Організація вводу та виводу даних в системі Maple

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

«Організація вводу та виводу даних в системі Maple»



Вступ

Maple - програмний пакет, система комп'ютерної алгебри. Є продуктом компанії Waterloo Maple Inc. (Англ.). Система Maple призначена для символьних обчислень, хоча має ряд засобів і для чисельного рішення диференціальних рівнянь і знаходження інтегралів.

Команди Maple набираються після запрошення (>). Можливі два способи представлення введеного: стандартна математична нотація і нотація Maple. В першому випадку на екрані дисплея інтеграли, суми та ін. будуть задаватися своїми математичними формулами, в другому - за допомогою текстових еквівалентів.

Натискання клавіші Enter запускає виконання введених команд. Якщо інтерпретатор порахував введене кінцеве представлення, то команди виконуються, в іншому випадку Maple очікує закінчення вводу. Знайшовши помилку, Maple видає в наступному рядку інформацію про неї, при синтаксичній помилці символом ^ задається перша цифра. Яка не розпізнається.

Актуальність теми

Результати роботи можуть бути збережені в файлах різних форматів. Поточний документ (області вводу і виводу, коментарі, текст, графіка) записуються в файл з розширенням.mvs. При записі в файли з іншими розширеннями зберігаються тільки області вводу і тексти коментарів. Крім того весь документ або його частина можуть бути збережені в форматах, які допускають їх використання в других програмах.

В пакеті Maple постійно з'являються нові команди, відповідно, можливості для проведення математичних викладок, обчислень, графічного відображення інформації, при цьому відбуваються зміни в синтаксисі і оболонці.

Завданням курсової було:

· підібрати матеріал при ввід та вивід даних в системі Maple;

· на основі опрацьованого матеріалу створити програми в системі Maple;

· провести тестування даного програмного об'єкту.

Метою курсової роботи було створення фрагментів програм для введення та виведення даних в системі Maple.

Об'єкт дослідження: процес розробки мап летів для введення даних.

Предмет дослідження: можливості та використання візуального програмування в системі Maple.



1. Основи роботи в системі Maple

maple програмування візуальний інтерфейс

Мaple - це пакет для аналітичних обчислень на комп'ютері, що містить більше двох тисяч команд, які дозволяють вирішувати завдання алгебри, геометрії, математичного аналізу, диференціальних рівнянь, статистики, математичної фізики.

Основними об'єктами є формули і дії з ними.

Робота в Maple проходити в режимі сесії - користувач вводить пропозиції (команди, вираження процедури), які сприймаються умовно і обробляються в Maple. Робітниче поле поділяється на три частини:

1) область введення - складається з командних рядків. Команди вводяться після запрошення - знака >;

2) область виводу - містить результаті обробки введених команд у вигляді аналітичних виразів, графічних об'єктів або повідомлень про помилку;

3) область текстових коментарів - містить будь-яку текстову інформацію, яка може пояснити виконувані процедури. Текстові рядки не сприймаються в Maple і ніяк не обробляються.

Для скасування всіх зроблених призначень і початку нового сеансу без виходу з системи використовується команда restart. До складу пакету Maple входить велика кількість бібліотек, підключення яких виконується за допомогою команди with (ім'я бібліотеки). Наприклад, пакет linalg містить операції лінійної алгебри, а функції для рішення диференціальних рівнянь знаходяться в бібліотеці DETools.

Maple - програмний пакет, система комп'ютерної алгебри. Є продуктом компанії Waterloo Maple Inc. (Англ.) рос., Яка з 1984 року випускає програмні продукти, орієнтовані на складні математичні обчислення, візуалізацію даних і моделювання. Система Maple призначена для символьних обчислень,хоча має ряд засобів і для чисельного рішення диференціальних рівнянь і знаходження інтегралів. Володіє розвиненими графічними засобами. Має власну мову програмування, що нагадує Паскаль.

