Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

История создания и развития программы

Вскоре после окончания второй мировой войны потребность в автоматизации математических расчетов привела к созданию компьютеров (computer - в буквальном переводе «счетная машина»). Но широкого применения первые поколения таких машин на электронных лампах не получили. Они были дороги и громоздки, а потому доступны лишь специалистам.

С развитием микроэлектроники появились специализированные, предназначенные для математических расчетов миниатюрные компьютеры личного пользования - программируемые калькуляторы. Они широко применяются и сейчас. Однако в последние годы массовое распространение получили куда более мощные, быстрые и универсальные персональные компьютеры (ПК), имеющие превосходные графические возможности и используемые практически во всех сферах науки, производства, бизнеса и образования.

Само по себе появление компьютеров не упрощало математические расчеты, а лишь позволяло резко повысить скорость их выполнения и сложность решаемых задач. Пользователям ПК, прежде чем начинать такие расчеты, нужно было изучать сами компьютеры, языки программирования и довольно сложные методы вычислений, применять и подстраивать под свои цели программы для решения расчетных задач на языках Бейсик или Паскаль. Поневоле ученому и инженеру, физику, химику и математику приходилось становиться программистом, к сожалению, порою довольно посредственным. Широкую известность и заслуженную популярность еще в середине 80-х годов приобрели интегрированные системы для автоматизации математических расчетов класса MathCAD, разработанные фирмой MathSoft (США). По сей день они остаются единственными математическими системами, в которых описание решения математических задач дается с помощью привычных математических формул и знаков. Такой же вид имеют и результаты вычислений. Так что системы MathCAD вполне оправдывают аббревиатуру CAD (Computer Aided Design), говорящую о принадлежности к наиболее сложным и продвинутым системам автоматического проектирования - САПР. Можно сказать, что MathCAD - своего рода САПР в математике.

Возможности программы Mathcad

Решение дифференциальных уравнений, в том числе и численными методами

Построение двумерных и трёхмерных графиков функций (в разных системах координат, контурные, векторные и т.д.)

Использование греческого алфавита как в уравнениях, так и в тексте

Выполнение вычислений в символьном режиме

Выполнение операций с векторами и матрицами

Символьное решение систем уравнений

Аппроксимация кривых

Выполнение подпрограмм

Поиск корней многочленов и функций

Проведение статистических расчётов и работа с распределением вероятностей

Поиск собственных чисел и векторов

Вычисления с единицами измерения

Интеграция с САПР системами, использование результатов вычислений в качестве управляющих параметров

Документирование всех вычислений в процессе их проведения.

Описание Mathcad и его отличительные черты

Mathcad универсальная программа позволяющая производить математические расчеты любой сложности, данная программа применима для расчетов в любой области, в том числе и радиотехнических расчетах. Отличительной особенностью данной программы является высокая визуализация процесса ввода данных в программу. Решение уравнений и различных задач в программе Mathcad не составляет большого труда даже для неопытного пользователя. Уровень визуализации процессов на столько высок, что процесс работы в Mathcad очень схож с работой стандартного редактора формул в программе Word. В среде Mathcad доступны более сотни операторов и логических функций, предназначенных для численного и символьного решения математических задач различной сложности.

MathCAD - математически ориентированные системы. Помимо собственно вычислений они позволяют с блеском решать задачи, которые с трудом поддаются популярным текстовым редакторам или электронным таблицам. С их помощью можно не только качественно подготовить тексты статей, книг, диссертаций, научных отчетов, дипломных и курсовых проектов, они, кроме того, облегчают набор самых сложных математических формул и дают возможность представле ния результатов, в графическом виде.

Система MathCAD предоставляет собой мощное, удобное и наглядное средство описания алгоритмов решения математических задач. Система MathCAD настолько гибка и универсальна, что может оказать неоценимую помощь в решении математических задач как школьнику, постигающему азы математики, так и академику, работающему со сложнейшими научными проблемами.

Разработчики Mathcad сделали ставку на расширение системы в соответствии с потребностями пользователя. Для этого предназначены дополнительные библиотеки и пакеты расширения, которые можно приобрести отдельно и которые имеют дополнительные функции, встраиваемые в систему при установке, а также электронные книги с описанием методов решения специфических задач, с примерами действующих алгоритмов и документов, которые можно использовать непосредственно в собственных расчетах.

Текстовый редактор служит для ввода и редактирования текстов. Тексты являются комментариями, и входящие в них математические выражения не выполняются. Текст может состоять из слов, математических символов, выражений и формул.

Формульный процессор обеспечивает естественный «многоэтажный» набор формул в привычной математической нотации (деление, умножение, квадратный корень, интеграл, сумма и т.д.). Последняя версия Mathcad полностью поддерживает буквы кириллицы в комментариях, формулах и на графиках.

