое открывают
командой Insert > Matrix (Вставка > Матрица). Вектор задается как матрица,
имеющая один столбец.
После щелчка на кнопке ОК в формулу вставляется матрица, содержащая вместо
элементов заполнители. Вместо каждого заполнителя надо вставить число,
переменную или выражение.
Для матриц определены следующие операции: сложение, умножение на число,
перемножение и прочие. Допустимо использование матриц вместо скалярных
выражений: в этом случае предполагается, что указанные действия должны
быть применены к каждому элементу матрицы, и результат также
представляется в виде матрицы. Например, выражение М+ 3, где М — матрица,
означает, что к каждому элементу матрицы прибавляется число 3. Если
требуется явно указать необходимость поэлементного применения операции к
матрице, используют знак векторизации, для ввода которого служит кнопка
Vectorize (Векторизация) на панели инструментов Matrix (Матрица).
Например:
[pic]
Рис. 2 Вычисление матриц
Для работы с элементами матрицы используют индексы элементов. Нумерация
строк и столбцов матрицы начинается с нуля. Индекс элемента задается
числом, переменной или выражением и отображается как нижний индекс. Он
вводится после щелчка на кнопке Subscript (Индекс) на панели инструментов
Matrix (Матрица). Пара индексов, определяющих элемент матрицы, разделяется
запятой. Иногда (например, при построении графиков) требуется выделить
вектор, представляющий собой столбец матрицы. Номер столбца матрицы
отображается как верхний индекс, заключенный в угловые скобки, например
М. Для его ввода используется кнопка Matrix Column (Столбец) на панели
инструментов Matrix (Матрица). Чтобы задать общую формулу элементов
матрицы, типа МI,J:= i +j, используют диапазоны. Диапазон фактически
представляет собой вектор, содержащий арифметическую прогрессию,
определенную первым, вторым и последним элементами. Чтобы задать диапазон,
следует указать значение первого элемента, через запятую значение второго
и через точку с запятой значение последнего элемента. Точка с запятой при
задании диапазона отображается как две точки (..). Диапазон можно
использовать как значение переменной, например x:= 0,0.01.. 1.
Если разность прогрессии равна единице (то есть, элементы просто
нумеруются), значение второго элемента и соответствующую запятую опускают.
Например, чтобы сформировать по приведенной выше формуле матрицу размером
6х6, перед этой формулой надо указать
i:= 0..5 j:= 0..5. При формировании матрицы путем присвоения значения ее
элементам, размеры матрицы можно не задавать заранее. Всем неопределенным
элементам автоматически присваиваются нулевые значения. Например, формула
М5,5:=1 создает матрицу М размером 6х6, у которой все элементы, кроме
расположенного в правом нижнем углу, равны 0.
Стандартные и пользовательские функции
Произвольные зависимости между входными и выходными параметрами задаются
при помощи функций. Функции принимают набор параметров и возвращают
значение, скалярное или векторное (матричное). В формулах можно
использовать стандартные встроенные функции, а также функции, определенные
пользователем.
Чтобы использовать функцию в выражении, надо определить значения входных
параметров в скобках после имени функции. Имена простейших математических
функций можно ввести с панели инструментов Arithmetic (Счет). Информацию о
других функциях можно почерпнуть в справочной системе. Вставить в выражение
стандартную функцию можно при помощи команды Insert > Function (Вставка >
Функция). В диалоговом окне Insert Function (Вставка функции) слева
выбирается категория, к которой относится функция, а справа — конкретная
функция. В нижней части окна выдается информация о выбранной функции. При
вводе функции через это диалоговое окно автоматически добавляются скобки и
заполнители для значений параметров.
Пользовательские функции должны быть сначала определены. Определение
задается при помощи оператора присваивания. В левой части указывается имя
пользовательской функции и, в скобках, формальные параметры — переменные,
от которых она зависит. Справа от знака присваивания эти переменные должны
использоваться в выражении. При использовании пользовательской функции в
последующих формулах ее имя вводят вручную. В диалоговом окне Insert
Function (Вставка функции) оно не отображается.