2. Візуально-орієнтоване програмування в Maple

Інформатизація як вирішальний фактор розвитку сучасного суспільства вимагає підготовки кваліфікованих кадрів, здатних використовувати в своїй професійній діяльності всі досягнення в галузі інформаційних технологій.

Серед сучасних інформаційних технологій особливе місце займають технології програмування.

Візуальне програмування - один з сучасних напрямів програмування. В його основі лежить об'єктно-орієнтований підхід до описання процесів (явищ), який є одним з найбільш ефективних та зручних і використовується сьогодні програмістами для створення великих програмних систем.

Вміння працювати в середовищі візуального програмування є перспективним компонентом в системі професійних компетентностей студентів фізико-математичних спеціальностей. Володіння навичками візуального програмування підвищує професійний рівень використання сучасних прикладних програм, дозволяє конструювати для них додатки, які застосовуються в практичній сфері діяльності.

Для візуально-орієнтованого програмування важливими є поняття «інтерфейс користувача», «графічний інтерфейс користувача».

В тлумачних словниках інтерфейс користувача (user interfase) означено як спосіб управління комп'ютерною системою з боку користувача.

Інтерфейс користувача розглядається як сукупність інформаційної моделі проблемної галузі, засобів і способів опрацювання користувачем такої інформаційної моделі, а також компонентів для забезпечення формування інформаційної моделі в процесі роботи з програмною системою.

У 80-х р.р. XX ст. інтерфейси користувача були текстовими або створювалися у вигляді спеціальних форм. На даний час практично на всіх комп'ютерах підтримується графічний (візуально-орієнтований) інтерфейс користувача.

Графічний користувацький інтерфейс (Graphical User Interface, GUI) - інтерфейс, в основі якого лежить візуалізація об'єктів, з якими працює користувач, а також самого процесу опрацювання таких об'єктів.

Грамотно спроектований інтерфейс користувача вкрай важливий для успішної роботи з програмним засобом. Тому розробник програмного додатку повинен знати основні принципи проектування ефективного інтерфейсу користувача. Ефективність програми полягає у її реальній віддачі за умов вмілого користування нею і визначається відношенням позитивного результату її використання до затрачених зусиль.

Процес проектування інтерфейсу повинен орієнтуватися на користувача і здійснюватися за такими принципами :

1. Природність (інтуїтивність) інтерфейсу. Природний інтерфейс означає, що користувач не повинен істотно змінювати звичні для нього способи розв'язування задачі. Це, зокрема, означає, щодо повідомлень та результатів, які з'являються при роботі з програмним додатком, не повинні вимагатися додаткові пояснення. Доцільно також зберегти систему позначень та термінологію, які використовуються в даній предметній галузі.

2. Узгодженість інтерфейсу - дозволяє користувачам застосовувати наявні знання для розв'язування нових завдань та зосереджувати увагу на розв'язуваній задачі, а не витрачати час на вияснення відмінностей у використанні тих чи інших елементів управління, команд тощо. Узгодженість робить інтерфейс пізнаваним та передбачуваним.

3. «Люб'язність» інтерфейсу. Навіть при наявності добре спроектованого інтерфейсу користувачі можуть допускати ті чи інші помилки. На кожному етапі роботи повинен дозволятися тільки певний набір дій і видаватися попередження користувачів про ситуації, де можуть пошкодитися дані. Ще краще, якщо у користувача є можливість відмінити або виправити виконані дії. Ефективний інтерфейс повинен забезпечувати можливість користувачеві попередити ситуації, які ймовірно закінчаться з помилками. В інтерфейс можуть бути вбудовані засоби підтримки користувача, які забезпечать різні рівні допомоги та довідки.

4. Принцип зворотного зв'язку. Кожна дія користувача повинна отримувати візуальне, а іноді звукове підтвердження того, що програмний засіб «зреагував» на введену команду.