Вычислитель обеспечивает вычисление по сложным математическим формулам, имеет большой набор встроенных математических функций, позволяет вычислять ряды, суммы, произведения, интегралы, производные, работать с комплексными числами, решать линейные и нелинейные уравнения, а также дифференциальные уравнения и системы, проводить минимизацию и максимизацию функций, выполнять векторные и матричные операции, статистический анализ и т.д.

Mathcad относится к системам компьютерной алгебры, то есть средств автоматизации математических расчетов. В этом классе программного обеспечения существует много аналогов различной направленности и принципа построения. Наиболее часто Mathcad сравнивают с такими программными комплексами, как Maple, Mathematica, MATLAB, а также с их аналогами MuPAD, Scilab, Maxima и др. Впрочем, объективное сравнение осложняется в связи с разным назначением программ и идеологией их использования.

Возможности Mathematica ориентированы на пользователей - профессиональных математиков. Тоже самое можно сказать и о Maple.

Maple изначально создавался для численного решения математических задач, он ориентирован на решение задач именно прикладной, а не теоретической математики, когда нужно получить результат без углубления в математическую суть задачи. Однако, последние версии приближают вычислительную мощность Mathcad к Maple.

Основное отличие Mathcad от аналогичных программ - это графический, а не текстовый режим ввода выражений. Для набора команд, функций, формул можно использовать как клавиатуру, так и кнопки на многочисленных специальных панелях инструментов. В любом случае - формулы будут иметь привычный, аналогичный книжному, вид. То есть особой подготовки для набора формул не нужно. Вычисления с введенными формулами осуществляются по желанию пользователя или мгновенно, одновременно с набором, либо по команде. Обычные формулы вычисляются слева направо и сверху вниз (подобно чтению текста). Любые переменные, формулы, параметры можно изменять, наблюдая воочию соответствующие изменения результата. Это дает возможность организации действительности интерактивных вычислительных документов.

В среде Mathcad фактически нет графиков функций в математическом понимании термина, а есть визуализация данных, находящихся в векторах и матрицах (то есть осуществляется построение как линий так и поверхностей по точкам с интерполяцией), хотя пользователь может об этом и не знать, поскольку у него есть возможность использования непосредственно функций одной или двух переменных для построения графиков или поверхностей соответственно. Так или иначе, механизм визуализации Mathcad значительно уступает таковому у Maple, где достаточно иметь только вид функции, чтобы построить график или поверхность любого уровня сложности.

Однако следует помнить об основной области применения Mathcad - для задач инженерного характера и создание учебных интерактивных документов, возможностей визуализации вполне достаточно. Опытные пользователи Mathcad демонстрируют возможность визуализации сложнейших математических конструкций, но объективно это уже выходит за рамки назначения пакета.

Новая версия продукта - это Mathcad Prime 1.0, который отличается ещё более удобным современным интерфейсом, мощным математическим аппаратом и многим другим. Так же, благодаря версии Prime, Mathad теперь полностью русифицирован.

Понятие линейного программирования и оптимизации

Линейное программирование - один из первых и наиболее подробно изученных разделов математического программирования. Именно линейное программирование явилось тем разделом, с которого начала развиваться сама дисциплина «математическое программирование». Термин «линейное программирование» возник в результате неточного перевода английского «linear programming». Одно из значений слова «programming» - составление планов, планирование. Следовательно, правильным переводом «linear programming» было бы не «линейное программирование», а «линейное планирование», что более точно отражает содержание дисциплины. Однако, термин линейное программирование в нашей литературе стало общепринятым.

Линейное программирование возникло после Второй Мировой Войны и стало быстро развиваться, привлекая внимание математиков, экономистов и инженеров благодаря возможности широкого практического применения, а так же математической «стройности». Можно сказать, что линейное программирование применимо для построения математических моделей тех процессов, в основу которых может быть положена гипотеза линейного представления реального мира: экономических задач, задач управления и планирования, оптимального размещения оборудования и др.

Линейное программирование представляет собой наиболее часто используемый метод оптимизации. Так, по оценкам американских экспертов, около 75% от общего числа применяемых оптимизационных методов приходится на линейное программирование. Около четверти машинного времени, затраченного в последние годы на проведение научных исследований, было отведено решению задач линейного программирования и их многочисленных модификаций.

В настоящее время линейное программирование является одним из наиболее употребительных аппаратов математической теории оптимального принятия решения. Для решения задач линейного программирования разработано сложное программное обеспечение, дающее возможность эффективно и надежно решать практические задачи больших объемов. Эти программы и системы снабжены развитыми системами подготовки исходных данных, средствами их анализа и представления полученных результатов.