Приведем обозначения основных из них:
1. Тригонометрические и обратные функции:
sin(z), cos(z), tan(z), asin(z), acos(z), atan(z)
z - угол в радианах
2. Гиперболические и обратные функции:
sinh(z), cosh(z), tanh(z), asinh(z), acosh(z), atanh(z)
3. Экспоненциальные и логарифмические:
exp(z) - ez
ln(z) - натуральный логарифм
log(z) - десятичный логарифм
4. Cтатистические функции:
mean(x) - среднее значение
var(x) - дисперсия
stdev(x) - среднеквадратическое отклонение
cnorm(x)- функция нормального рапределения
erf(x) - функция ошибки
Г(x) - гамма-функция Эйлера
5. Функции Бесселя:
J0(x), J1(x), Jn(n,x) - функции Бесселя первого порядка
Y0(x), Y1(x), Yn(n,x) - функции Бесселя второго порядка
6. Функции комплексного переменного:
Re(z) - вещественная часть комплексного числа
Im(z) - мнимая часть комплексного числа
arg(z) - аргумент комплексного числа
7. Преобразование Фурье:
U:=fft(V) - прямое преобразование (V- вещественное)
V:=ifft(U) - обратное преобразование (V- вещественное)
U:=cfft(V) - прямое преобразование (V- комплексное)
V:=icfft(U) - обратное преобразование (V- комплексное)
8. Корреляционная функция - позволяет рассчитывать коэффициент
корреляции двух векторов vx и vy и определить уравнение линейной
регрессии:
corr(vx,vy) - коэффициент корреляции
slope(vx,vy) - коэффициент наклона линии регрессии
intercept(vx,vy) - начальная координата линии регрессии
9. Линейная интерполяция:
linterp(vx,vy,x)
vx,vy- векторы значений аргумента и функций. x- значение аргумента,
для которого проводится интерполяция
10. Функция для определения корней алгебраических и трансцендентных
уравнений:
root(уравнения, переменная) - значение переменной, когда уравнение
равно нулю
11. Датчик случайных чисел:
rnd(x) - случайное число с равномерным распределением от 0 до x
12. Целая часть переменной:
floor(x)- ближайшее наименьшее целое число
ceil(x)- ближайшее наибольшее целое число
13. Выделение остатка:
mod(x,y)- остаток от деления x на y
14. Остановка итерации:
until(x,y) - когда x0. То функция равна 1, иначе 0
17. Логические выражения и операции. Простейшими видами логических
выражений являются следующие: логическая константа, логическая
константа, логическая константа, логическая переменная, выражение
отношения. Например, при x:=0.5 операции отношения присваивают L
истину или ложь (1 или 0):
L := x(1 L=0
L := x(1 L=0
L := x(1 L=0
L := x1 L=0
18. Функции, определяемые пользователем. Пользователь может
самостоятельно определить необходимые ему функции, отсутствующие
среди встроенных функций пакета.
Решение уравнений и систем
Для численного поиска корней уравнения в программе MathCad используется
функция root. Она служит для решения уравнений вида f(x) = 0, где f (х) —
выражение, корни которого нужно найти, a x — неизвестное. Для поиска
корней с помощью функции root, надо присвоить искомой переменной начальное
значение, а затем вычислить корень при помощи вызова функции:
root(f(x),x). Здесь f(x) — функция переменной х, используемой в качестве
второго параметра. Функция root возвращает значение независимой
переменной, обращающее функцию f(x) в 0. Например:
[pic]
Рис.3 Решение уравнений и систем
Если уравнение имеет несколько корней (как в данном примере), то результат,
выдаваемый функцией root, зависит от выбранного начального приближения.
Если надо решить систему уравнений (неравенств), используют так называемый
блок решения, который начинается с ключевого слова given (дано) и
заканчивается вызовом функции find (найти). Между ними располагают
«логические утверждения», задающие ограничения на значения искомых величин,
иными словами, уравнения и неравенства. Всем переменным, используемым для
обозначения неизвестных величин, должны быть заранее присвоены начальные
значения.
Чтобы записать уравнение, в котором утверждается, что левая и правая части
равны, используется знак логического равенства — кнопка Boolean Equals
(Логически равно) на панели инструментов Evaluation (Вычисление). Другие
знаки логических условий также можно найти на этой панели. Заканчивается
блок решения вызовом функции find, у которой в качестве аргументов должны
быть перечислены искомые величины. Эта функция возвращает вектор,
содержащий вычисленные значения неизвестных.
Построение графиков
Чтобы построить двумерный график в координатных осях Х-У, надо дать
команду
Insert> Graph > X-Y Plot (Вставка > График > Декартовы координаты). В
области размещения графика находятся заполнители для указания отображаемых
выражений и диапазона изменения величин. Заполнитель у середины оси
координат предназначен для переменной или выражения, отображаемого по этой
оси. Обычно используют диапазон или вектор значений. Граничные значения по
осям выбираются автоматически в соответствии с диапазоном изменения
величины, но их можно задать и вручну | |