5. Простота інтерфейсу. Мається на увазі не спрощеність, а забезпечення легкості у вивченні та використанні інтерфейсу. Крім того повинен без перешкод надаватися доступ до всього переліку функціональних призначень, передбачених у даному програмному додатку. Один з важливих шляхів підтримки простоти - лаконічне подання на екрані повідомлень, необхідних для виконання користувачем певного кроку завдання. Багатослівні командні імена або повідомлення, непродумані або непотрібні фрази можуть ускладнювати отримання важливих даних. Інший шлях до створення простого, але ефективного інтерфейсу - розміщення та подання на екрані елементів, з урахуванням їх змістового значення та логічних взаємозв'язків.

6. Гнучкість інтерфейсу. Полягає в здатності враховувати рівень підготовки та результативність праці користувача. Гнучкість передбачає можливість зміни системи управління виконанням завдань чи вхідних даних.

7. Естетична привабливість. Потрібно щоб середовище, яке формується на екрані, не тільки сприяло розумінню користувачем поданих повідомлень і даних, але і дозволяло б зосередитися на найважливіших особливостях даних.

Крім загальних принципів проектування інтерфейсу в кожній галузі є свої спеціальні особливості, яких слід дотримуватися при розробці програмних додатків. Наприклад, проектування навчальної програми повинно базуватися на певному психолого-педагогічному фундаменті. Передусім необхідно спроектувати процес навчання і лише потім здійснювати його комп'ютерну реалізацію.

До навчальних програм ставляться педагогічні вимоги: дидактичні, методичні, обґрунтування вибору тематики, перевірка на педагогічну доцільність використання, врахування вікових та індивідуальних особливостей учнів. М.І. Жалдак зазначає, що сучасний розвиток програмного забезпечення комп'ютерів досяг такого рівня, коли в багатьох випадках алгоритм досягнення мети може бути побудований автоматично. При цьому вказівки комп'ютерові потрібно задавати в термінах шуканих результатів, а не в описах процесів, що приводять до таких результатів. Головна трудність полягає в тому, щоб кваліфіковано і точно охарактеризувати шукані результати, що висуває відповідні вимоги до загальної строгості і логічності мислення користувача. Особливого значення при використанні інформаційно-комунікаційних технологій в навчальному процесі набуває врахування і розвиток неформалізовних, творчих компонентів мислення: реалізація проблемної ситуації чи постановка задачі; самостійне вироблення критеріїв добору потрібних операцій, що приводять до розв'язку та ін.

3. Пакети Maplets

Програма Maple - одна з небагатьох систем комп'ютерної математики, яка включає засоби програмування інтерфейсу, які можна використовувати для розробки програмних додатків навчального призначення з графічним інтерфейсом.

В останніх версіях програми (починаючи з Maple 8) було введено новий пакет Maplets, призначення якого - програмування візуально-орієнтованого (графічного інтерфейсу) для виконання обчислень із застосуванням процедур Maple, запитів та повідомлень. Такі додатки прийнято називати маплетами (maplets, Maplet Application). Якщо в процедурному програмуванні головною метою було отримати результат і вивести його на екран у звичайному вигляді, то при роботі з маплетами оформлення результатів на екрані відіграє важливу роль. Результати розміщуються у характерному для операційної системи Windows вікні, де можна застосувати різноманітні елементи управління, властиві для вікон прикладних програм: текстові поля, поля редагування, поля-списки, кнопки, слайдери тощо.

Пакет Maplets створений на основі застосування засобів мови Java. Але для створення маплетів не обов'язково нею володіти, достатньо знати основи програмування в Maple та вміти використовувати засоби пакету Maplets.

Пакет Maplets містить одну функцію Display, яка необхідна для показу і управління створеним маплетом, та підпакети:

1) Elements (Елементи) - містить команди для створення та налаштування окремих елементів маплету, наприклад, вікон, кнопок, текстових та графічних полів, списків, слайдерів, таблиць, меню, розмітки вікна тощо;

2) Examples (Приклади) - команди використання заготовок, зокрема, вікна з попередженням, вказівкою чи запитом, вікна налаштування кольору, вибору шляху до файлу та ін.;

3) Tools (Інструменти) - допоміжні засоби для розробки маплетів;

4) Utilities (Послуги) - сервісні команди виведення вікон з повідомленням про помилки, відкривання файлу, довідки.