Ввод и редактирование данных

В MatCAD-документе курсор ввода имеет вид красного крестика. Этот крестик указывает, в каком месте рабочего листа будет произведено следующее действие. Установив указатель мыши в нужном месте документа и выполнив щелчок, вы перемещаете туда крестик (можно использовать стрелки, а не мышь). Указатель в виде крестика может принимать другие формы.

Он становится вертикальной чертой голубого цвета при вводе формулы в области формул или при выборе уже существующей формулы. Перемещать этот голубой курсор можно только с помощью клавиш-стрелок.

Помимо курсора формул в вашем распоряжении находится курсор мыши. С его помощью можно только позиционировать курсор формул, как и курсор-крестик, но не перемещать его.

Однако в MathCAD предусмотрены более экономичные методы редактирования и ввода. С помощью клавиши пробела можно увеличить область выделения - у голубого курсора появляется горизонтальный след. Отмеченный следом курсора фрагмент формулы, как бы подразумевается заключенным в скобки.

Введенную выше формулу можно ввести по-другому:

След курсора позволяет снабжать фрагменты формул мнимыми скобками таким образом, что последующая математическая операция относится ко всему выражению, отмеченному следом курсора, т.е. заключенному в мнимые скобки.

Часто бывает необходимым все-таки заключение в скобки некоторой части введенного выражения. Для этого достаточно выделить (с помощью клавиши[Пробел]) заключаемую в скобки часть выражения и нажать клавишу ['] (апостроф). Обычно курсор со следом при вводе формул имеет вид уголка, направленного вправо (след направлен влево от курсора), предлагая вправо ввести необходимые значения. Если вы пропустили какую-то часть формулы, или необходимо подправить выражение и дописать кое-что слева, то можно воспользоваться клавишей [Ins]. Клавиша [Ins] при вводе формул играет роль переключателя между режимом вставки и ввода. В режиме вставки след курсора направлен вправо, и вводимые символы появляются слева от курсора.

При редактировании формул случаются ошибки. На этот случай в меню Edit имеется команда Undo, отменяющая последнее действие. Того же результата можно достичь, воспользовавшись соответствующей кнопкой панели инструментов Standart или комбинацией клавиш [Alt+Backspace].

Для удаления отдельных чисел или фрагментов формул используется клавиша [Backspace] - если курсор находится в режиме ввода, и клавиша [Del] - если курсор находится в режиме вставки.

В MathCAD существует возможность разбивки больших выражений на строки, если выражения состоит из нескольких слагаемых. Для этого:

µ выполните щелчок на операнде, который, по вашему мнению, следует перенести на следующую страницу;

µ увеличьте след курсора в режиме вставки таким образом, чтобы отметить всю правую часть формулы;

µ нажмите клавишу Backspace, стоящий перед курсором знак «+» будет удален. При этом обе части формулы заключаются в скобки;

µ нажмите комбинацию клавиш [Ctrl+Enter] (осуществляется перевод строки).

Если же там, где оканчивается строка, находится знак вычитания, то необходимо удалить символ разности - минус - и произвести перевод строки. При этом MathCAD превратит разность в сумму, что сделает результат неправильным. Но погрешность можно компенсировать, присвоив первому слагаемому во второй строке знак минус.

Если вы по ошибке удалили знак умножения и осуществили перенос строки, то результат будет неправильным, поскольку MathCAD заменит умножение сложением. Разбивка на строки не может применяться для выражений, результаты вычислений которых получены в символьном виде.

Присваивание переменным значений

Обычные переменные отличаются от системных тем, что они должны быть предварительно определены пользователем. В качестве оператора присваивания используется знак»: =». Если переменной присваивается начальное значение с помощью оператора»: =», такое присваивание называется локальным.

С помощью знака «є» (три горизонтальные чёрточки, вводится клавишей [~] (тильда)) можно обеспечить глобальное присваивание, то есть оно может производиться в любом месте документа. Для вывода результата или для контроля значений переменных используется обычный знак равенства «=» (если выводится численный результат) или знак символьного равенства «>» (стрелка), если вычисления производятся в символьном виде.

Список используемой литературы

программа mathcad компьютер

1. Акулич И.Л. «Математическое программирование в примерах и задачах», М. - Высшая школа, 1986

2. Методические указания для выполнения курсовых работ по курсу «Математические методы и модели исследования операций», Уфа, 2005

3. Работа в системе Mathcad: Методические указания по выполнению лабораторных работ под ред. Воронина А.В.; Томск, 2004

Размещено на Allbest.ru