В таблиці 1 подано основні функції програмування візуально-орієнтованого інтерфейсу, які входять до даних підпакетів.

Пакет	Функції
Elements	Windows Body Elements (Елементи вікна)	Button, RadioButton, CheckBox, RadioBatton, Slider, TextField, TextBox, ComboBox, Label, Plotter, Table, MathMLEditor, MathMLViewer, ToggleButton, DropDownBox.
	Layout Elements (Елементи розмітки)	BoxCell, BoxColumn, BoxLayout, BoxRow, GridCell, GridRow, GridLayout, HorizontalGlue, VerticalGlue Border Layout.
	Menu Elements (Елементи меню)	CheckBoxMenuItem, RadioButtonMenuItem, PopupMenu, Menu, MenuBar, MenuItem, MenuSeparator
	Command Elements (Командні елементи)	CloseWindow, Evaluate, RunDialog, RunWindow, SetOption, Shutdown
	Toolbar Elements (Елементи-інструменти)	ToolBar, ToolBarButton, ToolBarSeparator
	Dialog Elements (Елементи Управління «діалогу»)	AlertDialog, ColorDialog, ConfirmDialog, FileDialog, InputDialog, MessageDialog, QuestionDialog
	Інші елементи	Action, Argument, ButtonGroup, Font, Image, Item, MapletReturn, ReturnItem, TableHeader, TableItem, TableRow,Window
Examples	Alert, Confirm, GetColor, GetEquation, GetExpression, GetFile, GetInput, Integration, KernelOpts, Message, Question, Selection, ShowTable, SignQuery
Tools	AddAttribute, AddContent Get, ListBoxSplit, Print, Set, SetTimeout, StartEngine, StopEngine
Utilites	ErrorDialog, GetFile, HelpBrowser
Display

Маплет і як він створюється. Завантажуємо пакет Elements:

restart;

with(Maplets[Elements]):

Далі пишемо нескладну програму.

maplet_diff:=Maplet(Window(`title'=“Диференціювання”, # створюємо вікно з назвою ”Диференціювання”;

[“Введіть f(x):”, TextField[`TFfx']()], # створюємо текстове поле для введення функції, яку диференціюємо;

["Змінна диференціювання:", TextField['TFx'](3)], # створюємо текстове поле розміром 3 одиниці для введення змінної диференціювання;

TextField[`TFf1x'](`editable'=`false', 3..40), # створюємо поле для виведення результату;

[Button(“Диференціювати”,Evaluate(`TFf1x'= `diff(TFfx,TFx)')), # кнопка для виконання операції диференціювання;

Button(“Ok”, Shutdown([`TFfx', `TFx', `TFf1x']))], # кнопка для закривання вікна;

Button(“Очистити”, SetOption(`TFfx'=“ ”)] # кнопка для підготовки вікна до нової операції диференціювання;

Maplets[Display](maplet_diff): # демонстрація та виконання маплету.

В результаті виконання описаного маплету отримаємо вікно, показане

Мал. 1

Маплет можна зберегти як окремий програмний додаток, який відкривається за допомогою MapletіsViewer і не потребує запуску програми Maple. Для цього треба виконати послугу File/Export As… та зберегти як файл з розширенням *.maplet.

Таким чином, використовуючи процедури пакету Maplets, можна створювати додатки з елементами візуально-орієнтованого інтерфейсу, що допоможе користувачеві виконувати обчислення, навіть не знаючи тонкощів роботи з Maple.

Маплети можуть використовуватися як зручний засіб автоматизації опрацювання експериментальних даних в процесі проведення математичних досліджень. Їх використання суттєво полегшує налаштування та опис змінних і параметрів в процедурах Maple.

Навички роботи із засобами візуально-орієнтованого програмування інтерфейсу в Maple дають можливість викладачам та вчителям самим розробляти навчальні, демонстраційні, контролюючі та інші педагогічні програмні засоби досить високого дидактичного рівня. Причому на основі зауважень, які виникають в процесі випробування маплетів навчального призначення, можна оперативно внести зміни для вдосконалення програмного додатку, налаштувати його під різні умови використання.

З іншого боку, розробляючи свої оригінальні маплети, студенти не тільки знайомляться з принципами та технологіями візуального програмування, а також мають можливість найбільш повно розкрити свій творчий та інтелектуальний потенціал.

Почнемо з простого прикладу. Наступна команда:

> c:=parse(Maplets[Examples][GetInput]("Введіть ціле число:", 'type'

= plain));

виводить діалогове маплет-вікно введення з повідомленням «Введіть ціле число:». Це вікно показано на мал.2. У ньому можна ввести будь-яке ціле позитивне чи негативне число, наприклад 5. Натискання кнопки OK закриває вікно введення і задає змінної З значення числа, що вводиться - у рядку виводу буде С = 5.

Мал.2.

Ця команда виводить діалогове маплет-вікно з повідомленням (мал.3)



> with(Maplets[Elements]):

maplet := Maplet([["Hello world"]]):

Maplets[Display](maplet);

Мал.3

Наступна команда виводить виводить діалогове маплет-вікно з повідомленням (мал.4)

> with(Maplets[Elements]):

maplet := Maplet([

["Введіть своє ім'я: ", TextField['IB1'](30)],

[Button("OK", Shutdown(['IB1'])), Button("Cancel", Shutdown())]

]):

Maplets[Display](maplet);

Мал. 4

Дана команда виводить діалогове маплет-вікно з повідомленням (мал.5)



> with(Maplets[Elements]):

maplet2 := Maplet(Window('layout'='BL1'),

BoxLayout['BL1'](

BoxCell( 'hscroll'='always', TextField['TF1']("Слободяник О.Я.", 100) ),

BoxCell( Button("Ввести", Action( Evaluate( 'function'='G()' ) ) ) ),

BoxCell( Button("Закрити", Shutdown()) )

)

):

Maplets[Display](maplet2);

Мал. 5

Пакет Maplets можна використовувати для ефективного (і ефектного) управління кольором. Для цього досить використовувати команду:

> with(Maplets[Examples]):

GetColor('title' = "Get Color");

При виконанні цієї команди з'являється вікно завдання кольору, показане на мал. У цьому вікні є три вкладки дня установки кольору в одній з трьох колірних систем: Swathes, HSB і RGB. Всі вони дають різні способи завдання кольору в інтерактивному режимі. Мал.3 демонструє найбільш поширений спосіб завдання кольору в системі RGB.При цьому за допомогою повзунків можна задати інтенсивність кожної складової світла. Red - червоною, Green - зеленою і Blue - синьою. У частині вікна Preview (Перегляд) можна спостерігати за зміною кольору тексту, основи і пікселів.



Мал. 6

Ще один приклад:

> with(Maplets[Elements]):

> maplet3d := Maplet([["Enter a function of 'x' and 'y':", TextField['TF3d']()], Plotter['PL1'](),

[Button("Plot", Evaluate('PL1' = 'plot3d(TF3d, x = 0..10, y=0..10)') ), Button("OK", Shutdown(['TF3d']))]]): result := Maplets[Display](maplet3d);

Ця програма забезпечує виведення діалогового вікна побудови графіків тривимірних об'єктів, представлених функцій функцією двох змінних. Це вікно представлено на мал.3 і дозволяє в діалоговому режимі задати побудова функції двох змінних х і у і побудувати графік цієї функції.



Мал. 7

Вивід таблиці

print('v0' = evalf(v00[l2]), 'Theta0' = evalf(180*G0[l3]/Pi), '1/c' = evalf(c[l1])):

print(convert([['i','t[i]','v[i]','x[i]','y[i]'],seq([i,(t[i]),evalf(v[i],5),evalf(x[i],5),evalf(y[i],5)],i=1..n)],array));

Мал. 8

Наступна команда застосовується як для вводу, так і для виводу даних:



> restart;

with(Maplets[Elements]):

maplet5 := Maplet( Window( 'title'="Diff", #створення вікна і його назва

[ ["Функція: ", TextField['TF1']()],# поле для введення функції диференціювання

["Диференціювання: ", TextField['TF2'](3)],# поле для введення змінної диференціювання

TextBox['TB1']('editable' = 'false', 3..40 ), # виведення результату (не редагується)

[Button("Оцінити", Evaluate('TB1' = 'diff(TF1, TF2)')),# кнопка для виконання опеарції диференціювання

Button("OK", Shutdown(['TF1', 'TF2', 'TB1'])),# Кнопка для закриття вікна

Button("Очистити", SetOption('TF1' = "") # Кнопка для підготовки вікна до нової операції диференціювання

)]] ) ):

> Maplets[Display]( maplet5 ):

Мал. 9



Висновки

В курсовій роботі я розглядаю програму Maple. Зокрема, інтерфейс програми, роботу, організацію вводу і виводу даних документу, режим введення команд, режим введення текстових коментарів і як запускати на виконання введені команди.

Отже, можна зробити висновок, що Мaple - це пакет для аналітичних обчислень на комп'ютері, що містить більше двох тисяч команд, які дозволяють вирішувати завдання алгебри, геометрії, математичного аналізу, диференціальних рівнянь, статистики, математичної фізики.

У курсовій роботі я дослідила, що Maple є досить простою програмою, з нею можуть працювати не тільки досвідченні програмісти, які досконало знають мову програмування, але й програмісти-початківці.

Мaple є досить гнучкою та універсальною програмою, що якісно відрізняє її від інших програм подібних за змістом. Всю свою увагу потрібно зосередити лише на теоретичній стороні поставленого завдання, а всі інші дії за вас виконає програма.



Список використаної літератури

1. Матросов А.В “Maple 6. Решение задач высшей математики и механики”.

2. Heal K.M., Hansen M.L “Maple 6 Learning Guide”. Waterloo Maple Inc., 2000. - 314.

3. Monagan M.B., Geddes K.O., Heal K.M., Labahn G., Vorkoetter S.M., M Carron j. “Maple 6 Programming Guide”. Waterloo Maple inc., 2000.-586 с.

4. Волков Е.А. “Численные методы : Учеб. Пособие для вузов”. - М.: Наука, 1987. - 248 с.

5. 4.Евсеев Е.А., Зенкевич Н.А., Лукьянова А.Е. “Основы математического анализа для менеджеров: ”Учебное пособие СПб. :Изд-во с. - Петербургского университета”, 1996- 108с.

6. Коллатц Л., Альбрехт Ю. ”Задачи по прикладной математики.” - М. : Наука, 1978.-167с.

7. Пискунов Н.С.”Дифференциальное и интегральное исчисление”. - М. : Наука, 1978. Т.2.-576 с.

8. Постов В.А “Численные методы расчета судових конструкций”. - Л. : Судостроение, 1977 - 280с.

9. В. Говорухин. Б. Цибулин “Компьютер в математическом исследовании”. 602c.

10. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г “Введение в Maple. Математический пакет для всех. М. : Мир, 1997.

11. Дьяконов В. “Математическая система Maple 5. Солон 1998.

12. Матросов А. “Maple 6. Решение задач…” БХВ - Петербург, 2001.

13. Прохоров Г., Колосев В., Желков К., Леденев М. “Математический пакет Maple 5 Release 4 : Руководство пользователя. Калуга : облиздат.. 1998.

Размещено на Allbest.ru

...